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無線路由器及 Wi-Fi 組網(wǎng)指南

作者:蜉蝣采采 時間:2022-12-12 來源:公眾號:無線深海 收藏

1.  什么是?

在 5G時代,手機(jī)套餐中所含的流量越來越多,單位價格也越來越便宜,即便如此,也難以毫無顧忌地刷劇。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202212/441530.htm

家庭寬帶,按帶寬收費(fèi),流量不限,通過將其轉(zhuǎn)化為 信號,不但可供全家共享,連接各種智能家居也不在話下。

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因此,將無線路由器稱為家庭的數(shù)據(jù)樞紐也毫不為過。

無線路由器這個名稱可以拆出來兩個關(guān)鍵詞:無線和路由。理解了這兩個詞背后的技術(shù)原理,就理解了無線路由器。

無線也就是我們常說的 。無線路由器可以將家庭寬帶從有線轉(zhuǎn)換為無線信號,所有設(shè)備只要連接自家 ,就能愉快地上網(wǎng)了。除此之外,這些設(shè)備還組成了一個無線局域網(wǎng),本地數(shù)據(jù)高速交換,不受家庭寬帶的帶寬限制。

舉個例子,很多人家里都有智能音箱,可以用來控制各種智能電器。當(dāng)你說小 X 小 X,打開電視時,音箱實(shí)際上是通過局域網(wǎng)找到電視并發(fā)送指令的,并不需要連接互聯(lián)網(wǎng);而你如果讓它播放新聞時,就必須要通過互聯(lián)網(wǎng)來獲取數(shù)據(jù)了。

我們前面說到的局域網(wǎng),也被稱為內(nèi)網(wǎng),在路由器上用 LAN (Local Area Network) 來表示,因此 Wi-Fi 信號也被稱作 WLAN (Wireless LAN,無線局域網(wǎng));而我們要訪問的互聯(lián)網(wǎng),也被稱作外網(wǎng),在路由器上用 WAN (Wide Area Network) 來表示。

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無線路由器接口示意

在內(nèi)網(wǎng)中,每個設(shè)備的 IP 地址是不同的,這被稱作私有地址;而所有設(shè)備上外網(wǎng)則共用同一個公有地址,由電信聯(lián)通這樣的寬帶運(yùn)營商分配。

路由器,正是連接內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的橋梁。上面說到的 IP 地址轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā),就是路由器的路由功能。

也就是說,路由器是家庭網(wǎng)絡(luò)的樞紐,所有的設(shè)備的數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過它的轉(zhuǎn)發(fā)才能彼此訪問或者到達(dá)外部網(wǎng)絡(luò),頗有一夫當(dāng)關(guān),萬夫莫開的意思,因此功能全面的路由器又被稱作“家庭網(wǎng)關(guān)”。

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無線路由器組網(wǎng)示意

2.  Wi-Fi 的關(guān)鍵技術(shù)

無線路由器的無線接入功能,就是之前說過的無線局域網(wǎng)(WLAN)。目前 WLAN 只有 Wi-Fi 這一種主流技術(shù),因此可以認(rèn)為兩者是等同的。

Wi-Fi 由 Wi-Fi 聯(lián)盟進(jìn)行技術(shù)認(rèn)證和商標(biāo)授權(quán)。實(shí)際應(yīng)用中 Wi-Fi 經(jīng)常被寫作 WiFi 或者 Wifi,但這兩種寫法并沒有被聯(lián)盟認(rèn)可。

Wi-Fi 聯(lián)盟(全稱:國際 Wi-Fi 聯(lián)盟組織,英語:Wi-Fi Alliance,簡稱 WFA),是一個 商業(yè)聯(lián)盟 ,擁有 Wi-Fi 的商標(biāo)。. 它負(fù)責(zé) Wi-Fi 認(rèn)證與商標(biāo)授權(quán)的工作,總部位于美國德克薩斯州 奧斯汀 (Austin)。

Wi-Fi 這個朗朗上口的名字被廣泛認(rèn)為是對無線高保真(Wireless Fidelity)的縮寫,實(shí)際上是誤讀。它只是個單純的名稱,并沒有實(shí)際含義,當(dāng)然也沒有全稱。

Wi-Fi 背后的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),則是由美國的電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)制定的 802.11 系列協(xié)議。

IEEE 全稱:Institute of Electrical and Electronics Enginees

2.1  Wi-Fi 協(xié)議的發(fā)展

從 1997 年的第一個版本開始,802.11 系列協(xié)議不斷向前演進(jìn),經(jīng)歷了 802.11a / b / g / n / ac 等多個版本,支持的上網(wǎng)速率也不斷提升。目前最新的協(xié)議版本是 802.11ax,也就是近年來迅速發(fā)展的 Wi-Fi 6。


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IEEE 802.11 系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程,從第一代到第六代

在最初的很多年里,Wi-Fi 雖然一代代向前發(fā)展,但世界上并沒有 Wi-Fi 幾代這樣的說法,直接就用 802.11 后面加幾個字母這樣的協(xié)議編號,對普通用戶非常不友好。

直到 2018 年,Wi-Fi 聯(lián)盟才決定把下一代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 802.11ax 用更為簡單易懂的 Wi-Fi 6 來宣傳,上一代的 802.11ac 和 802.11n 就順理成章地成了 Wi-Fi5 和 Wi-Fi4。至于更早的技術(shù),反正也沒人關(guān)注了,也就不用再起馬甲了。

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Wi-Fi 6 誕生之后,才有了 Wi-Fi 5 的叫法

2019 年 9 月 16 日,Wi-Fi 聯(lián)盟宣布啟動 Wi-Fi 6 認(rèn)證計(jì)劃。此后,Wi-Fi 6 的大名響徹了全世界,目前新發(fā)布的設(shè)備基本都已經(jīng)支持 Wi-Fi 6 了。

Wi-Fi 6 認(rèn)證標(biāo)志

2.2.  Wi-Fi 信道及使用的頻段

Wi-Fi 主要工作在 2.4GHz 和 5GHz 這兩個頻段上。這兩個頻段被稱作 ISM(Industrial Scientific Medical 工業(yè),科學(xué),醫(yī)學(xué))頻段,只要發(fā)射功率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求,就可以不用授權(quán)直接使用。

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不同國家的 ISM 頻段有所不同

2.4GHz 作為全球最早啟用的 ISM 頻段,頻譜范圍是 2.40GHz~2.4835GHz,共 83.5M 帶寬。

我們常用的藍(lán)牙,ZigBee,無線 USB 也工作在 2.4GHz 頻段。此外,微波爐和無繩電話使用的頻段也是 2.4GHz。甚至,有線 USB 接口的內(nèi)部芯片在工作時,也會發(fā)射 2.4GHz 的無用信號,造成干擾。

由此可見,2.4GHz 上同時工作的設(shè)備眾多,頻段擁擠不堪,干擾嚴(yán)重。當(dāng)萬家燈火,你和樓上樓下的鄰居在用 Wi-Fi 愉快上網(wǎng)的時候,路由器卻在背后默默地挑選信道,協(xié)調(diào)干擾。

