無線路由器及 Wi-Fi 組網(wǎng)指南

1.  什么是無線路由器?

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

家庭寬帶，按帶寬收費(fèi)，流量不限，通過無線路由器將其轉(zhuǎn)化為 Wi-Fi 信號(hào)，不但可供全家共享，連接各種智能家居也不在話下。

無線路由器

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(gè)名稱可以拆出來兩個(gè)關(guān)鍵詞：無線和路由。理解了這兩個(gè)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 Wi-Fi。無線路由器可以將家庭寬帶從有線轉(zhuǎn)換為無線信號(hào)，所有設(shè)備只要連接自家 Wi-Fi，就能愉快地上網(wǎng)了。除此之外，這些設(shè)備還組成了一個(gè)無線局域網(wǎng)，本地?cái)?shù)據(jù)高速交換，不受家庭寬帶的帶寬限制。

舉個(gè)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(shí)，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(shí)，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(hào)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。

無線路由器接口示意

在內(nèi)網(wǎng)中，每個(gè)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(gè)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)”。

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(jiǎn)稱 WFA），是一個(gè) 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(gè)朗朗上口的名字被廣泛認(rèn)為是對(duì)無線高保真（Wireless Fidelity）的縮寫，實(shí)際上是誤讀。它只是個(gè)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(huì)（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(gè)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(gè)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。

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(gè)字母這樣的協(xié)議編號(hào)，對(duì)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(jiǎn)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。

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(dòng) 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(gè)頻段上。這兩個(gè)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。

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(shí)，也會(huì)發(fā)射 2.4GHz 的無用信號(hào)，造成干擾。

由此可見，2.4GHz 上同時(shí)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(shí)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(gè)信道，每 20M 一個(gè)。注意這些信道是交疊的，本來只能放下 3 個(gè)，現(xiàn)在卻硬生生地?cái)D進(jìn)去了 13 個(gè)，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。

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(shì)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(gè)信道了。因此只有在夜深人靜網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)候，單個(gè)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(gè) 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。

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(zhǎng)，5GHz 雖然帶寬大干擾小，但是信號(hào)傳播衰減快，還很容易被阻擋，穿墻能力很弱。

2.4G 和 5G Wi-Fi 信號(hào)的穿透損耗

因此，跟 2.4GHz 相比，5GHz 信號(hào)通常要弱得多。至于它們到底各能覆蓋多少米，這個(gè)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(gè)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(jià)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(gè)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(tái)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(huì)在頻域上把載波帶寬分割為多個(gè)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(gè)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。

Wi-Fi 6 的擁有更多的子載波

在 OFDM 下，每個(gè)用戶必須同時(shí)占用全帶寬下的所有子載波。如果某個(gè)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(gè)問題，Wi-Fi 6 引入了 OFDMA 技術(shù)，后面多了個(gè)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。

OFDM vs. OFDMA

OFDMA 可以支持多個(gè)用戶在同一時(shí)刻共享所有子載波。相當(dāng)于運(yùn)輸公司把多個(gè)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(jià)錢的路由器，都長(zhǎng)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(jiǎn)單來說，就是在信號(hào)發(fā)射時(shí)，用多根天線來同時(shí)發(fā)送多路不同的數(shù)據(jù)，速度自然成倍提升；在接收時(shí)，多個(gè)天線同時(shí)接收手機(jī)發(fā)來的信號(hào)，跟戴了助聽器一樣，接收靈敏度也得到了增強(qiáng)。單用戶 MIMO（SU-MIMO）

如果所有天線同時(shí)只為一個(gè)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(shí)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(gè)個(gè)都是弱雞。路由器能發(fā) 4 路信號(hào)，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？

