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mercoledì 28 luglio 2021 di 5893 Letture
Come funziona il WiFi mesh

Come funziona il WiFi mesh

Cos'è il WiFi mesh, come funziona, quando è utile e come scegliere un sistema. Quali le differenze rispetto ai classici ripetitori.

Quando si parla di WiFi mesh, sistema WiFi o genericamente di "mesh" si fa sempre riferimento alla stessa cosa ovvero a una rete senza fili che permette di ampliare il raggio di copertura del router WiFi utilizzando sempre lo stesso identificativo (SSID) e senza perdite di potenza del segnale.

Il concetto di rete mesh non riguarda solo il WiFi e si riferisce a quelle infrastrutture di rete decentralizzate che usano più nodi senza poggiare il loro funzionamento su un'apparecchiatura centrale: rimuovendo uno o più nodi la rete mesh continua a funzionare.

In un altro articolo abbiamo visto cos'è una rete mesh e come funziona con specifico riferimento alle reti WiFi.

Che siano router, access point o altre tipologie di dispositivi wireless, i nodi di una rete WiFi mesh fungono da ripetitori per trasmettere il segnale inviato e ricevuto in broadcast dai nodi più vicini che diversamente non sarebbero raggiungibili in modo diretto dai client perché troppo distanti.

Come chiariremo più avanti, però, disporre di più dispositivi WiFi che lavorano in broadcasting all'interno di una singola rete wireless non significa che si è necessariamente implementato un sistema WiFi.

L'idea dell'approccio mesh esiste da un bel po’ di tempo, almeno dal 2016 quando eero presentò il suo primo sistema WiFi. Da allora praticamente ogni produttore di soluzioni per il networking ha presentato una sua proposta mesh.

Quando occorre usare il WiFi mesh

Come indicazione generale si usa il WiFi mesh quando un singolo dispositivo broadcaster (ad esempio il router WiFi) non offre una copertura senza fili sufficiente.

Di solito su una superficie di 150 m2 un singolo router è sufficiente per fornire prestazioni wireless soddisfacenti a patto però che sia installato al centro dell'edificio, che non ci siano particolari ostacoli, che il segnale non debba essere irradiato su più piani, che non ci siano interferenze rilevanti.

Quando ci sono aree in ufficio o a casa che il router WiFi non può raggiungere, allora ha senso valutare mesh.

La domanda che sorge spontanea è: non basta più un range extender o ripetitore WiFi? La risposta è "no" soprattutto se si utilizza una connessione a banda ultralarga e si vuole contare su una connessione WiFi potente, affidabile e performante in ogni singolo ambiente. Ci torniamo più avanti.

Per comporre un sistema WiFi si ha bisogno di almeno due unità: la prima si collega alla rete Internet mentre la seconda si connette alla prima in modo wireless o tramite un cavo di rete per estendere la copertura WiFi.

Queste unità sono chiamate in modo diverso dai diversi produttori: nodi, satelliti, hub, punti mesh, punti WiFi, punti di accesso e così via. Per semplicità chiameremo "router" l'unità che si collega alla rete Internet e "nodi" tutte le altre.

Uno dei requisiti più importanti per un sistema WiFi (mesh) è che le unità hardware cooperino per formare un'unica rete senza soluzione di continuità. Tutti i dispositivi (router e nodi) devono essere controllabili da un unico pannello di amministrazione, ad esempio tramite un'interfaccia web comune o un'app da installare sui dispositivi mobili.

Se si deve gestire un dispositivo per il networking in maniera autonoma significa che non si sta utilizzando un sistema WiFi.

Prima di guardare ai sistemi WiFi

Prima di fare un investimento su un sistema WiFi è bene controllare la copertura del segnale della rete attuale.

Le app per i dispositivi mobili FRITZ!App WLAN, WiFi Analyzer e InSSIDer Lite per i notebook consentono di misurare la potenza del segnale WiFi e annotarne i valori nei vari ambienti nei quali si necessita di copertura.

Quando l'intensità del segnale è compresa tra -67 e -30 dBm si tratta di un valore buono; quando scende al di sotto di -67 o -70 dBm le prestazioni inizieranno a degradare.

Sotto i -80 dBm la connessione non sarà più affidabile e risulterà "ballerina".

Se si individuassero dei "punti morti" (zone in cui il segnale WiFi è debole o assente), bisognerà accertarsi che il tuo router sia posizionato in modo ottimale, centralmente rispetto all'area da servire. Se è infilato in un armadio all'estremità dell'edificio di solito basta rivedere il posizionamento del router per risolvere il problema piuttosto che pensare al WiFi mesh.