Wi-Fi 把 2.4G頻段上的 83.5M 帶寬劃分為 13 個信道,每 20M 一個。注意這些信道是交疊的,本來只能放下 3 個,現(xiàn)在卻硬生生地擠進(jìn)去了 13 個,相互之間的干擾難以避免,只能盡量減輕,大不了大家速度慢一些,排隊(duì)輪著用。

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2.4G 頻譜及信道(第 14 信道在國內(nèi)是不允許使用的)

信道交疊到什么程度呢?由下圖可以比較直觀地看出,在這些信道里面,只有 1,6,11 或者 2,7,12,或者 3,8,13 這三組是完全沒有交疊的,可見 2.4GHz 頻段的擁堵程度。就好比一條很窄的路,上面通行的車卻很多,堵車頻頻,勢必造成通行速度的下降。

2.4G 不交疊的信道分布

到了 802.11n,用戶可以使用 40M 的信道,但 2.4GHz 頻段依然只有 83.5M 的總帶寬,就只能容納兩個信道了。因此只有在夜深人靜網(wǎng)絡(luò)空閑的時候,單個用戶才有可能使用 40M 信道,加之來自隔壁老王家的干擾,802.11n 的高速率很大程度上難以達(dá)到。

2.4G 40M 帶寬信道

如果說 2.4GHz 頻段是羊腸小道的話,5GHz 頻段無疑就是康莊大道了。

5GHz 頻段的可用范圍是 4.910GHz~5.875GHz,有 900 多 M 的帶寬,是 2.4G 的 10 倍還多!這段頻譜過于寬了,不同國家根據(jù)自身情況,定義了 Wi-Fi 可以使用的范圍。

比如,在中國 5GHz 頻譜共有 13 個 20M 信道可用作 Wi-Fi,連續(xù)的 20M 信道還可以組成 40M,80M,甚至 160M 信道。

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中國 5G 信道分布圖

5GHz 的帶寬大,上面跑的的設(shè)備少,用起來自然速度快,干擾小。因此,如果想要家庭網(wǎng)絡(luò)達(dá)到良好的速率體驗(yàn),可用考慮用 5GHz 來進(jìn)行全屋覆蓋。

然而尺有所短,寸有所長,5GHz 雖然帶寬大干擾小,但是信號傳播衰減快,還很容易被阻擋,穿墻能力很弱。

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2.4G 和 5G Wi-Fi 信號的穿透損耗

因此,跟 2.4GHz 相比,5GHz 信號通常要弱得多。至于它們到底各能覆蓋多少米,這個由于路由器的天線增益,接收靈敏度,家里墻體和障礙物的分布,以及個人期望達(dá)到的上網(wǎng)速率都有關(guān)聯(lián),很難具體給出。

如果僅考慮到家里的各種智能家居的聯(lián)網(wǎng),2.4GHz 的覆蓋和容量通常就夠用了。但如果需要高速上網(wǎng),最大化發(fā)揮家庭寬帶的價值,就必須依靠 5GHz 才能實(shí)現(xiàn)。

因此,Wi-Fi 的覆蓋建議不用考慮 2.4GHz,直接以 5GHz 全屋覆蓋作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。一般情況下單個路由器在家庭的復(fù)雜環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)無死角覆蓋,需要考慮多臺路由器之間的組網(wǎng)以及漫游問題,這點(diǎn)后面再講。

2.3.  Wi-Fi 關(guān)鍵技術(shù)

為什么 Wi-Fi 的速度越來越快?其實(shí)在 IEEE 的 802.11 系列協(xié)議一直在跟 3GPP 的 4G和 5G相互借鑒,使用的底層技術(shù)都是通用的。

OFDM/OFDMA

OFDM 的全稱是正交頻分復(fù)用。系統(tǒng)會在頻域上把載波帶寬分割為多個相互正交的子載波,相當(dāng)于把一條大路劃分成了并行多個車道,通行效率自然就大幅提升了。

在 Wi-Fi 5 及以前(802.11a / b / g / n / ac),子載波寬度是 312.5KHz,到了 Wi-Fi 6(802.11ax),子載波寬度縮小為 78.125KHz,相當(dāng)于將同樣寬度的路劃分成了更多的車道。

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Wi-Fi 6 的擁有更多的子載波

在 OFDM 下,每個用戶必須同時占用全帶寬下的所有子載波。如果某個需要發(fā)送的數(shù)據(jù)沒那么多,把頻率資源用不滿的話,其他用戶也沒法靈活使用,只能干巴巴地排隊(duì)等著,頻譜資源的使用效率不高。

為了解決這個問題,Wi-Fi 6 引入了 OFDMA 技術(shù),后面多了個字母 A,其全稱也就變成了正交頻分復(fù)用多址。多址就是多用戶復(fù)用的意思。

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OFDM vs. OFDMA

OFDMA 可以支持多個用戶在同一時刻共享所有子載波。相當(dāng)于運(yùn)輸公司把多個用戶的數(shù)據(jù)統(tǒng)一打包,共同裝車,充分利用車廂容量,大家的發(fā)貨速度就都加快了,頻譜效率得以提升。

MIMO / 波束賦形

路由器上面的天線數(shù)量是越來越多,從看不到天線,到一根,兩根,三根,四根,六根,八根... 現(xiàn)在不管啥價錢的路由器,都長得跟螃蟹似的,張牙舞爪好不唬人。

為啥要用這么多天線?就是為了更好地實(shí)現(xiàn) MIMO(多輸入多輸出)技術(shù)。簡單來說,就是在信號發(fā)射時,用多根天線來同時發(fā)送多路不同的數(shù)據(jù),速度自然成倍提升;在接收時,多個天線同時接收手機(jī)發(fā)來的信號,跟戴了助聽器一樣,接收靈敏度也得到了增強(qiáng)。無線路由器及 Wi-Fi 組網(wǎng)指南單用戶 MIMO(SU-MIMO)

如果所有天線同時只為一個用戶服務(wù),就叫做單用戶 MIMO(SU-MIMO)。更進(jìn)一步,路由器四路發(fā)射,手機(jī)四路接收,也可以更精細(xì)地叫做 4x4 MIMO。

有時候,路由器的天線眾多能力強(qiáng)悍,但四顧茫然,發(fā)現(xiàn)手機(jī)個個都是弱雞。路由器能發(fā) 4 路信號,但手機(jī)最多只能收兩路,最終下來路由器也就不得不配合著只發(fā)兩路。這不是浪費(fèi)么?

