Há muitas maneiras diferentes de construir uma rede de computadores^{(computer network)} . A topologia de rede mesh^(Mesh) está lentamente se tornando o novo padrão ouro para redes domésticas, mas o que significa ter uma “topologia mesh”?

Explicaremos as coisas mais importantes que você precisa saber sobre topologia de rede, por que a tecnologia mesh é única e por que está se tornando tão popular. 

O que significa “topologia”?

Topologia refere-se a como as coisas são organizadas em relação umas às outras. Por exemplo, o mapa topológico de uma área não é muito usado para navegação detalhada, mas mostra o arranjo “grande” dos pontos de interesse.

No contexto da ciência da computação e das redes, a topologia se refere a como os elementos de uma rede estão ligados entre si. Ele descreve quais nós em uma rede podem se comunicar diretamente antes de passar por outro nó.

Outros tipos de topologia de rede

Existem cinco tipos gerais de topologia de rede, cada um com suas vantagens e desvantagens.

As redes de topologia de barramento linear^{(Linear Bus Topology )} têm todos os nós conectados a um único cabo. Este cabo é conhecido como conexão “backbone”, com um “terminador” em cada extremidade deste cabo principal. Os dados^(Data) fluem apenas em uma direção de cada vez, conhecido como sistema “half-duplex”.

Esta é uma configuração de rede simples que não requer muito cabeamento. No entanto, a fraqueza em uma topologia de barramento é que toda a rede para de funcionar se algo der errado com o cabo de backbone. Também é difícil identificar qual dispositivo na rede pode estar causando problemas, tornando a solução de problemas demorada.

As redes de topologia em anel^{(Ring Topology )} não possuem um único cabo com terminadores em cada extremidade. Em vez disso, todos os nós estão dispostos em um círculo, com cada nó sempre tendo outro nó em ambos os lados. Ao contrário das redes de topologia de barramento linear, as redes de topologia em anel operam em modo full-duplex para que os dados possam ser enviados e recebidos simultaneamente. Como a topologia de barramento, qualquer falha no cabo derruba toda a rede.

As redes de topologia em estrela^{(Star Topology )} são o tipo mais comum de rede doméstica atualmente. Aqui, todos os nós da rede têm uma conexão direta com um dispositivo central. Pode ser um switch de rede, hub ou roteador. Todo o tráfego de rede flui através deste dispositivo primário.

Uma desvantagem dessa topologia é o potencial de congestionamento da rede e, é claro, o dispositivo de hub como um único ponto de falha. Também requer muito mais cabeamento do que as topologias de rede acima em uma rede com fio.

No entanto, na maioria das redes domésticas, isso não é um problema, pois a maioria dos dispositivos está conectada ao roteador sem fio usando Wi-Fi , com Ethernet reservada para alguns dispositivos.

Topologia em árvore (também conhecida como Topologia em estrela expandida, também conhecida como Topologia hierárquica)^{(Tree Topology (aka Expanded Star Topology, aka Hierarchical Topology) )} pega a ideia de uma rede de topologia em estrela e a expande em uma arquitetura semelhante a uma árvore. Por exemplo, seu roteador doméstico é o centro de sua topologia em estrela, mas é um nó em uma estrela maior com um roteador local, que é um nó em uma estrela ainda maior. 

As diferentes redes de topologia em estrela também são conectadas a um cabo de backbone, de modo que o “tronco” da topologia em árvore é uma rede de barramento linear e os “ramos” são redes de topologia em estrela.

Lembre-se desses designs gerais de rede enquanto descompactamos a topologia de malha.

Topologia de malha

Uma rede de topologia^{(Mesh Topology)} de malha oferece uma conexão direta entre quaisquer dois nós. Ao contrário das topologias de barramento ou anel, o tráfego de rede não precisa passar por todos os nós da rede para chegar ao seu destino. O tráfego de rede também não precisa passar por um hub central, como acontece com uma topologia em estrela. Quaisquer dois nós podem se comunicar de forma privada, sem chance de que qualquer outra pessoa na rede possa espionar.

