Warum gibt es keine drahtlosen Schalter?

Mit (kabelgebundenem) Ethernet können Sie geschaltet haben, da Sie ein nicht gemeinsam genutztes Medium haben können (einzelne Kabel sind nicht alle fest verdrahtet, wie sie es in einem Hub wären). Mit Wireless haben Sie von Natur aus ein gemeinsames Medium...

Das Konzept, das einem drahtlosen Switch am nächsten kommt, ist ein Signalverstärker oder Repeater, bei dem es sich um Geräte handelt, die so ziemlich genau das tun, wonach sie klingen. Niemand nennt sie einen Switch, weil sie technisch Hubs sind (die normalerweise Repeater genannt werden, wenn sie nur zwei Netzwerksegmente verbinden), keine Switches. WiFi hat ein einziges gemeinsames Medium, Sie können nicht selektiv nur an einen "Port" senden, da sich alles an einem einzigen "Port" befindet, also ist es ein Hub, kein Switch. Es ist ziemlich selten, diese zu sehen geräte außerhalb ganz bestimmter Umstände, da es fast immer besser ist, das Netzwerk über eine Kabelverbindung und mehrere drahtlose Zugriffspunkte mit derselben SSID zu erweitern.

Beachten Sie jedoch, dass der Begriff "Router" nicht immer eine genaue Beschreibung dessen ist, was die meisten Leute WLAN-Router nennen. Die meisten von ihnen sind in der Lage, nur eine Bridge anstelle eines Routers zu verwenden, und es ist nicht ungewöhnlich, dass sie auf diese Weise verwendet werden (zum Beispiel das Gastnetzwerk, in dem ich arbeite behandelt durch eine drahtlose AP konfiguriert als brücke, mit der tatsächlichen routing wird behandelt durch unsere gateway systeme).

Ich vermute, Sie fragen eher nach drahtlosen Switches als nach drahtlosen Routern, die es gibt.

In der drahtgebundenen Vernetzung von Weg zurück, wenn, alle Maschinen auf einer bestimmten Etappe wurden mit dem gleichen Draht und musste es in Seeschwalben irgendwie Pakete verschicken. Es gab verschiedene Schemata, um dies zu verwalten, darunter Token Ring und" just try, and back off for a random time in the case of a collision", bei denen bei einer Kollision zwei Maschinen versuchen, die Linie gleichzeitig zu verwenden.

Mit ein Hub Sie haben effektiv die gleiche Anordnung, der Hub ist ziemlich dim nur bequemer, Dinge zu verbinden. Sie haben immer noch eine einzige Kollisionsdomäne, sodass höchstens eine Maschine jeweils ein Paket sendet. Einige Hubs verfügen über kleine Puffer, die es ihnen ermöglichen würden, Kollisionen effizienter zu handhaben als die einzelnen Computer im Netzwerk, aber Sie haben immer noch eine einzige Kollisionsdomäne, da der Hub keine Pakete selektiv sendet: jedes gesendete Paket noch geht zu allen Maschinen auf diesem Bein, so dass nur ein Gerät gleichzeitig sprechen kann.

Mit einem Switch gibt es mehr Intelligenz im Schaltgerät: Alle Maschinen können gleichzeitig mit ihm sprechen und es verfügt über die interne Bandbreite und Speicher-und Weiterleitungspuffer, um die Pakete zwischen jedem zu verschieben. Ein Switch weiß, welche Maschinen an welchen Port angeschlossen sind, sodass Ethernet-Pakete nur an den Computer gesendet werden können, der sie anstelle von jedem benötigt. Dies bedeutet im wesentlichen, dass Sie eine Kollision haben domäne pro verbundenes Gerät. Bei einem Hub verschlechtert sich der effektive Durchsatz des Netzwerkkabels massiv, da mehr Maschinen versuchen, gleichzeitig zu sprechen, auch wenn keine zwei Maschinen mit derselben anderen Maschine sprechen, bei einem Switch ist dies nicht der Fall.