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多用戶 MIMO(MU-MIMO)

解決辦法也是有的,一個手機(jī)的接收天線少,多個手機(jī)加起來不就多了?于是,路由器便將多個手機(jī)一起考慮,視作一個功能強(qiáng)大的虛擬手機(jī),這樣就又能實(shí)現(xiàn)高階 MIMO 了。這種多手機(jī)共同參與的 MIMO 就叫做多用戶 MIMO(MU- MIMO),又叫虛擬 MIMO。

除此之外,多個天線還可以通過波束賦形技術(shù),形成指向性的窄波束,對準(zhǔn)用戶精準(zhǔn)覆蓋。由于窄波束的能量集中,因此可以覆蓋得更遠(yuǎn),穿墻效果也能得以提升。

波束賦形

這樣看來,路由器的天線個數(shù)是多多益善呀,買路由器就一定要挑天線多的嗎?這可能是一個陷阱。天線再多,只是在堆一些外部看得見的硬件而已,看起來牛逼閃閃,但內(nèi)部的設(shè)計(jì)到底能否支撐這么多天線還是未知數(shù)。

更重要的是,不論是 MIMO,還是波束賦形,都是需要軟件算法支撐的,這里面的復(fù)雜度遠(yuǎn)高于硬件,不同廠家算法優(yōu)化能力不同,可能導(dǎo)致很大的性能差異。

因此,建議在購買路由器時,不用太關(guān)注外部到底能看到多少根天線,而要看他們的產(chǎn)品宣傳,是否支持波束賦形,4x4MIMO,或者 MU-MIMO?如果廠家在這方面的宣傳聲勢很大,那至少說明他們對這些功能比較自信并將其作為賣點(diǎn)。

調(diào)制編碼策略(MCS)

調(diào)制編碼,分為調(diào)制和編碼兩部分,它們共同決定了單位時間可以同時發(fā)送的比特數(shù)。調(diào)制編碼策略一般將調(diào)制和編碼兩部分綜合起來分為多個等級,級別越高,數(shù)據(jù)發(fā)送的速率也就越快。

調(diào)制的作用就是把經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)(一串 0 和 1 的隨機(jī)組合)映射到前面所說幀結(jié)構(gòu)的最小單元:OFDM 符號上。經(jīng)過調(diào)制的信號才能最終發(fā)射出去。


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BPSK,QPSK,16QAM,64QAM 及 256QAM 星座圖

常用的調(diào)制方式包括 BPSK、QPSK、16QAM,64QAM 和 256QAM,能同時發(fā)送的比特數(shù)為 1 個,2 個,4 個,6 個和 8 個。Wi-Fi 6 可以支持 1024QAM,可同時發(fā)送 10 個比特的數(shù)據(jù),速率自然大為提升。

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256QAM 和 1024QAM 對比圖

可是,原始數(shù)據(jù)在編碼時,為了糾錯而加入了很多的冗余比特,真正的有用數(shù)據(jù)其實(shí)只占一部分。我們考慮上網(wǎng)速率時,說的僅僅是有用數(shù)據(jù)的收發(fā)速率,冗余比特都在解碼的時候丟棄掉了。

這就要引入碼率的概念,也即是有用的數(shù)據(jù)在編碼后總數(shù)據(jù)量中的占比。如果碼率是 3/4,就是指編碼后的數(shù)據(jù)中,3/4 是有用數(shù)據(jù),1/4 是后來添加的冗余比特。

不同的調(diào)制方式,加上不同的碼率,就組成了調(diào)制編碼策略(MCS)。下表是 Wi-Fi 6 中的 MCS 表,可以看出最高階 MCS 為 11,對應(yīng)于 1024QAM 加 5/6 的碼率。

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Wi-Fi 6 的 MCS 表

正是通過這些技術(shù)的不斷演進(jìn),Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)一代代向前,速率越來越高,讓我們更為暢快地上網(wǎng)。

3.  Wi-Fi 的上網(wǎng)速率估算

Wi-Fi 到底能達(dá)到多大速率呢?

路由器廠家宣傳的 Wi-Fi 6 可以達(dá)到 1800Mbps,3000Mbps,甚至 5400Mbps 速率,到底是怎么算出來的呢?

要計(jì)算 Wi-Fi 可以達(dá)到的峰值速率,必須用到前文講到的幾點(diǎn)技術(shù):OFDM,MCS,以及 MIMO。

OFDM:正交頻分多址,把整個系統(tǒng)帶寬劃分為多個正交的子載波,劃分的粒度越細(xì),子載波越多,可同時發(fā)送的數(shù)據(jù)就越多,速率自然也就越高。

此外,OFDM 技術(shù)最終要把數(shù)據(jù)打包在一個一個的符號(Symbol)中發(fā)送,每個符號花的時間越短,兩個符號之間的間隔(Guard Interval,GI)越小,速率也就越高。

MCS:調(diào)制編碼策略,對速率的影響主要是調(diào)制方式和碼率這兩方面。無線環(huán)境越好,可以使用的調(diào)制階數(shù)越高,單位時間攜帶的比特數(shù)也就越多,用于檢錯糾錯的冗余比特也就可以少加一些,碼率提升,有用數(shù)據(jù)的發(fā)送速率自然也就加快了。

MIMO:也就是通過多根天線,在空間中能同時發(fā)送的數(shù)據(jù)流數(shù)??臻g流數(shù)越多,速率越高。比如,4x4MIMO 的理論速率是 2x2 MIMO 兩倍,效果立竿見影。

綜上,單個頻段 Wi-Fi 的峰值速率可以用下面的公式來計(jì)算。跟 5G 峰值速率的計(jì)算類似,上述公式也可以用公路系統(tǒng)來類比。

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Wi-Fi 峰值速率計(jì)算公式

空間流數(shù)相當(dāng)于多層交通,子載波數(shù)量相當(dāng)于每層公路上的多條車道,調(diào)制階數(shù)相當(dāng)于路上貨車的車廂容積,碼率相當(dāng)于給貨物增加了包裝箱,OFDM 符號時長和符號間隔相當(dāng)于貨車在公路的通行時長再加上發(fā)車間隔。

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Wi-Fi 速率和公路運(yùn)力的類比

空間流數(shù):隨著協(xié)議的演進(jìn),Wi-Fi 能支持的空間流數(shù)越來越多,推動峰值速率不斷提升。

如下表所示,IEEE 制定的 802.11ac 最多能支持 8 流,但是 Wi-Fi 聯(lián)盟(WFA)在認(rèn)證的時候,覺得這個能力過于強(qiáng)了,實(shí)現(xiàn)起來成本太高,因此就分成了兩個階段:wave 1 和 wave 2。

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各 Wi-Fi 協(xié)議版本支持的空間流數(shù)

這兩個階段的能力也比較保守,并未最終實(shí)現(xiàn) IEEE 的設(shè)計(jì)能力。Wave 1 可支持 3 流,Wave 2 可支持 4 流。

到了 802.11ax,最多可以支持到 8 流。Wi-Fi 聯(lián)盟將其包裝為 Wi-Fi 6,也不再搞過渡版本了。但你的路由器到底能支持到幾流,還要看廠家具體的實(shí)現(xiàn)。

有效子載波數(shù)量:802.11 系列協(xié)議對子載波的劃分越來越細(xì),可支持的信道帶寬越來越大,這兩點(diǎn)促使有效子載波數(shù)量不斷增加。

如下表所示,802.11n 可支持最大 40M 信道帶寬,802.11ac 則能支持 160M 帶寬,因此有效子載波數(shù)量翻了 4 倍有余。

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各 Wi-Fi 協(xié)議版本支持的載波帶寬和有效子載波數(shù)量

到了 802.11ax,同樣最大支持 160M 信道寬度,但子載波間隔卻僅為之前協(xié)議的 1/4,從而最大支持的子載波數(shù)量相比 802.11ac 又翻了 4 倍。