多用戶 MIMO（MU-MIMO）

解決辦法也是有的，一個(gè)手機(jī)的接收天線少，多個(gè)手機(jī)加起來不就多了？于是，路由器便將多個(gè)手機(jī)一起考慮，視作一個(gè)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(gè)天線還可以通過波束賦形技術(shù)，形成指向性的窄波束，對(duì)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(gè)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(gè)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(shí)，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(shì)很大，那至少說明他們對(duì)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(shí)間可以同時(shí)發(fā)送的比特?cái)?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(gè)等級(jí)，級(jí)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(hào)上。經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)才能最終發(fā)射出去。

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(shí)發(fā)送的比特?cái)?shù)為 1 個(gè)，2 個(gè)，4 個(gè)，6 個(gè)和 8 個(gè)。Wi-Fi 6 可以支持 1024QAM，可同時(shí)發(fā)送 10 個(gè)比特的數(shù)據(jù)，速率自然大為提升。

256QAM 和 1024QAM 對(duì)比圖

可是，原始數(shù)據(jù)在編碼時(shí)，為了糾錯(cuò)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(shí)，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(shí)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(duì)應(yīng)于 1024QAM 加 5/6 的碼率。

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(gè)系統(tǒng)帶寬劃分為多個(gè)正交的子載波，劃分的粒度越細(xì)，子載波越多，可同時(shí)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(gè)一個(gè)的符號(hào)（Symbol）中發(fā)送，每個(gè)符號(hào)花的時(shí)間越短，兩個(gè)符號(hào)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(duì)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(shí)間攜帶的比特?cái)?shù)也就越多，用于檢錯(cuò)糾錯(cuò)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(shí)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(gè)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。

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(hào)時(shí)長(zhǎng)和符號(hào)間隔相當(dāng)于貨車在公路的通行時(shí)長(zhǎng)再加上發(fā)車間隔。

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(dòng)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(shí)候，覺得這個(gè)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(gè)階段：wave 1 和 wave 2。

各 Wi-Fi 協(xié)議版本支持的空間流數(shù)

這兩個(gè)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(duì)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。

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(gè)符號(hào)可同時(shí)攜帶 8 個(gè)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(gè)符號(hào)可同時(shí)攜帶 10 個(gè)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）。

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(hào)強(qiáng)度足夠，且干擾很小的時(shí)候，高階 MCS 才能發(fā)揮作用。

符號(hào)長(zhǎng)度 + 符號(hào)間隔：在 802.11ac 及以前，單個(gè)符號(hào)長(zhǎng)度 3.2 微秒，符號(hào)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(hào)長(zhǎng)度 + 符號(hào)間隔為 3.6 微秒。

各 Wi-Fi 協(xié)議版本支持的符號(hào)長(zhǎng)度和符號(hào)間隔

到了 802.11ax，符號(hào)長(zhǎng)度成了 12.8 微秒，間隔長(zhǎng)度為至少 0.8 微秒，兩者加起來就是 13.6 微秒。

這個(gè)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(duì)前輩形成了碾壓之勢(shì)。

把上述多個(gè)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(hào)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。

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(gè)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(gè)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。

各型號(hào)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(gè)頻段可支持的信道帶寬以及流數(shù)，并對(duì)速率計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)證。

舉例來說，對(duì)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(duì)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(shí)代，我出差亞非拉時(shí)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(gè)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(gè)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(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)，就能做到成竹在胸。

4.1.   兩個(gè)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(shí)。這個(gè)概念看似高大上，其實(shí)就是 Wi-Fi 信號(hào)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(hào)強(qiáng)度。這些 Wi-Fi 信號(hào)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(gè)無線局域網(wǎng)（WLAN）分為幾個(gè)需要不同身份驗(yàn)證的子網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)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(huì)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(gè)頻段分為兩個(gè) SSID，但這可能會(huì)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(dòng)設(shè)置信號(hào)切換門限，用戶無感知。

網(wǎng)段

局域網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)手機(jī)或者電腦都有一個(gè) 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(shí)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，也稱為網(wǎng)段，主機(jī)地址用來標(biāo)識(shí)該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的每一臺(tái)設(shè)備。

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(gè) 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(shí)建議盡量讓所有設(shè)備處于同一網(wǎng)段下，方便相互訪問。