Differenze tra ripetitori WiFi o range extender e WiFi mesh

Un WiFi extender, range extender o ripetitore WiFi è un dispositivo che si collega in modalità wireless a una rete WiFi esistente e poi ritrasmette il segnale usando un SSID (nome della rete) proprio.

Anche quando si impostasse il ripetitore WiFi per usare lo stesso SSID della rete esistente ci si ritroverà comunque con due reti WiFi completamente differenti nella stessa area: come tali saranno rilevate e gestite da tutti i dispositivi client.

L'uso di un ripetitore WiFi può in alcuni casi provocare interferenze e influenzare negativamente le prestazioni delle unità wireless che si utilizzano, soprattutto quando non si scegliessero bene in canali di comunicazione evitando sovrapposizioni.

I ripetitori WiFi sono noti per non offrire segnale stabile e per le loro prestazioni in fase di trasferimento dati che si dimostrano molto altalenanti. Tanti collegano semplicemente un ripetitore a una presa di corrente pensando che in qualche modo magicamente migliorerà le cose. Ma non è così.

Un altro aspetto curioso dei ripetitori WiFi è che la maggior parte di essi prevede l'utilizzo di indirizzi MAC virtuali per i client collegati. I dispositivi connessi con il ripetitore si registrano sulla rete usando un indirizzo MAC casuale invece del proprio. Qualunque funzione impostata lato router che sfruttasse gli indirizzi MAC (ad esempio per l'assegnazione automatica di uno stesso IP privato a specifici client) non funzionerà.

Alcuni dispositivi IoT (Internet delle Cose) richiedono l'utilizzo del loro vero MAC per funzionare: la connessione a ripetitori WiFi potrebbe quindi essere causa di problemi.

Le principali caratteristiche del WiFi mesh

Un sistema WiFi è innanzi tutto molto semplice da allestire: di solito è necessario impostare solo il router principale; i nodi verranno configurati di conseguenza in modo automatico replicando le impostazioni del router.

Tant'è vero che quando si cambieranno ad esempio le impostazioni della rete WiFi come SSID e password lo si farà solo sul router: i vari nodi acquisiranno automaticamente la modifica.

Il secondo importantissimo vantaggio è che diversamente rispetto ai ripetitori WiFi, i client vedranno un'unica rete con lo stesso SSID indipendentemente dal nodo che si sta utilizzando e al quale il dispositivo è collegato.

Si può così passare da un ambiente all'altro beneficiando di un segnale WiFi stabile e di una connessione che non "salta" neppure per un istante. Inoltre, il sistema WiFi permetterà l'utilizzo del nodo che offre sempre le prestazioni migliori.

Non prendete comunque alla lettera l'utilizzo del termine "istantaneo" per il passaggio automatico da un nodo all'altro della rete mesh. Il client di fatto si disconnette fisicamente da un dispositivo hardware per connettersi a un altro: in questo processo si verifica quindi sempre una breve interruzione. Nel caso dei sistemi WiFi ciò avviene quasi istantaneamente tanto che l'utente non si accorge del passaggio da un nodo all'altro.

In generale si noterà sempre una brevissima interruzione se si utilizzano app di comunicazione in tempo reale (i.e. videoconferenze): in questi casi si dovrebbe scegliere la postazione preferita ed evitare di spostarsi altrove.

Parlando della caratteristica che i produttori di sistemi WiFi chiamano seamless hand-off ovvero la possibilità di passare dinamicamente da un nodo all'altro è necessario tenere presenti alcuni aspetti degni di nota:

  • I dispositivi hardware coinvolti (nodo mesh e client) devono supportare lo standard IEEE 802.11r, 802.11v o 802.11k. La maggior parte dei sistemi WiFi e dei client supportano almeno uno di questi ma è un aspetto fondamentale per poter passare da un nodo all'altro senza soluzione di continuità.
  • Il sistema mesh non segue una logica "umana" osservando le distanze alle quali i nodi sono connessi. Fintanto che il segnale wireless è sufficientemente costante i dispositivi potrebbero non vedere nulla di migliore o peggiore esaminando i nodi vicini.
  • Con i sistemi mesh non c'è bisogno di preoccuparsi di quale nodo si sta usando e quindi qual è il dispositivo al quale il client è di volta in volta connesso.

Il passaggio da un nodo all'altro può avvenire quasi senza soluzione di continuità allestendo una rete formata da router, ripetitori WiFi e access point ma il suo comportamento è decisamente migliore con i sistemi WiFi.