調(diào)制階數(shù):802.11ac 最大支持 256QAM,調(diào)制階數(shù)為 8,也就是每個符號可同時攜帶 8 個比特的數(shù)據(jù)。

各 Wi-Fi 協(xié)議版本支持的調(diào)制階數(shù)

802.11ax 則最大支持到 1024QAM,每個符號可同時攜帶 10 個比特的數(shù)據(jù),比前一代提升了 25%。

MCS 和碼率:協(xié)議定義了多種調(diào)制方式和碼率的組合,就是調(diào)制編碼策略(Modulation Coding Scheme, MCS)。

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各 Wi-Fi 協(xié)議版本支持的 MCS

調(diào)制階數(shù)越高,碼率越高,抗干擾能力也就越差。因此在無線信號強(qiáng)度足夠,且干擾很小的時候,高階 MCS 才能發(fā)揮作用。

符號長度 + 符號間隔:在 802.11ac 及以前,單個符號長度 3.2 微秒,符號間隔是 0.8 微秒,但也支持 0.4 微秒。我們計(jì)算峰值速率當(dāng)然用短的間隔,因此 802.11ac 的符號長度 + 符號間隔為 3.6 微秒。

各 Wi-Fi 協(xié)議版本支持的符號長度和符號間隔

到了 802.11ax,符號長度成了 12.8 微秒,間隔長度為至少 0.8 微秒,兩者加起來就是 13.6 微秒。

這個值雖遠(yuǎn)高于之前的協(xié)議,看似吃了虧,但 802.11ax 在其他方面非常優(yōu)秀,速率還是對前輩形成了碾壓之勢。

把上述多個表格中的數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算,采用該協(xié)議可支持的最高階調(diào)試方式及碼率,符號間隔使用最小值,先不考慮空間流數(shù),單流的計(jì)算結(jié)果見下表。

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各 Wi-Fi 協(xié)議版本支持的單流速率

不同無線路由器 Wi-Fi 峰值速率的支持能力不同,主要體現(xiàn)在 2.4G 和 5G 這兩個頻段可支持的帶寬,以及空間流數(shù)。

2.4GHz 通常最大支持到 40M 帶寬,5GHz 頻段可最大支持 160M 帶寬,再根據(jù)協(xié)議版本的不同,以及空間流數(shù)的不同,把兩個頻段能支持的峰值速率加起來,就是路由器官方宣傳的峰值速率了。

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各型號路由器支持的峰值速率

上圖是蜉蝣君根據(jù)路由器的標(biāo)稱速率,來估計(jì) 2.4GHz 和 5GHz 這兩個頻段可支持的信道帶寬以及流數(shù),并對速率計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)證。

舉例來說,對于 AC1200,其中的 AC 是指它最高可以支持到 802.11ac 協(xié)議(Wi-Fi 5),2.4GHz 頻段只能使用 802.11n ,支持 2x2 MIMO,速率可達(dá) 300Mbps,5GHz 頻段也是 2x2 MIMO,速率為 867Mbps,總和為 1167Mbps,就按照 1200M 來宣傳了。

對于 AX5400,其中的 AX 是指它最高可以支持到 802.11ax 協(xié)議(Wi-Fi 6),2.4GHz 頻段支持 2x2 MIMO,速率可達(dá) 573.6Mbps,5GHz 頻段可支持 160M 信道帶寬及 4x4 MIMO,速率為 4804Mbps,總和為 5377.6Mbps,就按照 5400M 來宣傳了。

4.  家用 Wi-Fi 組網(wǎng)指南

話說在遠(yuǎn)古時代,我出差亞非拉時總是有一種焦慮感,唯恐入住的酒店或者宿舍沒有網(wǎng)絡(luò)或者沒有 Wi-Fi,因此必隨身攜帶插線板,網(wǎng)線和一個便攜式路由器。近幾年發(fā)現(xiàn) Wi-Fi 幾乎已經(jīng)無處不在了,這套裝備也逐漸蒙上了厚厚的塵土。

這個便攜路由器,直接插上網(wǎng)線啥都不用管就能用了,家里也曾使用過的多款路由器,大部分也都是直接插上電源,用手機(jī)簡單配置下就成。至于用的是啥工作模式和組網(wǎng)方案,并沒有特殊關(guān)注。

近期,我拿出了塵封已久的便攜路由器研究了下,發(fā)現(xiàn)事情并沒有那么簡單。為了達(dá)到更好的覆蓋效果,路由器之間可以靈活組網(wǎng),有多種工作模式。了解了這些原理之后,在家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃時,就能做到成竹在胸。

4.1.   兩個基本概念

SSID

SSID 的全稱是 Service Set Identifier,翻譯成中文就是服務(wù)集標(biāo)識。這個概念看似高大上,其實(shí)就是 Wi-Fi 信號的名稱。


無線路由器及 Wi-Fi 組網(wǎng)指南

無論在哪里,只要用電腦或者手機(jī)一搜,必然能看到一連串的 Wi-Fi SSID 以及它們的信號強(qiáng)度。這些 Wi-Fi 信號可以是加密的,也可以是不加密的。

電腦搜到的 SSID 列表

這就是 SSID 的核心功能:將一個無線局域網(wǎng)(WLAN)分為幾個需要不同身份驗(yàn)證的子網(wǎng)絡(luò),每一個子網(wǎng)絡(luò)都需要獨(dú)立的身份驗(yàn)證,防止未被授權(quán)的用戶進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò),一般的家庭組網(wǎng)都會設(shè)置密碼。

SSID 名稱示意

一般的雙頻路由器都可以把 2.4GHz 和 5Hz 這兩個頻段分為兩個 SSID,但這可能會造成困惑,經(jīng)常出現(xiàn)連接 2.4GHz 頻段的 SSID,難以切換到 5GHz 的情況。因此很多路由器也支持雙頻合一,系統(tǒng)自動設(shè)置信號切換門限,用戶無感知。

網(wǎng)段

局域網(wǎng)內(nèi)的每個手機(jī)或者電腦都有一個 IP(Internet Protocol,網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議)地址用于相互通信,我們常見的格式(IPv4)由 32 位 0 或者 1 組成。

32 位二進(jìn)制 IP 地址的格式大體如下:11000000101010000000000000000001,可是這看起來一點(diǎn)都不直觀。

于是我們把它分為四段:11000000.10101000.00000000.00000001,這還是不夠直觀。于是我們把它轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制:192.168.0.1,這下終于看著順眼多了。

為了方便管理,我們把 IP 地址分為兩部分,網(wǎng)絡(luò)前綴和主機(jī)地址。網(wǎng)絡(luò)前綴標(biāo)識了一個網(wǎng)絡(luò),也稱為網(wǎng)段,主機(jī)地址用來標(biāo)識該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的每一臺設(shè)備。

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IP 地址示意

如上圖所示,該地址前三段的“192.168.0”為網(wǎng)絡(luò)前綴,最后一段的“123”為主機(jī)地址。最后的主機(jī)地址中 8 位二進(jìn)制數(shù)字的范圍是 0~255,0 和 255 作為特殊用途,實(shí)際可用的范圍是 1~254。