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(gè)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(gè)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(dòng)漫游的效果。

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(shí)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(hào)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(duì)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(hào)組成無線局域網(wǎng) WLAN，進(jìn)行全屋無線信號(hào)覆蓋。接入 WLAN 和連接有線 LAN 口的多個(gè)設(shè)備位于同一個(gè)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。

路由模式示意

此外，還可以把路由器用 WAN 口和上級(jí)路由器的 LAN 口連接起來，形成二級(jí)路由，就可以配置兩個(gè)網(wǎng)段的內(nèi)網(wǎng)，以及兩個(gè)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(gè)路由器之間的無縫漫游，一個(gè) Wi-Fi 信號(hào)減弱并切換到另一個(gè)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(tái)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(tái)路由器協(xié)作，多用于覆蓋的擴(kuò)展。

AP 模式有 3 個(gè)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(jí)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(jí)路由器完成。因此接入 AP 的手機(jī)或者電腦和上級(jí)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(jí)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(gè)設(shè)備之間肯定是沒法無縫漫游的，只能是一個(gè)信號(hào)太弱斷開之后再連另一個(gè)，或者手動(dòng)連接。

就算把這些 AP 設(shè)置為相同的 SSID，看似家里只有一個(gè) Wi-Fi 信號(hào)，但實(shí)際上 AP 和主路由的無線信號(hào)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。

AP 模式示意

這種組網(wǎng)下的 AP 功能完善，每個(gè)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(chǎng)，機(jī)場(chǎng)這些超大空間，需要的 AP 數(shù)量極其龐大，就只能另請(qǐng)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(gè)全新的設(shè)備：接入控制器（Access Controller，AC），普遍簡(jiǎn)稱作 AC。

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(dòng)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(shí)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(cè)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(shí)的認(rèn)證流程。

上述漫游協(xié)議需要路由器和手機(jī)同時(shí)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(duì)于家庭網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)足夠用了。

這個(gè)方案簡(jiǎn)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(duì)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(shí)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。

AP+AC+PoE 供電組網(wǎng)示意

這樣一來，我們?cè)?AC 的后面再接上一個(gè) PoE 交換機(jī)，再把所有等 AP 換成可以支持 PoE 的型號(hào)，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(shí)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(gè)房間再加 1 個(gè)客廳，一共 3 個(gè) AP 就夠了，結(jié)果不但要搭上接入主路由器，AC，再來個(gè) 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(chǎng)所，再不濟(jì)也是別墅這種多層樓且房間多的情況，對(duì)于普通住宅有些殺雞焉用宰牛刀的意思，確實(shí)不大合適。

路由 / AC / PoE 一體機(jī) + AP 組網(wǎng)示意

不過商家也針對(duì)性地開發(fā)了精簡(jiǎn)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(shí)，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(hào)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(shí)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(jí)路由器之間并沒有網(wǎng)線連接，只是單純地接收上級(jí)路由器的無線信號(hào)，進(jìn)行放大后再發(fā)出去，不做任何處理。

中繼模式組網(wǎng)示意

因此中繼模式下 AP 信號(hào)的 Wi-Fi 名稱和密碼都跟上級(jí)路由是一樣的，所有的設(shè)備也都位于同一網(wǎng)段。對(duì)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(gè)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(gè)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。

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(hào)來進(jìn)行上網(wǎng)。如果在主路由的信號(hào)很差的位置，放大之后雖然手機(jī)看到的 Wi-Fi 信號(hào)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(jí)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(hào)過差斷開之后手機(jī)再重新連接另一個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(gè)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(gè)控制節(jié)點(diǎn)來對(duì)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(gè)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。

Mesh 組網(wǎng)示意

路由器之間的有線連接叫做“有線回程”，對(duì)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(chǎng)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(gè)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(hào)不佳，直接再買個(gè)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(gè)路由器掛墻上，通過無線的方式和前兩個(gè) Mesh 組網(wǎng)，這下大家都很滿意，就是如廁的時(shí)間變長(zhǎng)了。