Switching Hubs existieren und werden als Hybrid benötigt, da bei einem Hub jede angeschlossene Maschine das gleiche Protokoll und die gleiche Geschwindigkeit sprechen muss. Ein 10 / 100mbps Switching Hub zum Beispiel wäre effektiv (oder tatsächlich) zwei Hubs (einer bei jede Geschwindigkeit) mit einem Zwei-Port-Switch oder Router saß zwischen ihnen. Wirklich einfache Switching-Hubs hatten tatsächlich unterschiedliche Ports für die verschiedenen Geschwindigkeiten, aber sie hatten die Intelligenz, die erforderlich war, damit jeder physische Port eine Verbindung zu beiden Seiten herstellen konnte, abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Maschine am anderen Ende versuchte, eine Verbindung herzustellen. Damit haben Sie effektiv noch eine einzige Kollisionsdomäne.

Ein Router verbindet zwei Netzwerkbeine als separate Kollisionsdomänen. Dies können zwei kabelgebundene Netzwerke sein mit dem gleichen protokoll, netzwerk beine mit verschiedenen protokollen, oder eine verdrahtete bein und eine drahtlose, etc. Ein Standard-WLAN-Zugangspunkt ist ein Router nach dieser Definition. Ein AP mit mehreren Ethernet-Ports ist eigentlich zwei Geräte in der gleichen Box: ein Switch und der AP. Eine Brücke ist ähnlich, aber sie verbindet die beiden Netzwerke als ein einziges Bein - drahtlose Extender funktionieren so, Überbrückung mit drahtlosen Netzwerkbeinen, und ein Switching-Hub ist effektiv eine Brücke zu.

So...

Warum gibt es keinen drahtlosen Schalter?

Der Grund, warum Sie keine drahtlosen Switches sehen, ist, dass Sie im Allgemeinen nur einen "Draht" haben: den kleinen Patch des Universums zwischen den Geräten, die am Netzwerk teilnehmen - alle Geräte teilen sich das gleiche Universum, also teilen Sie sich die gleiche Kollisionsdomäne oonly man kann ein Paket auf einmal senden. Sie können mehrere "Drähte" mit Wireless haben, indem Sie mehrere verschiedene Sätze von Funkfrequenzen verwenden, so dass verschiedene Geräte gleichzeitig zu sprechen, wenn sie dies auf verschiedenen Frequenzsätzen tun. Aus diesem Grund gibt es in jedem WLAN-Standard mehrere Bereiche - Sie können Ihr Netzwerk so einstellen, dass es einen verwendet, während Ihr Nachbar einen anderen verwendet und Ihre Geräte sich nicht gegenseitig stören. Einige Wireless Access Points unterstützen Protokolle, mit denen verschiedene Geräte unterschiedliche Frequenzen im selben Netzwerk verwenden können, es sei denn, Sie haben nur eine kleine Anzahl von Geräten und Es gibt keine lokalen Verbindungen wenn Sie dieselben Frequenzbereiche verwenden, erhalten Sie keine Kollisionsdomäne pro Gerät wie bei einem kabelgebundenen Switch (nur eine Kollisionsdomäne pro Frequenzbereich).

TL;DR -

Moderner MU-MIMO - (Multi-user - MIMO) access points sind die nächsten, die wir haben zu wechselte Wi-Fi.

Detail

Es gibt zwei Hauptmerkmale, die wir mit Ethernet-Switches verbinden.

1. Nicht-Broadcast-Pakete werden nur an das nominierte Benutzergerät gesendet.
2. Der Switch Fabric hat insgesamt eine höhere Bandbreite als jeder einzelne Link.

Bis vor kurzem konnten Wi-Fi Access Points nichts von diese Dinge, aber mit modernen beamforming-Techniken können Sie beides tun.

Eine Analogie

Wir denken normalerweise an Radio als stünde man mitten auf einem Feld und schreit. Solange nur eine Person schreit, können alle anderen auf dem Feld sie klar hören, aber wenn mehr als eine Person auf einmal schreit, wird sie verstümmelt, also nehmen wir sie abwechselnd (Zeitmultiplexen). Es ist ein gemeinsames Medium.