子網(wǎng)掩碼用一連串的 1 來表示 IP 地址中哪些位是網(wǎng)絡(luò)前綴。在上圖的例子中,IP 地址的前三段 24 位都是網(wǎng)絡(luò)前綴,掩碼標(biāo)記為 11111111111111111111111100000000(不用數(shù),24 個 1),同樣分為 4 段再轉(zhuǎn)換為 10 進(jìn)制,就是 255.255.255.0,也可以附在 IP 地址的后面,寫作 192.168.0.123/24。


IP 地址和子網(wǎng)掩碼設(shè)置示意

同一網(wǎng)段內(nèi)部的設(shè)備可以相互通信,不同處于網(wǎng)段的設(shè)備,需要通過路由器的路由功能進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)才能互通。家庭網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不多,在組網(wǎng)時建議盡量讓所有設(shè)備處于同一網(wǎng)段下,方便相互訪問。

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網(wǎng)段間通信示意

上圖僅用網(wǎng)線連接的 PC 電腦來作為示例,實(shí)際上每個網(wǎng)段都可以通過有線或者無線方式來接入,設(shè)備也不限于電腦,手機(jī),音箱,攝像頭,門鈴等可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備都是可以的。

4.2.   路由器的工作模式和組網(wǎng)

無線路由器的工作模式眾多,大體可分為路由模式和 AP 模式。AP 模式又可以細(xì)分為 AP 模式(套娃),中繼模式,橋接模式及客戶端模式。

基于這些基本的工作模式,多個路由器之間可以形成 AP+AC,以及 Mesh 這兩種組網(wǎng)方式,達(dá)到無縫覆蓋,自動漫游的效果。

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路由器的工作模式和組網(wǎng)示意

4.2.1  路由模式

絕大多數(shù)無線路由器都工作在這種模式之下,同時使用了路由器的無線接入功能和路由功能。

最常見的用法是,路由器 WAN 口連接入戶光貓,并設(shè)置 PPPoE 撥號上網(wǎng)并提供各種路由及安全防護(hù)功能。為了熊孩子的未來,上面還可以配置多種上網(wǎng)管控策略,如 IP 地址,網(wǎng)址,應(yīng)用訪問的限制等。

對應(yīng)地,路由器的無線接入功能則負(fù)責(zé)發(fā)射 Wi-Fi 信號組成無線局域網(wǎng) WLAN,進(jìn)行全屋無線信號覆蓋。接入 WLAN 和連接有線 LAN 口的多個設(shè)備位于同一個局域網(wǎng)內(nèi),擁有相同的網(wǎng)段,可以直接進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)通信。

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路由模式示意

此外,還可以把路由器用 WAN 口和上級路由器的 LAN 口連接起來,形成二級路由,就可以配置兩個網(wǎng)段的內(nèi)網(wǎng),以及兩個不同的 Wi-Fi 名稱(配成一樣的也行)。

這種組網(wǎng)無法實(shí)現(xiàn)兩個路由器之間的無縫漫游,一個 Wi-Fi 信號減弱并切換到另一個過程伴隨 IP 地址的變化,網(wǎng)絡(luò)中斷感覺明顯。

4.2.2  AP 模式

AP 就是指接入點(diǎn)(Access Point)。顧名思義,工作在這種模式下的路由器只有接入功能,并沒有用到路由功能,因此就不提路由二字了,直接叫做接入點(diǎn)。

接入點(diǎn)沒有路由功能,并不代表路由功能就不存在,只是由另一臺路由器來承擔(dān)了而已。也就是說,AP 模式下的路由器無法獨(dú)立完成上網(wǎng)重任,需要跟另外一臺路由器協(xié)作,多用于覆蓋的擴(kuò)展。

AP 模式有 3 個子模式:AP 模式(套娃),中繼模式,橋接模式。

AP 模式

啟用 AP 模式的路由器通過網(wǎng)線和上級路由器連接,僅有接入功能作為無線覆蓋擴(kuò)展(用作主力覆蓋也可以),路由和 DHCP 等功能由上級路由器完成。因此接入 AP 的手機(jī)或者電腦和上級路由器處于同一網(wǎng)段,可直接互通。

AP 的無線網(wǎng)絡(luò)名稱(SSID)和密碼可以獨(dú)立設(shè)置,跟上級路由器的相同或者不同都行。如果 Wi-Fi 名稱的設(shè)置不同,兩個設(shè)備之間肯定是沒法無縫漫游的,只能是一個信號太弱斷開之后再連另一個,或者手動連接。

就算把這些 AP 設(shè)置為相同的 SSID,看似家里只有一個 Wi-Fi 信號,但實(shí)際上 AP 和主路由的無線信號缺乏交互,配置和管理比較麻煩,也是無法實(shí)現(xiàn)無縫漫游的。

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AP 模式示意

這種組網(wǎng)下的 AP 功能完善,每個節(jié)點(diǎn)都要分別配置,相互獨(dú)立工作,因此叫做“胖 AP(Fat AP)”。

胖 AP 們虎踞龍盤,沒有統(tǒng)一的管理,各自的覆蓋之間也無法漫游,在家里數(shù)量少了還能湊合用,在商場,機(jī)場這些超大空間,需要的 AP 數(shù)量極其龐大,就只能另請高明了。

AP+AC 組網(wǎng)

既然胖 AP 不好管理,我們可以把它再進(jìn)行拆分,只保留最基本的接入功能,將配置管理功能獨(dú)立出來,組建為一個全新的設(shè)備:接入控制器(Access Controller,AC),普遍簡稱作 AC。

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AP+AC 組網(wǎng)示意

AC 負(fù)責(zé)管理所有的 AP,只要在 AC 上進(jìn)行統(tǒng)一配置,就可以自動同步到所有的 AP 節(jié)點(diǎn),并且所有 AP 的工作狀態(tài)都可以在 AC 上進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,維護(hù)起來也非常方便。這種狀態(tài)的 AP 只需要好好干活就行,其他啥都不用管,當(dāng)然也就沒啥花花腸子了,因此叫做“瘦 AP(Fit AP)”。

更重要的是,通過讓 AP 們支持 802.11k / v / r 協(xié)議,就可以實(shí)現(xiàn) AP 間的無縫漫游了。

802.11k:無線資源測量協(xié)議,可幫助終端快速搜索附近可作為漫游目標(biāo)的 AP。

802.11v:無線網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議,用來解決 AP 之間的負(fù)荷均衡,以及終端節(jié)電等功能。

802.11r:快速漫游協(xié)議,用于加速手機(jī)或者電腦在漫游時的認(rèn)證流程。

上述漫游協(xié)議需要路由器和手機(jī)同時支持才能正常工作。

在各廠家的實(shí)際 AP 產(chǎn)品中,大多支持 802.11k / v 協(xié)議,對于家庭網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)足夠用了。

這個方案簡直完美啊,還有沒有改進(jìn)空間呢?

我們考慮下,大量的 AP 要跟 AC 連接,除了要提前鋪設(shè)大量的網(wǎng)線之外,還要準(zhǔn)備對應(yīng)的電源給 AP 供電,這工作量就大了去了。網(wǎng)線本身也是電線么,AP 的功耗一般也不高,網(wǎng)線能不能在傳數(shù)據(jù)的同時也把供電的活給干了呢?