Isso é verdade para redes mesh completas^{(full mesh)} , mas existem dois tipos de topologia de rede mesh, então vamos descompactar brevemente o primeiro.

Topologia de malha completa versus topologia de malha parcial^{(Full Mesh Topology Versus Partial Mesh Topology)}

Existem dois tipos de topologia de malha. Nas redes Full Mesh , cada^(every) nó da rede tem uma conexão ponto a ponto com todos os outros nós. Isso significa que não importa onde dois nós estejam localizados na rede, há uma conexão direta com ou sem fio entre eles. Isso requer a fiação mais complexa com o número de conexões rapidamente com cada nó adicionado.

Uma rede Partial Mesh tem a mesma filosofia básica em seu projeto de que os nós da rede se conectam diretamente a outros nós, mas nem todos os nós estão conectados a todos os outros nós. Cada nó está conectado a pelo menos um outro nó, e muitas vezes mais de um, mas a malha parcial não é tão complexa.

As vantagens da topologia de malha

A principal vantagem de uma rede full mesh são as conexões redundantes. Mesmo que uma conexão direta entre qualquer número de nós falhe, eles sempre podem passar roteando por outro nó da rede, mesmo que não seja tão rápido. Melhor ainda, é fácil identificar onde está a falha por design, portanto, consertar as coisas é relativamente fácil.

Nesse sentido, as redes full mesh são como a internet como um todo, onde pelo menos uma rota viável para transmissão de dados está sempre disponível, mesmo que grandes segmentos de rede caiam. Redes de malha parcial oferecem menos redundância, embora os projetistas de rede possam se concentrar em fornecer mais conexões aos nós mais críticos, equilibrando redundância, custo e complexidade.

Além de redundantes, as redes mesh possuem uma vantagem significativa em relação ao desempenho da rede, pois todos os nós podem enviar e receber dados simultaneamente, escolhendo as rotas mais eficientes pela rede. Isso significa desempenho de rede confiável e de baixa latência, perfeito para configurações de IoT ( Internet das Coisas^(Things) ) em residências inteligentes.

^(Mesh)As redes mesh têm privacidade excepcional, pois os dados se movem entre dispositivos de rede em sistemas full mesh.

Finalmente, as redes mesh têm excelente escalabilidade sem afetar negativamente o desempenho da rede ou a largura de banda. Uma rede mesh pode crescer organicamente ao longo do tempo adicionando novos nós e conectando-os aos nós mais próximos (malha parcial) ou todas as outras notas (malha completa).

As desvantagens da topologia de malha

As duas principais desvantagens da topologia de malha são o custo e a complexidade. As configurações de malha parcial ajudam a equilibrar esses problemas, mas uma rede com fio de malha completa é como uma teia de conexões de aranha.

As redes mesh^(Mesh) têm maior consumo de energia do que outros tipos de rede. Isso porque todos os nós devem estar ativos e ativados para fornecer caminhos de roteamento para dados. Há também uma carga de manutenção significativa, pois os nós individuais que desenvolvem problemas por qualquer motivo devem ser corrigidos ou substituídos para manter o desempenho da rede.

Redes Mesh Sem Fio em Casa

As redes^{(Area Networks)} locais ( LANs ) usadas em casa são tradicionalmente redes de topologia em estrela. Todos os dispositivos se conectam a um roteador central, seja por Wi-Fi ou Ethernet . A necessidade de conectividade com a Internet em toda a casa está crescendo com o surgimento de dispositivos inteligentes e eletrodomésticos.

Um dispositivo centralizado pode causar gargalos de desempenho e limitar o alcance de conexões com fio e sinais sem fio sem usar repetidores ou extensores^{(repeaters or extenders)} . Repetidores e extensores vêm com configurações complexas e desempenho de rede pior, portanto, não são a solução ideal para redes domésticas inteiras.

