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网状网络构建器

构建每个节点都是中继的自愈网络

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什么是网状网络?

网状网络将设备直接相互连接,无需中央路由器或基站。每个节点都可以为邻居中继数据,创建一个自愈网络,在故障时自动重新路由。

为什么这很重要?当飓风摧毁信号塔或地震切断光纤时,网状网络保持人们的连接。

📖 深入了解

类比 1

想象一下在教室里,老师向一名学生低声传达信息,并且需要将信息传达给房间另一边的学生。在传统网络中,每个人都通过老师(中央枢纽)传递消息。在网状网络中,任何学生都可以向附近传递信息的学生耳语——如果一名学生离开,信息只会以不同的路径在课堂上传播。

类比 2

将网状网络想象成中世纪的火标系统。每个山顶塔都可以看到其邻居并中继信号。如果一座塔被摧毁,信标操作员只需通过其他塔发出警告即可。只要整个链上至少有一条连接路径,消息就总是能够通过。

🎯 模拟器提示

初学者

添加中继节点并观察消息如何通过网格到达目的地。

中级

删除节点以测试弹性 - 观察网格如何通过重新路由进行自我修复。

专家

优化路由协议并比较泛洪与定向转发的效率。

📚 术语表

Mesh Topology
每个节点连接到多个其他节点的网络架构,创建冗余路径。与星形或树形拓扑不同,网状网络没有单点故障。
AODV
Ad hoc 按需距离矢量 — 一种反应式路由协议,仅在需要时发现路由。源节点广播路由请求(RREQ),目的地节点沿反向路径回复路由应答(RREP)。
OLSR
优化链路状态路由 - 一种主动协议,其中每个节点都维护完整的路由表。使用多点中继 (MPR) 通过选择邻居子集转发控制消息来最大限度地减少洪泛开销。
Flooding
最简单的路由方法:每个节点将其收到的每个数据包重新广播给所有邻居。如果存在任何路径,则保证传送,但会产生指数流量并耗尽带宽。
Multi-Hop Routing
通过中间中继节点发送数据以到达直接无线电范围之外的目的地。每跳都会增加延迟并降低有效吞吐量。
Self-Healing
网状网络能够自动检测节点或链路故障并通过备用路径重新路由流量,而无需人工干预。恢复时间取决于路由协议。
Signal Strength
接收节点处无线电信号的功率,受距离、障碍物和干扰的影响。信号较弱意味着丢包率较高,吞吐量较低。
Network Diameter
网络中任意两个连接节点之间的最长最短路径,以跳数为单位。表示最坏情况下的路由距离。
TTL
生存时间——限制数据包在被丢弃之前可以经过多少跳的计数器。防止数据包在循环中无休止地循环。
CSMA/CA
带有冲突避免功能的载波侦听多路访问 — 一种 MAC 协议,节点在传输之前进行侦听。如果通道繁忙,节点会等待一个随机退避周期。用于 WiFi (802.11)。
TDMA
时分多址 — 一种 MAC 协议,为每个节点分配特定的传输时隙。消除冲突,但需要跨网络同步。
MAC Protocol
介质访问控制 — 控制节点如何共享无线介质的第 2 层协议。确定何时允许每个节点传输以避免冲突。

🏆 关键人物

Charles Perkins (1999)

共同发明了 AODV(Ad hoc 按需距离矢量),这是研究最广泛的移动自组和网状网络反应式路由协议

Robert Metcalfe (1973)

发明了以太网并制定了梅特卡夫定律——网络的价值与其节点的平方成正比——这一原理直接解释了网状网络的价值

Philippe Jacquet (2001)

在 INRIA 开发了 OLSR(优化链路状态路由),这是全球社区网状网络中使用的领先主动路由协议

Guifi.net Community (2004)

在西班牙加泰罗尼亚建立了全球最大的社区网状网络,拥有超过 35,000 个活跃节点,提供免费互联网接入

Vint Cerf (1983)

共同发明了 TCP/IP 并倡导用于星际互联网和灾难通信的延迟容忍网络和网状架构

MIT Roofnet Team (2004)

在剑桥屋顶部署实验性多跳 WiFi 网状网络,对现实世界的网状网络吞吐量和路由性能进行基础研究

🎓 学习资源

💬 给学习者的话

网状网络是有史以来最民主的技术之一——它们让社区建立自己的互联网,让灾难幸存者保持联系,让数十亿个物联网设备在没有任何中央权威的情况下相互通信。当您在这个模拟器中杀死一个节点时,您会看到相同的自我修复原理,该原理使战场网络保持活力,智能家居运行,并且社区网状网络在整个城市运行。路由背后的数学原理很美妙:每个节点的简单规则——转发到最好的邻居——创建了紧急的全局连接。也许有一天您会为您的社区、学校甚至救灾区建立一个网状网络。

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