還真可以。這種供電方式有專門的協(xié)議,叫做 PoE(Power over Ethernet,以太網(wǎng)供電),需要交換機(jī)等連接設(shè)備和 AP 雙方都支持才能正常供電。

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AP+AC+PoE 供電組網(wǎng)示意

這樣一來,我們在 AC 的后面再接上一個 PoE 交換機(jī),再把所有等 AP 換成可以支持 PoE 的型號,就可以實(shí)現(xiàn) PoE 供電了,省去了多處拉電源線的煩惱,頓時感覺網(wǎng)絡(luò)清爽了許多。

然而有人可能要說了,我家就 2 個房間再加 1 個客廳,一共 3 個 AP 就夠了,結(jié)果不但要搭上接入主路由器,AC,再來個 PoE 交換機(jī),不但成本高,連弱電箱都沒空間放了!

確實(shí)如此,AC+AP 方案主要用于大面積的商業(yè)場所,再不濟(jì)也是別墅這種多層樓且房間多的情況,對于普通住宅有些殺雞焉用宰牛刀的意思,確實(shí)不大合適。

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路由 / AC / PoE 一體機(jī) + AP 組網(wǎng)示意

不過商家也針對性地開發(fā)了精簡的方案,把路由器,AC 和 PoE 交換機(jī)合而為一,稱之為“路由 / AC / PoE 一體機(jī)”,跟普通的家用交換機(jī)大小仿佛,成本也大幅降低。

與此同時,上述方案也將 AP 也集成在傳統(tǒng)的 86 型網(wǎng)線插座面板內(nèi),完全隱藏于無形,卻達(dá)成了 Wi-Fi 無縫覆蓋,信號強(qiáng)勁的最佳狀態(tài)。

面板式 AP 組網(wǎng)示意圖

AC+AP 的優(yōu)點(diǎn)顯著,但也有缺點(diǎn)。那就是所有的 AP 都需要使用網(wǎng)線和 AC 連接,這就要求在裝修時就考慮好 Wi-Fi 組網(wǎng),并布好網(wǎng)線。如果沒有網(wǎng)線可達(dá),就必須考慮其他方案了。

4.2.3  中繼模式

跟 AP 模式不同,在中繼模式下的路由器和上級路由器之間并沒有網(wǎng)線連接,只是單純地接收上級路由器的無線信號,進(jìn)行放大后再發(fā)出去,不做任何處理。

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中繼模式組網(wǎng)示意

因此中繼模式下 AP 信號的 Wi-Fi 名稱和密碼都跟上級路由是一樣的,所有的設(shè)備也都位于同一網(wǎng)段。對于用戶來說,接入中繼 AP 和主路由的效果是完全一樣的,中繼 AP 僅相當(dāng)于一個擴(kuò)展覆蓋的管道,一切的處理都由主路由進(jìn)行。

4.2.4  橋接模式

橋接模式和中繼模式比較類似,也是在沒有網(wǎng)線的情況下,通過無線來連接兩個路由器。兩者的差異在于:中繼模式工作于物理層,不能做任何設(shè)置,而橋接模式則工作于數(shù)據(jù)鏈路層,可以配置獨(dú)立的 SSID。

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橋接模式組網(wǎng)示意

雖說 SSID 可以不同(也可以配成相同的),但處于橋接模式下的路由器和主路由器的網(wǎng)段是相同的,設(shè)備連接之后可以互相訪問。

工作中繼或者橋接模式的路由器,必須在主路由的覆蓋范圍內(nèi)才能放大信號來進(jìn)行上網(wǎng)。如果在主路由的信號很差的位置,放大之后雖然手機(jī)看到的 Wi-Fi 信號是滿格的,但是網(wǎng)速依然很慢甚至可能很不穩(wěn)定。

并且,主路由是不知道下級中繼或者橋接節(jié)點(diǎn)的存在的,它們之間也不存在管理和交互的關(guān)系,沒法進(jìn)行漫游,只能等待信號過差斷開之后手機(jī)再重新連接另一個節(jié)點(diǎn)。

有沒有方法能綜合 AC+AP 這樣的有線組網(wǎng),以及中繼或者橋接這樣的無線組網(wǎng),并能智能管理這個網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)簡化配置,無縫漫游的效果呢?

這就要用到 Mesh 組網(wǎng)技術(shù)了。

4.3  Mesh 組網(wǎng)

Mesh 又叫多跳網(wǎng)絡(luò),由多個地位相同的節(jié)點(diǎn)通過有線或者無線的方式相互連接,組成多條路徑,最終連接到跟互聯(lián)網(wǎng)相連網(wǎng)關(guān)。這樣的網(wǎng)絡(luò)存在一個控制節(jié)點(diǎn)來對所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和配置數(shù)據(jù)下發(fā)。

下圖是一個實(shí)際組網(wǎng)的案例,由主路由作為網(wǎng)關(guān)和控制節(jié)點(diǎn),其余節(jié)點(diǎn)通過有線或者無線連到主路由,或者通過無線來相互連接。這樣一來,弱覆蓋的區(qū)域不論有沒有網(wǎng)線,網(wǎng)絡(luò)都可以靈活地按需擴(kuò)展。

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Mesh 組網(wǎng)示意

路由器之間的有線連接叫做“有線回程”,對應(yīng)地,無線連接就叫做“無線回程”。

Mesh 組網(wǎng)非常適合于家庭 Wi-Fi 覆蓋使用。想象一下這樣的場景:

第一步:小明買了套房子,起初只有小兩口住,于是就先買了個路由器放在客廳,離得近的主臥也覆蓋良好,夫妻倆覺得這就夠用了。

第二步:小孩出生后,老媽和丈母娘也來幫忙照顧,但其他房間的 Wi-Fi 信號不佳,直接再買個路由器,通過有線的方式 Mesh 組網(wǎng),無縫漫游效果好。

第三步:大家一致反映衛(wèi)生間上網(wǎng)困難,那就再買個路由器掛墻上,通過無線的方式和前兩個 Mesh 組網(wǎng),這下大家都很滿意,就是如廁的時間變長了。

雖說這些路由器的型號不同,但只要都支持 Mesh 組網(wǎng)就可以配合使用,不像 AC+AP 那樣還要搭上個 AC 和 PoE 交換機(jī),還有網(wǎng)線的限制。最主要的是,普通的家用路由器已經(jīng)普遍支持了最新的 Wi-Fi 協(xié)議,價格還低。

目前各個廠家對于 Mesh 組網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)各不相同,起的名字自然也不同。一般情況下,不同廠家的路由器之間是不能組 Mesh 的,這可能會限制路由器的購買選擇。

為了解決不同廠家的路由器的互聯(lián)互通問題,Wi-Fi 聯(lián)盟推出了 EasyMesh 技術(shù),可以讓不同廠家的路由器之間也支持 Mesh 組網(wǎng)。

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Wi-Fi 聯(lián)盟的 EasyMesh 組網(wǎng)

但是廠家都各有自己的算盤,本來用互不兼容的 Mesh 技術(shù)就可以圈住用戶了,支持了這 EasyMesh 讓用戶選別家的產(chǎn)品,這明顯對自己不利啊。因此 EasyMesh 目前的支持率并不高。