Beamforming - ist mehr wie das Sprechen in eine Parabolschale zeigte auf das Ohr eines anderen. Da das Signal an einem bestimmten Ort gerichtet ist, gibt es keine Notwendigkeit zu schreien, und es ist fast unhörbar für alle anderen. Nicht nur das, sondern viele Paare von Menschen auf dem Gebiet können das gleiche tun, ohne dass ihre Gespräche sich gegenseitig stören.

Damit erfüllt diese Strahlformtechnik unsere beiden Kriterien für "Wireless Switching".

MIMO

Die praktische Umsetzung dieser techniken in WiFi ist MU-MIMO.

In Radio, Multiple-input und Multiple-Output, oder MIMO (/maɪmoʊ ,mimiːmoʊ/), ist eine Methode zur Multiplikation der Kapazität einer Funkverbindung mit mehreren Sende-und Empfangsantennen zu nutzen Mehrwegausbreitung.

Wenn Sie über mehrere Antennen verfügen, sodass jedes Signal von Zugangspunkt zu Benutzergerät einen etwas anderen Weg einnimmt, kann MIMO möglicherweise einen Großteil der Bandbreite jedes "Streams" verwenden. gleichzeitig (wie eine Parabolschale auf Ihr linkes Ohr und eine andere auf Ihre rechte *8 ' zeigen).

MU-MIMO ist eine Erweiterung von MIMO, mit der Access Points Verbindungen zu mehreren Benutzergeräten gleichzeitig aufrechterhalten können.

Multi-User MIMO (MU-MIMO) kann mehrere Benutzer als räumlich verteilte Übertragungsressourcen auf Kosten einer etwas teureren Signalverarbeitung nutzen.

Ohne MU-MIMO stellen Access Points nur eine Verbindung zu einem Benutzer her gerät zu einem Zeitpunkt, so dass der Zugriff auf verschiedene Benutzergeräte über die Zeit verteilt werden muss. Bei MU-MIMO gilt diese Einschränkung nicht.

Wi-Fi 5 (802.11 ac) unterstützte MU-MIMO in Downlink - Richtung-so konnten mehrere Benutzergeräte Pakete gleichzeitig empfangen, mussten jedoch warten, bis sie den Empfang dieser Pakete bestätigt hatten. Diese Funktionalität wurde nur optional auf Geräten mit "Wave 2" - Zertifizierung unterstützt.

Wi-Fi 6 (802.11 ax) unterstützt MU-MIMO sowohl in Downlink-als auch in Uplink-Richtung. Mit mehreren bidirektionalen räumlichen Streams, die separaten Cat5-Kabeln entsprechen, die von einem Ethernet-Switch stammen, ist dies das Wi-Fi, das derzeit Switched Ethernet am nächsten kommt.

MU-MIMO in der Praxis

Die MU-MIMO-Technologie wird noch nicht sehr häufig unterstützt, und alle Geräte (Access Point und Benutzergeräte) müssen sie unterstützen, damit sie verwendet werden kann.

Nur ein Gerät in rance des Access Points, das nicht unterstützt MU-MIMO verhindert, dass alle MU-MIMO-Geräte ihre MU-MIMO-Fähigkeit für die Dauer ihrer Übertragungen nutzen.

Wi-Fi-Router sind - switches. Berücksichtigen Sie die Situation mehrerer Geräte, die an einen einzelnen Zugangspunkt angeschlossen sind. Dieser Access Point definiert ein einzelnes Wireless LAN, auf dem die Pakete zwischen den Geräten umgeschaltet werden. Die Geräte befinden sich nicht in verschiedenen Netzwerksegmenten mit eigenem IP-Subnetz; Sie sind alle in 192.168.0.1/8 oder was auch immer.

Der typische Wi-Fi-Router kann Pakete zwischen dem drahtlosen LAN und dem kabelgebundenen wechseln; Eine Mischung aus drahtgebundenen und drahtlosen Clients kann auf dem dasselbe Subnetz.

Geräte, die Linux verwenden, erreichen diese Funktionalität in der Regel mit Hilfe einer Kernelfunktion namens "ethernet Bridging".

Wi-Fi-Switching-Produkte sind als Multifunktionsgeräte integriert, die Routing bereitstellen, sodass sie aufgerufen und verkauft werden-als Wi-Fi-Router.