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Mesh-Netzwerk-Builder

Bauen Sie selbstheilende Netzwerke in denen jeder Knoten ein Relay ist

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Was ist ein Mesh-Netzwerk?

Ein Mesh-Netzwerk verbindet Geräte direkt miteinander ohne zentrale Router oder Türme. Jeder Knoten kann Daten für seine Nachbarn weiterleiten und bildet ein selbstheilendes Netz.

Warum ist das wichtig? Wenn Hurrikane Mobilfunkmasten zerstören oder Erdbeben Glasfaserleitungen durchtrennen halten Mesh-Netzwerke die Menschen verbunden.

📖 Vertiefung

Analogie 1

Stellen Sie sich ein Klassenzimmer vor, in dem der Lehrer einem Schüler eine Nachricht zuflüstert, die einen Schüler auf der anderen Seite des Raumes erreichen muss. In einem traditionellen Netzwerk leitet jeder seine Nachrichten über den Lehrer (den zentralen Knotenpunkt) weiter. In einem Mesh-Netzwerk kann jeder Schüler an Schüler in der Nähe flüstern, die die Nachricht dann weitergeben. Wenn ein Schüler die Nachricht verlässt, nimmt die Nachricht einfach einen anderen Weg durch die Klasse.

Analogie 2

Stellen Sie sich ein Mesh-Netzwerk wie ein mittelalterliches Feuerfeuersystem vor. Jeder Turm auf einem Hügel kann seine Nachbarn sehen und Signale weiterleiten. Wenn ein Turm zerstört wird, leiten die Betreiber der Baken die Warnung einfach an andere Türme weiter. Die Nachricht kommt immer durch, solange es mindestens einen verbundenen Pfad über die Kette gibt.

🎯 Simulator-Tipps

Anfänger

Fügen Sie Relay-Knoten hinzu und beobachten Sie, wie Nachrichten durch das Netz springen, um Ziele zu erreichen.

Mittelstufe

Entfernen Sie Knoten, um die Widerstandsfähigkeit zu testen – beobachten Sie, wie sich das Netz durch Umleitung selbst heilt.

Experte

Optimieren Sie Routing-Protokolle und vergleichen Sie die Effizienz von Flooding mit der Direct-Forwarding-Effizienz.

📚 Glossar

Mesh Topology
Netzwerkarchitektur, bei der jeder Knoten mit mehreren anderen verbunden ist und so redundante Pfade entstehen. Im Gegensatz zu Stern- oder Baumtopologien gibt es bei Mesh-Netzwerken keinen Single Point of Failure.
AODV
Ad-hoc-On-Demand-Distance-Vector – ein reaktives Routing-Protokoll, das Routen nur bei Bedarf erkennt. Ein Quellknoten sendet eine Route Request (RREQ) und das Ziel antwortet mit einer Route Reply (RREP) entlang des umgekehrten Pfads.
OLSR
Optimiertes Link-State-Routing – ein proaktives Protokoll, bei dem jeder Knoten eine vollständige Routing-Tabelle verwaltet. Verwendet Multipoint Relays (MPRs), um den Überflutungsaufwand zu minimieren, indem eine Teilmenge von Nachbarn ausgewählt wird, um Steuernachrichten weiterzuleiten.
Flooding
Der einfachste Routing-Ansatz: Jeder Knoten sendet jedes empfangene Paket erneut an alle Nachbarn. Garantiert die Zustellung, wenn ein Pfad vorhanden ist, erzeugt jedoch exponentiellen Datenverkehr und verbraucht Bandbreite.
Multi-Hop Routing
Senden von Daten über zwischengeschaltete Relaisknoten, um ein Ziel außerhalb der direkten Funkreichweite zu erreichen. Jeder Hop erhöht die Latenz und verringert den effektiven Durchsatz.
Self-Healing
Die Fähigkeit eines Mesh-Netzwerks, Knoten- oder Verbindungsausfälle automatisch zu erkennen und den Datenverkehr ohne manuelles Eingreifen über alternative Pfade umzuleiten. Die Wiederherstellungszeit hängt vom Routing-Protokoll ab.
Signal Strength
Die Leistung eines Funksignals an einem Empfangsknoten, beeinflusst durch Entfernung, Hindernisse und Störungen. Schwächere Signale bedeuten höhere Paketverlustraten und einen geringeren Durchsatz.
Network Diameter
Der längste und kürzeste Pfad zwischen zwei verbundenen Knoten im Netzwerk, gemessen in Hops. Gibt die Routing-Entfernung im ungünstigsten Fall an.
TTL
Time to Live – ein Zähler, der begrenzt, wie viele Hops ein Paket durchlaufen kann, bevor es verworfen wird. Verhindert, dass Pakete endlos in Schleifen zirkulieren.
CSMA/CA
Carrier Sense Multiple Access mit Kollisionsvermeidung – ein MAC-Protokoll, bei dem Knoten vor der Übertragung abhören. Wenn der Kanal ausgelastet ist, wartet der Knoten eine zufällige Backoff-Periode. Wird in WLAN (802.11) verwendet.
TDMA
Time Division Multiple Access – ein MAC-Protokoll, das jedem Knoten einen bestimmten Zeitschlitz für die Übertragung zuweist. Eliminiert Kollisionen, erfordert jedoch eine Synchronisierung im gesamten Netzwerk.
MAC Protocol
Medium Access Control – das Layer-2-Protokoll, das regelt, wie Knoten das drahtlose Medium gemeinsam nutzen. Legt fest, wann jeder Knoten senden darf, um Kollisionen zu vermeiden.