^(Mesh)Roteadores de rede mesh em casa são um exemplo de redes mesh parciais ou talvez um tipo de topologia híbrida. Nem todos os nós estão conectados a todos os nós. Em vez disso, o nó primário se conecta à WAN ( Wide Area Network ), que é outra maneira de se referir à Internet maior além de sua rede doméstica.

Esse nó primário é conectado diretamente a dispositivos como laptops e smartphones, mas também configura conexões sem fio dedicadas a outras unidades de rede mesh. Cada^(Every) roteador mesh se conecta à unidade mesh a seguir com a melhor velocidade e confiabilidade de conexão. Essa conexão pode ser via Wi-Fi ou via Ethernet “ backhaul”, onde um cabo de alta velocidade conecta algumas unidades de roteador mesh.

À medida que os dispositivos se movem pela casa, eles são distribuídos perfeitamente entre as unidades de malha, pois cada uma transmite o caminho para a Internet. Nós clientes^(Client) , como smartphones, não são usados ​​como parte da malha. Nenhum tráfego é roteado de um dispositivo cliente diretamente para outro. Todo o tráfego passa para o nó do roteador mesh mais próximo. Se você deseja expandir a rede para melhorar o desempenho ou a cobertura, adicione mais unidades de malha.

Como você pode ver, as redes sem fio “mesh” para uso doméstico não correspondem exatamente ao modelo de uma rede mesh real. Em vez disso, é mais como ter várias redes de topologia em estrela conectadas por um conjunto de subconexões de malha dedicadas. 

Ainda assim, esta é a solução de rede doméstica mais avançada e perfeita^{(seamless home network solution)} . Um que podemos recomendar a qualquer pessoa, supondo que seu orçamento se estenda a essa nova tecnologia.

What Is Mesh Network Topology?

There are many different ways to build a computer network. Mesh network topology is slowly becoming the new gold standard for home networks, but what does it mean to have a “mesh topology”?

We’ll explain the most important things you need to know about network topology, why mesh technology is unique, and why it’s becoming so popular. 

What Does “Topology” Mean?

Topology refers to how things are arranged in relation to each other. For example, an area’s topological map isn’t used much for detailed navigation, but it shows the “big picture” arrangement of points of interest.

In the context of computer science and networks, topology refers to how the elements of a network are linked together. It describes which nodes on a network can communicate directly before going through another node.

Other Types of Network Topology

There are five general types of network topology, each with its advantages and disadvantages.

Linear Bus Topology networks have all nodes connected to a single cable. This cable is known as a “backbone” connection, with a “terminator” at each end of this main cable. Data only flows in one direction at a time, known as a “half-duplex” system.

This is a simple network setup that doesn’t require much cabling. However, the weakness in a bus topology is that the entire network stops functioning if anything goes wrong with the backbone cable. It’s also hard to pinpoint which device on the network might be causing issues, making troubleshooting time-consuming.

Ring Topology networks don’t have a single cable with terminators on each end. Instead, all the nodes are arranged in a circle, with every node always having another node on both sides. Unlike linear bus topology networks, ring topology networks operate in a full-duplex mode so that data can be sent and received simultaneously. Like bus topology, any fault in the cable brings the whole network down.

Star Topology networks are the most common type of home network today. Here, all of the nodes in the network have a direct connection to a central device. This can be a network switch, hub, or router. All network traffic flows through this primary device.

One disadvantage of this topology is the potential for network congestion and, of course, the hub device as a single point of failure. It also requires much more cabling than the above network topologies in a wired network.

However, in most home networks, this is a non-issue since most devices are connected to the wireless router using Wi-Fi, with Ethernet reserved for a handful of devices.

Tree Topology (aka Expanded Star Topology, aka Hierarchical Topology) takes the idea of a star topology network and expands it into a tree-like architecture. For example, your home router is the center of your star topology, but it’s a node on a bigger star with a local router, which is a node on an even bigger star. 

The different star topology networks are also connected to a backbone cable, so the “trunk” of the tree topology is a linear bus network, and the “branches” are star topology networks.

Keep these general network designs in mind as we unpack mesh topology.