雖說這些路由器的型號(hào)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(gè) 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(jià)格還低。

目前各個(gè)廠家對(duì)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(huì)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)。

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(duì)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(gè) 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(shí)支持一個(gè) 2.4GHz 和兩個(gè) 5GHz 頻段，因此叫做“三頻路由器”。

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(gè)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(tái)路由 / AC / PoE 一體機(jī)和兩臺(tái) 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(tái)路由的價(jià)格遠(yuǎn)低于 AC+AP。

在選擇組網(wǎng)方案時(shí)，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(jiǎn)介

對(duì)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(hào)

一般情況下，你在辦理家庭寬帶時(shí)，運(yùn)營商會(huì)為你分配一個(gè)賬戶，具體表現(xiàn)就是一個(gè)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(hào)，再輸入用戶名和密碼之后，運(yùn)營商會(huì)給你分配一個(gè) IP 地址，路由器就成功聯(lián)網(wǎng)了。

Wi-Fi 撥號(hào)上網(wǎng)示意圖

WAN 口的聯(lián)網(wǎng)方式還有動(dòng)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(gè)以上的路由器組成多級(jí)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(huì)給你分配一個(gè)公網(wǎng) IP 地址，理論上只允許一個(gè)設(shè)備上網(wǎng)。但現(xiàn)在家家都有多部手機(jī)，多臺(tái)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(gè)局域網(wǎng)，路由器同樣會(huì)給接入的每一個(gè)設(shè)備分配一個(gè)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。

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(duì)外的公有 IP 才行，這就要用到 NAT 協(xié)議。NAT 可以把多個(gè)私有地址轉(zhuǎn)換為公有地址，這樣一來多個(gè)設(shè)備就可以共享同一個(gè)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(qǐng)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)。

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(shí)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(gè) 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(gè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。MAC 地址一般是固定不變的，結(jié)合時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)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(shí)玩等規(guī)則。

其他功能

QoS (Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)：對(duì)某設(shè)備進(jìn)行限速控制，也可以針對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)先級(jí)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(dòng)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(dòng)從指定的服務(wù)器地址下載文件到路由器的存儲(chǔ)空間（通過 USB 接口外接移動(dòng)硬盤）內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)資源共享。

路由器除了撥號(hào)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(duì)此有個(gè)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(jiǎn)介

到路由器的硬件，很多人可能會(huì)說，我就是要買個(gè)路由器而已，又不是造個(gè)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(duì)。

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(duì)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(shí)，會(huì)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(duì)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(gè)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(huì)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(gè)：博通（Broadcom），高通（Qualcomm），MTK（聯(lián)發(fā)科），瑞昱（Realtek）。對(duì)于動(dòng)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(hào)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(duì)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(chǔ)存操作系統(tǒng)指令，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、緩沖報(bào)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?jī)?nèi)存，硬件使用效率更優(yōu)。

相對(duì)智能手機(jī)動(dòng)輒 6G 到 8G 的內(nèi)存來說，路由器的功能比較少，對(duì)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(chǔ)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(gè)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(hào)處理距離天線最近的一步，其性能直接和 Wi-Fi 信號(hào)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(shí)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(jí)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(gè) WAN 口和四個(gè) LAN 口，組網(wǎng)一般都是夠用的?？紤]到目前無線組網(wǎng)已成為絕對(duì)的主流，很多路由器已經(jīng)把 LAN 口減配為一個(gè)或者兩個(gè)，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(shí)別。

在 Wi-Fi6 和超過 100M 以上的寬帶已普及的時(shí)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(jià)格一般非常低，購買的時(shí)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(jí)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(jiǎn)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。

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(gè)頻段共配置有 6 根天線，分別都可以支持 3x3MIMO，用料還是不錯(cuò)的。

可是，路由器的外部?jī)H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)。

路由器實(shí)物拆解

由此可見，靠外置天線數(shù)量來推測(cè)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(duì)大家有所幫助。