🏆 Schlüsselpersonen

Charles Perkins (1999)

Miterfinder von AODV (Ad-hoc On-Demand Distance Vector), dem am häufigsten untersuchten reaktiven Routing-Protokoll für mobile Ad-hoc- und Mesh-Netzwerke

Robert Metcalfe (1973)

Erfand Ethernet und formulierte das Metcalfe-Gesetz – der Wert eines Netzwerks wächst proportional zum Quadrat seiner Knoten – ein Prinzip, das den Wert eines Mesh-Netzwerks direkt erklärt

Philippe Jacquet (2001)

Entwicklung von OLSR (Optimized Link State Routing) bei INRIA, dem führenden proaktiven Routing-Protokoll, das weltweit in Community-Mesh-Netzwerken verwendet wird

Guifi.net Community (2004)

Aufbau des weltweit größten Community-Mesh-Netzwerks in Katalonien, Spanien, mit über 35.000 aktiven Knoten, die kostenlosen Internetzugang bieten

Vint Cerf (1983)

Er war Miterfinder von TCP/IP und Verfechter verzögerungstoleranter Netzwerk- und Mesh-Architekturen für interplanetares Internet und Katastrophenkommunikation

MIT Roofnet Team (2004)

Bereitstellung eines experimentellen Multi-Hop-WLAN-Mesh auf den Dächern von Cambridge, um grundlegende Untersuchungen zum realen Mesh-Durchsatz und zur Routing-Leistung durchzuführen

🎓 Lernressourcen

💬 Nachricht an Lernende

Mesh-Netzwerke sind eine der demokratischsten Technologien, die jemals geschaffen wurden – sie ermöglichen es Gemeinden, ihr eigenes Internet aufzubauen, Überlebende von Katastrophen in Verbindung zu bleiben und Milliarden von IoT-Geräten ohne zentrale Autorität miteinander zu kommunizieren. Wenn Sie in diesem Simulator einen Knoten ausschalten, sehen Sie dasselbe Selbstheilungsprinzip, das Schlachtfeldnetzwerke am Leben hält, Smart Homes am Laufen hält und Community-Mesh-Netzwerke in ganzen Städten in Betrieb hält. Die Mathematik hinter dem Routing ist wunderschön: Eine einfache Regel an jedem Knoten – Weiterleitung an den besten Nachbarn – schafft eine entstehende globale Konnektivität. Vielleicht bauen Sie eines Tages ein Mesh-Netzwerk für Ihre Nachbarschaft, Ihre Schule oder sogar ein Katastrophenhilfegebiet auf.

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