Mesh Topology

A Mesh Topology network offers a direct connection between any two nodes. Unlike bus or ring topologies, network traffic doesn’t have to pass through every node on the network to reach its destination. Nor does network traffic have to pass through a central hub as it does with a star topology. Any two nodes can communicate privately, with no chance that anyone else on the network can eavesdrop.

That’s true of full mesh networks, but there are two types of mesh network topology, so let’s briefly unpack the first.

Full Mesh Topology Versus Partial Mesh Topology

There are two types of mesh topology. In Full Mesh networks, every node on the network has a point-to-point connection to every other node. This means that no matter where two nodes are located on the network, there’s a direct wired or wireless connection between them. This requires the most complex wiring with the number of connections rapidly with every node added.

A Partial Mesh network has the same basic philosophy in its design that nodes on the network connect directly to other nodes, but not every node is connected to every other node. Every node is connected to at least one other node, and often more than one, but the partial mesh isn’t nearly as complex.

The Advantages of Mesh Topology

The main advantage of a full mesh network is redundant connections. Even if a direct connection between any number of nodes fails, they can always get through by routing through another network node, even if it isn’t as fast. Even better, it’s easy to pinpoint where the fault is by design, so fixing things is relatively easy.

In that sense, full mesh networks are like the internet as a whole, where at least one viable route for data transmission is always available, even if large network segments go down. Partial mesh networks offer less redundancy, although the network designers can concentrate on giving the most critical nodes the most connections, balancing redundancy, cost, and complexity.

Besides being redundant, mesh networks have a significant advantage regarding network performance since nodes can all send and receive data simultaneously, choosing the most efficient routes through the network. This means reliable, low latency networking performance perfect for IoT (Internet of Things) setups in smart homes.

Mesh networks have exceptional privacy since data moves between network devices in full mesh systems.

Finally, mesh networks have excellent scalability without negatively affecting network performance or bandwidth. A mesh network can grow organically over time by adding new nodes and hooking them into the nearest nodes (partial mesh) or all other notes (full mesh).

The Disadvantages of Mesh Topology

The two main disadvantages of mesh topology are cost and complexity. Partial mesh setups help balance these issues, but a full-mesh, wired network is like a spider’s web of connections.

Mesh networks have higher power consumption than other network types. That’s because all nodes must be active and turned on to provide routing paths for data. There’s also a significant maintenance burden since individual nodes that develop issues for any reason must be fixed or replaced to maintain network performance.

Wireless Mesh Networks in the Home

Local Area Networks (LANs) used in the home have traditionally been star topology networks. All devices connect to a central router, whether by Wi-Fi or Ethernet. The need for internet connectivity in the entire home is growing with the rise of smart devices and home appliances.

A centralized device can cause performance bottlenecks and limit the reach of both wired connections and wireless signals without using repeaters or extenders. Repeaters and extenders come with complex configurations and worse network performance, so they aren’t the ideal solution for whole-home networking.

Mesh network routers in the home are an example of partial mesh networks or perhaps a type of hybrid topology. Not all nodes are connected to every node. Instead, the primary node connects to the WAN (Wide Area Network), which is another way of referring to the greater internet beyond your home network.

That primary node is connected directly to devices like laptops and smartphones, but it also sets up dedicated wireless connections to other mesh network units. Every mesh router connects to the following mesh unit with the best connection speed and reliability. That connection can be over Wi-Fi or through Ethernet “backhaul,” where a high-speed cable connects some mesh router units.

As devices move around the home, they are seamlessly handed off between mesh units as each one relays the path to the internet. Client nodes such as smartphones are not used as part of the mesh. No traffic is routed through one client device directly to another. All traffic passes to the nearest mesh router node. If you want to expand the network to improve performance or coverage, add more mesh units.

As you can see, “mesh” wireless networks for home use don’t quite match the template of an actual mesh network. Instead, it’s more like having several star-topology networks linked together by a set of dedicated mesh sub-connections. 

Still, this is the most advanced and seamless home network solution. One we can recommend to anyone, assuming your budget will stretch to this new technology.

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