為了更好地支持 Mesh 組網(wǎng),讓用戶獲得更高的網(wǎng)速,廠家就專門拿出一個 5GHz 頻段來做路由器之間的無線回程,這樣路由器就需要同時支持一個 2.4GHz 和兩個 5GHz 頻段,因此叫做“三頻路由器”。

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三頻 Mesh 路由器示意

網(wǎng)上經(jīng)常有家用組網(wǎng)到底 Mesh 和 AC+AP 哪個方案好的疑問,在此給出蜉蝣君的一些看法。

首先,無論是 Mesh 組網(wǎng)還是 AC+AP,都可以達(dá)到全屋覆蓋和無線漫游的效果。Mesh 組網(wǎng)在全部使用有線回程的情況下,基本上等同于 AC+AP。

Mesh 組網(wǎng)更為靈活,可用無線回程,也可用有線回程,還可以混合使用,而 AC+AP 則只能使用有線連接,需要提前規(guī)劃布線。

另外,AC+AP 方案中的 AC 可以置于弱電箱,AP 使用面板式也不占空間,所有設(shè)備沒有任何的網(wǎng)線和電源線外露,非常清爽美觀。而 Mesh 方案則需拖著拉網(wǎng)線和電源線,美觀性上要差得多。

最后,AC+AP 需要購置至少一臺路由 / AC / PoE 一體機(jī)和兩臺 AP 才有意義,如果要支持千兆網(wǎng)口和 Wi-Fi6,這些設(shè)備都不便宜;而 Mesh 組網(wǎng)則親民多了,兩臺路由的價格遠(yuǎn)低于 AC+AP。

在選擇組網(wǎng)方案時,可以根據(jù)上述兩方案的特點(diǎn)綜合考慮。

5.  無線路由器的其他功能簡介

對于無線路由器而言,除了前面幾期說到的無線接入功能之外,路由功能也非常關(guān)鍵,它解決的是你怎么上網(wǎng)的問題。

上網(wǎng)撥號

一般情況下,你在辦理家庭寬帶時,運(yùn)營商會為你分配一個賬戶,具體表現(xiàn)就是一個用戶名和密碼,這就是你接入互聯(lián)網(wǎng)的通行證。

路由器上的 WAN 口用于連接光貓,之后就可以在 WAN 口配置里,選擇上網(wǎng)接入方式。絕大多數(shù)情況下,需要選擇 PPPoE 撥號,再輸入用戶名和密碼之后,運(yùn)營商會給你分配一個 IP 地址,路由器就成功聯(lián)網(wǎng)了。


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Wi-Fi 撥號上網(wǎng)示意圖

WAN 口的聯(lián)網(wǎng)方式還有動態(tài) IP 和靜態(tài) IP 這兩種方式,不過國內(nèi)的運(yùn)營商基本上是不用的。如果家里有兩個以上的路由器組成多級路由的話,就需要設(shè)置上述兩種方式。

NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)

運(yùn)營商分配只會給你分配一個公網(wǎng) IP 地址,理論上只允許一個設(shè)備上網(wǎng)。但現(xiàn)在家家都有多部手機(jī),多臺電腦,以及各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng),這可怎么辦?

我們知道,路由器的 LAN 口及 WLAN(Wi-Fi)組成了一個局域網(wǎng),路由器同樣會給接入的每一個設(shè)備分配一個不同的 IP 地址。這些 IP 地址一般以 192.168.x.x 開頭,他們屬于私有地址,只能在局域網(wǎng)內(nèi)部使用。


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網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換示意圖

這些設(shè)備要上網(wǎng),就必須把私有 IP 轉(zhuǎn)換成對外的公有 IP 才行,這就要用到 NAT 協(xié)議。NAT 可以把多個私有地址轉(zhuǎn)換為公有地址,這樣一來多個設(shè)備就可以共享同一個公有 IP 來上網(wǎng)了。

安全管理

路由器作為家庭網(wǎng)關(guān),防火墻的功能一般都是必備的,可抵抗網(wǎng)絡(luò)攻擊。

防火墻最常見的功能是 DoS(Denial of Service)攻擊保護(hù)。DoS 攻擊,俗稱拒絕服務(wù)攻擊,通過發(fā)送大量的無用請求數(shù)據(jù)包,從而耗盡路由器的 CPU 和內(nèi)存等資源,導(dǎo)致無法進(jìn)行正常的服務(wù)。

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網(wǎng)絡(luò)攻擊

除了防火墻之外,安全管理還有很多實(shí)用的功能。

很多人想限制孩子上某些網(wǎng)站,限制使用某些 APP,或者限制上網(wǎng)時間段,都可以通過防火墻功能來實(shí)現(xiàn)。

IP 地址過濾:限制接入路由器的用戶訪問某些 IP 地址,或者限制局域網(wǎng)內(nèi)的某個 IP 地址訪問外網(wǎng)。

MAC 地址過濾:根據(jù) MAC 地址來限制局域網(wǎng)內(nèi)的某個設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。MAC 地址一般是固定不變的,結(jié)合時間段的配置,該功能可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的設(shè)備管理。

網(wǎng)址 / 域名過濾:限制聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對某些網(wǎng)址,或者域名的訪問。如果家里有小孩,可有效管理小孩對某些網(wǎng)站的瀏覽。

應(yīng)用程序過濾:限制某些應(yīng)用程序的聯(lián)網(wǎng),可以精細(xì)設(shè)置使能時間段。比如,可以根據(jù)需要設(shè)置周內(nèi)禁止玩游戲,周末可限時玩等規(guī)則。

其他功能

QoS (Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量):對某設(shè)備進(jìn)行限速控制,也可以針對數(shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)先級控制,比如:游戲優(yōu)先,網(wǎng)頁優(yōu)先,視頻優(yōu)先等智能控制。

DDNS(Dynamic DNS,動態(tài)域名服務(wù)):可以用來在自己的或家里架設(shè) WEBMAILFTP 等服務(wù)器,借助路由器 DDNS 綁定域名,可以將我們電腦作為服務(wù)器功能來使用,供外部用戶訪問。

遠(yuǎn)程下載:可以設(shè)置下載地址,并自動從指定的服務(wù)器地址下載文件到路由器的存儲空間(通過 USB 接口外接移動硬盤)內(nèi),并實(shí)現(xiàn)資源共享。

路由器除了撥號上網(wǎng)和 NAT 之外的其他功能,雖然我們一般情況下用得不多,但對此有個大概了解,說不定哪天就用到了。你說呢?

6.  無線路由器的硬件簡介

到路由器的硬件,很多人可能會說,我就是要買個路由器而已,又不是造個路由器,知道這么多細(xì)節(jié)又能做啥?

