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大家好，我是蜉蝣君。本期我們來探討一下無線路由器的工作模式和組網(wǎng)。 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。 下面，正文開始。 一. 兩個基本概念 1.1 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。 圖片來源：網(wǎng)絡(luò) 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。 圖片來源：網(wǎng)絡(luò) 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。 1.2 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。 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。 圖片來源：網(wǎng)絡(luò) 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。 圖片來源：網(wǎng)絡(luò) 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。 二. 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。 圖片來源：自己畫的 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。 圖片來源：自己畫的 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。 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。 2.2.1 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。 圖片來源：自己畫的 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。 2.2.2 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。 圖片來源：自己畫的 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。
圖片來源：自己畫的 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。
圖片來源：自己畫的 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)。
圖片來源：網(wǎng)絡(luò) 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。 2.2.3 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。
圖片來源：自己畫的 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。 2.2.4 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。
圖片來源：自己畫的 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。 2.3 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。
圖片來源：自己畫的 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)。
圖片來源：Wi-Fi聯(lián)盟 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”。
圖片來源：中興文檔 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。 |
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