Alcuni ripetitori WiFi offrono un backhauling dedicato ovvero predispongono una connessione diretta con il router principale. In questi casi (si pensi ai mesh extender di Netgear EX8000 e EX7500) il passaggio da un nodo all'altro è decisamente più affidabile. In ogni caso bisognerà comunque riconfigurare ripetitori e access point ogni volta che si cambieranno le impostazioni della WiFi.

Poiché lavorano come broadcaster indipendenti c'è sempre la possibilità che causino interferenze. A tale proposito anche i dispositivi che usano il backhauling wireless dedicato sono molto meno affidabili di quelli che offrono la possibilità di configurare il backhauling cablato.

In generale non aspettatevi di poter disporre di un vero sistema mesh se usate semplici ripetitori WiFi. Una combinazione di un router più un paio di access point, se impostata correttamente, può funzionare in modo simile a un vero sistema WiFi.

Dal punto di vista delle prestazioni del WiFi mesh in un sistema di questo tipo tutti i nodi lavorano insieme a formare una singola rete WiFi unificata: essi sfruttano i segnali WiFi l'uno dell'altro per fornire la migliore efficienza possibile, aspetto difficilmente ottenibile quando più dispositivi lavorano in modo indipendente.

Una WiFi mesh assicurerà quindi migliori prestazioni e affidabilità rispetto all'utilizzo di un gruppo di ripetitori e access point.

Ancora una volta l'utilizzo di cavi Ethernet per collegare i nodi (backhauling cablato) è un sistema di gran lunga migliore per costruire un sistema WiFi in ambito domestico, professionale e aziendale. Questo perché non si verificheranno perdite di segnale.

I problemi dei sistemi WiFi dual band. Perché guardare a WiFi mesh tri-band

Quando si combinano più broadcaster WiFi a formare un'unica rete si deve fare i conti con la degradazione del segnale in funzione della e, se si usa hardware dual-band, con la perdita di segnale.

La perdita di segnale avviene quando la banda wireless di un nodo riceve e ritrasmette segnali WiFi allo stesso tempo: dovendo fare due cose contemporaneamente si perde almeno il 50% dell'efficienza che si riverbera sui dispositivi client collegati.

Questo fenomeno non ha nulla a che fare con l'indicatore della potenza del segnale WiFi lato client e si verifica anche quando la connessione wireless è indicata come a piena potenza.

In un sistema WiFi dual-stream (2×2) di più vecchia concezione tutti i nodi possono fornire fino a fino a 867 Mbps sulla banda dei 5 GHz. Un client a 5GHz collegato a un nodo qualunque potrà ottenere al massimo 433 Mbps o comunque la metà della velocità rispetto alla connessione sul router principale. Le velocità sono inoltre teoriche e in condizioni reali i numeri risultano di solito molto più bassi a causa delle distanze e delle interferenze.

I produttori dei moderni sistemi WiFi (e anche dei range extender più nuovi) usando una banda aggiuntiva a 5 GHz (5 GHz + 5 GHz + 2,4 GHz) per arginare la perdita di segnale.

La banda aggiunta nel caso dei sistemi WiFi tri-band è chiamata backhaul dedicato e serve per il collegamento reciproco dei nodi e del router principale. Le altre due bande (5 GHz e 2,4 GHz) vengono invece destinate al collegamento dei dispositivi client.

Prossimamente avremo sempre più dispositivi compatibili WiFi 6E: il supporto del nuovo standard offre connessioni wireless migliori a scapito della portata (raggio di copertura) grazie all'introduzione delle frequenze sui 6 GHz.

I nuovi hardware potranno essere dotati di una configurazione differente - 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz - ottimizzando al massimo prestazioni ed efficienza.

Come configurare al meglio WiFi mesh

Un sistema WiFi viene generalmente fornito con due o tre nodi; uno funziona come router principale da collegare alla rete Internet (ad esempio a una porta del modem router fornito dall'operatore di telecomunicazioni).

I nodi devono connettersi al router principale del sistema WiFi direttamente o indirettamente tramite uno switch o un altro nodo.

Come abbiamo detto in precedenza il modo migliore per implementare un sistema WiFi prestazionale è utilizzare cavi di rete per collegare i vari nodi tra loro allestendo una configurazione di backhauling cablata. Così facendo si potrà contare sempre sulle migliori prestazioni WiFi possibili.