這種想法,其實(shí)...... 也對。

路由器其實(shí)跟我們常用的電腦或者手機(jī)類似,內(nèi)部也包含了 CPU、內(nèi)存、硬盤等等對應(yīng)的配置,這些硬件能力越強(qiáng),想必路由器的性能也就越強(qiáng)悍。

但當(dāng)你在購物網(wǎng)站打開某款路由器的介紹時,會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)廠家的各種牛逼閃閃的亮點(diǎn)宣傳,其實(shí)都是顧左右而言它,就是不想告訴你這玩意兒內(nèi)部到底配了啥。反正絕大多數(shù)人對此也沒有太多要求。

如果優(yōu)秀的你想要詳細(xì)了解一款路由器的肚子里到底有多少貨,做工到底扎不扎實(shí),就只能去看拆機(jī)視頻了。到了這一步,事先了解下路由器的硬件組成和作用就是有必要的了。

好,那我們這就開始。

CPU

說是 CPU,其實(shí)叫做 SoC(System On Chip,片上系統(tǒng))更為精確,因?yàn)橐话愕奶幚硇酒技闪?CPU 和很多其他的重要功能,形成了一個片上系統(tǒng)。

無論是中端還是高端路由器,CPU 都是當(dāng)仁不讓的計(jì)算核心,所有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)都會經(jīng)過 CPU。因此 CPU 決定了路由器的負(fù)載能力,能夠承受多少的數(shù)據(jù)吞吐量,其性能、功耗、散熱措施等都是非常重要的。

在低端家用路由器中,CPU 負(fù)責(zé)路由表查詢和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。在中高端家用路由器中,CPU 主要負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)和其他附加功能的運(yùn)行,包轉(zhuǎn)發(fā)和路由表查詢則主要由 ASIC 芯片完成。

目前常見的家用無線路由器 CPU 廠商主要是這么幾個:博通(Broadcom),高通(Qualcomm),MTK(聯(lián)發(fā)科),瑞昱(Realtek)。對于動手能力強(qiáng),想要刷新第三方固件的用戶來說,就需要考慮 CPU 的品牌和型號了,我們通常認(rèn)為博通 > 高通 > 其它。

此外集成了 CPU 的 SoC 芯片還決定了對外網(wǎng)口接口的數(shù)量,USB 接口類型等等。當(dāng)然,有些路由器使用外置接口的擴(kuò)展,而不使用 SoC 集成的配置。

內(nèi)存(RAM)

這里的內(nèi)存(RAM)和我們通常所說的電腦內(nèi)存的含義相同,在手機(jī)上也叫做運(yùn)存。

無線路由器中的內(nèi)存主要用來儲存操作系統(tǒng)指令,動態(tài)數(shù)據(jù)、緩沖報文等數(shù)據(jù)。通常來說,路由器內(nèi)存越大越好。路由器廠家的軟件算法優(yōu)化地好的話,可以節(jié)省大量內(nèi)存,硬件使用效率更優(yōu)。

相對智能手機(jī)動輒 6G 到 8G 的內(nèi)存來說,路由器的功能比較少,對內(nèi)存的需求沒有那么大。一般來說,千兆路由器使用 128M 內(nèi)存就夠用了,256M 已經(jīng)屬于高配大內(nèi)存了。

閃存(Flash)

閃存相當(dāng)于路由器的硬盤,用來存儲路由器的固件,也就是操作系統(tǒng)。一般來說,容量 16M 或者 32M 就夠用了,附加功能或者魔改較多的路由器可能要 128M 乃至 256M,如果不太想刷固件折騰的話不用特別關(guān)注。

無線管理芯片

顧名思義,無線管理芯片是用來支撐路由器的無線功能的。也就是說,路由器支持 Wi-Fi 5 還是 Wi-Fi 6,幾個發(fā)射天線,MIMO 功能到底如何,都是由無線管理芯片決定。該芯片可以獨(dú)立部署,也可以集成在 SoC 芯片中。

功放芯片

功放芯片也就是射頻前端模塊(FEM),由功率放大器(PA)、濾波器、雙工器、射頻開關(guān)、低噪聲放大器(LNA)、接收機(jī)和發(fā)射機(jī)等子模塊組成,也都封裝在射頻芯片中。

射頻前端是無線信號處理距離天線最近的一步,其性能直接和 Wi-Fi 信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性相關(guān)。

無線管理芯片一般都集成了內(nèi)置的射頻前端,但廠家也可以棄之不用,而使用性能更強(qiáng)的外置獨(dú)立射頻前端。一般認(rèn)為,每根天線都擁有獨(dú)立的射頻前端時路由器才能達(dá)到最佳的無線性能,因此有很多路由器以此作為賣點(diǎn)宣傳。

網(wǎng)絡(luò)端口

網(wǎng)口是路由器上所必備的,分為連接光貓或者上級路由器的 WAN 口和具有內(nèi)部交換功能的 LAN 口。

絕大多數(shù)的家用無線路由器都具備一個 WAN 口和四個 LAN 口,組網(wǎng)一般都是夠用的。考慮到目前無線組網(wǎng)已成為絕對的主流,很多路由器已經(jīng)把 LAN 口減配為一個或者兩個,甚至不再從硬件上區(qū)分 WAN 口和 LAN 口,而靠軟件去自適應(yīng)識別。

在 Wi-Fi6 和超過 100M 以上的寬帶已普及的時代,網(wǎng)口速率至少需要選擇千兆的。當(dāng)心不要被配備百兆網(wǎng)口的千兆路由器欺騙,這類路由器的價格一般非常低,購買的時候需要注意。

隨著光纖入室(FTTR)技術(shù)的發(fā)展,家庭全光組網(wǎng)方案也已上市。光纖這種介質(zhì)能提供幾乎不受限的傳輸容量,有超高帶寬需求或者考慮未來帶寬升級的同學(xué)可以考慮。

路由器架構(gòu)及實(shí)物拆解

蜉蝣君找到了一張 TP-Link 某款路由器的架構(gòu)圖,我們可以一起來簡單看看這款產(chǎn)品(非廣告,這玩意普聯(lián)也不在國內(nèi)賣)的里面到底配了些啥。

無線路由器及 Wi-Fi 組網(wǎng)指南

TP-Link 路由器

首先,最中間的是高通的 SoC 芯片,內(nèi)部集成了主頻為 700MHz 的 CPU,以及 2.4GHz 頻段的無線管理模塊,可支持 802.11g(Wi-Fi 3),并連接到了 3 路外置的射頻前端模塊,也就是說 2.4GHz 支持 3 根天線。

路由器設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

從 SoC 的 PCIe 總線延伸出去,可以看到另一塊支持 5GHz 頻段的無線管理芯片,可支持 802.11ac(Wi-Fi 5),也連接到了 3 路外置的射頻前端模塊,也就是說 5GHz 也支持 3 根天線。

由此可以得出,這是一款支持 Wi-Fi 5 的雙頻路由器,兩個頻段共配置有 6 根天線,分別都可以支持 3x3MIMO,用料還是不錯的。

可是,路由器的外部僅僅赫然挺立著 3 根天線,剩余的 3 根去了哪里?其實(shí)是集成在路由器內(nèi)部的,人家就是這么低調(diào)。

無線路由器及 Wi-Fi 組網(wǎng)指南

路由器實(shí)物拆解

由此可見,靠外置天線數(shù)量來推測路由器的能力是很不靠譜的,不迷信八爪魚看似牛逼的外表,具體性能如何還是要看參數(shù),拆硬件。

好了,關(guān)于無線路由器及 Wi-Fi 的介紹就到這里,希望對大家有所幫助。



關(guān)鍵詞: 無線路由器 Wi-Fi

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