Va detto comunque che alcuni sistemi WiFi non supportano il backhaul cablato e che per collegare ciascun nodo bisognerà disporre di una porta Ethernet RJ-45 nelle immediate vicinanze. Per chi dispone di connessioni in fibra ottica di classe Gigabit l'utilizzo di un backhaul cablato rappresenta la soluzione migliore. Va ricordato infatti che WiFi 6 o WiFi 802.11 ax permette di trasferire dati in linea puramente teorica fino a 9,6 Gbps più che raddoppiando la massima velocità supportata dal WiFi 5. Le migliori connessioni in fibra FTTH si fermano al momento 1 o 2,5 Gbps in downstream in attesa di XGS-PON (10 Gbps simmetrici).

Entro certi limiti non importa la distanza o il posizionamento dei nodi del sistema WiFi perché con il backhauling cablato si otterranno sempre le stesse prestazioni.

Il backhauling wireless si ha quando una delle bande disponibili viene utilizzata per le comunicazioni tra nodi e router principale del sistema WiFi.

Far passare i cavi di rete può essere difficile o addirittura impossibile: per questo motivo approntare WiFi mesh utilizzando il backhauling wireless è oggi cosa molto comune. In questo caso, però, il modo in cui si dispongono i nodi assume un'importanza cruciale.

Banalmente, più i nodi del sistema WiFi saranno vicini più forte sarà il segnale tra di loro. Il risultato si tradurrà in più banda e velocità di trasferimento dati maggiori rilevati sui singoli client. Il rovescio della medaglia è che la copertura sarà ridotta.

D'altra parte una distanza maggiore tra i nodi significa copertura più estesa ma le prestazioni risulteranno degradate. Addirittura se i nodi venissero posizionati troppo distanti l'uno dall'altro potrebbe essere usata la banda dei 2,4 GHz come backhaul con il risultato di una rete molto lenta rispetto all'utilizzo dei 5 GHz.

Talvolta può non essere semplice individuare il giusto posizionamento che coniughi copertura e velocità. In generale, se ci sono muri in mezzo, i nodi di un sistema WiFi possono essere posizionati tra 10 e 15 metri.

Il modo più semplice per scoprire dove posizionare un nodo satellite è verificare l'indicatore della potenza del segnale WiFi sullo smartphone o sul notebook. Quando la potenza scende (ma non al livello più basso) è lì che si dovrà porre fisicamente il nodo aggiuntivo.

Applicazioni gratuite come FRITZ!App WLAN e WiFi Analyzer consentono di spostarsi da un ambiente all'altro verificando la potenza del segnale. Suggeriamo di non porre i nodi nei punti in cui l'intensità di segnale non si almeno pari a -67/-68 dBm.

In una configurazione wireless la perdita di segnale e la latenza sono inevitabili. L'obiettivo è quindi ridurle al minimo.

Se si utilizzassero più di due nodi ci si dovrà preoccupare anche della topologia della rete: sarebbe bene orientarsi sulla topologia a stella in cui i nodi satellite del sistema WiFi vengono posizionati intorno al router principale.

Questa disposizione assicura che ogni nodo sia in grado di collegarsi direttamente al router principale facendo sì che i segnali WiFi saltino solo una volta dal router prima di arrivare al client finale.

Quale sistema WiFi scegliere

Sono tanti gli aspetti da prendere in considerazione quando ci si accinge a scegliere un sistema WiFi. Anche perché si tratta di dispositivi che non costano poco.

Di seguito alcuni consigli:

- Orientarsi ove possibile su un sistema WiFi tri-band visto che i dual band non offrono il backhauling wireless.

- Se si avesse a disposizione una rete cablata verificare che il sistema WiFi supporti il backhauling cablato. Molti sistemi tri-band sono progettati per una configurazione completamente wireless quindi non supportano affatto il backhaul cablato. In questi casi un sistema WiFi dual band andrà più che bene; non serve orientarsi su un più costoso prodotto tri-band.

- Per condividere una connessione Internet fino a 100 Mbps in downstream (i.e. FTTC xDSL) qualsiasi sistema WiFi andrà bene, soprattutto quelli che supportano WiFi 6. La ragione è che le prestazioni ottenibili in WiFi saranno comunque molto superiori alla banda fornita dall'operatore di telecomunicazioni.

- Con connessioni Internet veloci (300 Mbps o più) si avrà bisogno di un sistema WiFi che abbia backhauling dedicato o un prodotto WiFi mesh dual band di alto livello.

- Per le connessioni ultrabroadband (500 Mbps o più) l'utilizzo dei cavi di rete con backhauling dedicato è fondamentale per ottenere le prestazioni migliori. Un sistema WiFi tri-band aiuta a gestire la situazione ma le prestazioni rilevate potrebbero non risultare comparabili con quelle di una configurazione basata su backhauling cablato.


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