無線路由器及 Wi-Fi 組網指南

1.  什么是無線路由器?

在 5Ｇ時代，手機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。

家庭寬帶，按帶寬收費，流量不限，通過無線路由器將其轉化為 Wi-Fi 信號，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據樞紐也毫不為過。

無線路由器這個名稱可以拆出來兩個關鍵詞：無線和路由。理解了這兩個詞背后的技術原理，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換為無線信號，所有設備只要連接自家 Wi-Fi，就能愉快地上網了。除此之外，這些設備還組成了一個無線局域網，本地數據高速交換，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。當你說小 X 小 X，打開電視時，音箱實際上是通過局域網找到電視并發(fā)送指令的，并不需要連接互聯網；而你如果讓它播放新聞時，就必須要通過互聯網來獲取數據了。

我們前面說到的局域網，也被稱為內網，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)；而我們要訪問的互聯網，也被稱作外網，在路由器上用 WAN (Wide Area Network) 來表示。

無線路由器接口示意

在內網中，每個設備的 IP 地址是不同的，這被稱作私有地址；而所有設備上外網則共用同一個公有地址，由電信聯通這樣的寬帶運營商分配。

路由器，正是連接內網和外網的橋梁。上面說到的 IP 地址轉換，數據包轉發(fā)，就是路由器的路由功能。

也就是說，路由器是家庭網絡的樞紐，所有的設備的數據都必須經過它的轉發(fā)才能彼此訪問或者到達外部網絡，頗有一夫當關，萬夫莫開的意思，因此功能全面的路由器又被稱作“家庭網關”。

無線路由器組網示意

2.  Wi-Fi 的關鍵技術

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

Wi-Fi 由 Wi-Fi 聯盟進行技術認證和商標授權。實際應用中 Wi-Fi 經常被寫作 WiFi 或者 Wifi，但這兩種寫法并沒有被聯盟認可。

Wi-Fi 聯盟（全稱：國際 Wi-Fi 聯盟組織，英語：Wi-Fi Alliance，簡稱 WFA），是一個 商業(yè)聯盟 ，擁有 Wi-Fi 的商標。. 它負責 Wi-Fi 認證與商標授權的工作，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為是對無線高保真（Wireless Fidelity）的縮寫，實際上是誤讀。它只是個單純的名稱，并沒有實際含義，當然也沒有全稱。

Wi-Fi 背后的技術標準，則是由美國的電氣電子工程師協會（IEEE）制定的 802.11 系列協議。

IEEE 全稱：Institute of Electrical and Electronics Enginees

2.1  Wi-Fi 協議的發(fā)展

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

IEEE 802.11 系列標準的發(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議編號，對普通用戶非常不友好。

直到 2018 年，Wi-Fi 聯盟才決定把下一代技術標準 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，反正也沒人關注了，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 聯盟宣布啟動 Wi-Fi 6 認證計劃。此后，Wi-Fi 6 的大名響徹了全世界，目前新發(fā)布的設備基本都已經支持 Wi-Fi 6 了。

Wi-Fi 6 認證標志

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，醫(yī)學）頻段，只要發(fā)射功率滿足國家標準要求，就可以不用授權直接使用。

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 上同時工作的設備眾多，頻段擁擠不堪，干擾嚴重。當萬家燈火，你和樓上樓下的鄰居在用 Wi-Fi 愉快上網的時候，路由器卻在背后默默地挑選信道，協調干擾。

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，現在卻硬生生地擠進去了 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，排隊輪著用。

2.4G 頻譜及信道（第 14 信道在國內是不允許使用的）

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絡空閑的時候，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。

中國 5G 信道分布圖

5GHz 的帶寬大，上面跑的的設備少，用起來自然速度快，干擾小。因此，如果想要家庭網絡達到良好的速率體驗，可用考慮用 5GHz 來進行全屋覆蓋。

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。

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，以及個人期望達到的上網速率都有關聯，很難具體給出。

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

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

2.3.  Wi-Fi 關鍵技術

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

OFDM/OFDMA

OFDM 的全稱是正交頻分復用。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)送的數據沒那么多，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，后面多了個字母 A，其全稱也就變成了正交頻分復用多址。多址就是多用戶復用的意思。

OFDM vs. OFDMA

OFDMA 可以支持多個用戶在同一時刻共享所有子載波。相當于運輸公司把多個用戶的數據統(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？就是為了更好地實現 MIMO（多輸入多輸出）技術。簡單來說，就是在信號發(fā)射時，用多根天線來同時發(fā)送多路不同的數據，速度自然成倍提升；在接收時，多個天線同時接收手機發(fā)來的信號，跟戴了助聽器一樣，接收靈敏度也得到了增強。單用戶 MIMO（SU-MIMO）

如果所有天線同時只為一個用戶服務，就叫做單用戶 MIMO（SU-MIMO）。更進一步，路由器四路發(fā)射，手機四路接收，也可以更精細地叫做 4x4 MIMO。

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

多用戶 MIMO（MU-MIMO）

解決辦法也是有的，一個手機的接收天線少，多個手機加起來不就多了？于是，路由器便將多個手機一起考慮，視作一個功能強大的虛擬手機，這樣就又能實現高階 MIMO 了。這種多手機共同參與的 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，形成指向性的窄波束，對準用戶精準覆蓋。由于窄波束的能量集中，因此可以覆蓋得更遠，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，但內部的設計到底能否支撐這么多天線還是未知數。

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，這里面的復雜度遠高于硬件，不同廠家算法優(yōu)化能力不同，可能導致很大的性能差異。

因此，建議在購買路由器時，不用太關注外部到底能看到多少根天線，而要看他們的產品宣傳，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。

調制編碼策略（MCS）

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

調制的作用就是把經過編碼的數據（一串 0 和 1 的隨機組合）映射到前面所說幀結構的最小單元：OFDM 符號上。經過調制的信號才能最終發(fā)射出去。

BPSK，QPSK，16QAM，64QAM 及 256QAM 星座圖

常用的調制方式包括 BPSK、QPSK、16QAM，64QAM 和 256QAM，能同時發(fā)送的比特數為 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 個比特的數據，速率自然大為提升。

256QAM 和 1024QAM 對比圖

可是，原始數據在編碼時，為了糾錯而加入了很多的冗余比特，真正的有用數據其實只占一部分。我們考慮上網速率時，說的僅僅是有用數據的收發(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，也即是有用的數據在編碼后總數據量中的占比。如果碼率是 3/4，就是指編碼后的數據中，3/4 是有用數據，1/4 是后來添加的冗余比特。

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

Wi-Fi 6 的 MCS 表

正是通過這些技術的不斷演進，Wi-Fi 標準一代代向前，速率越來越高，讓我們更為暢快地上網。

3.  Wi-Fi 的上網速率估算

Wi-Fi 到底能達到多大速率呢？

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

要計算 Wi-Fi 可以達到的峰值速率，必須用到前文講到的幾點技術：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，子載波越多，可同時發(fā)送的數據就越多，速率自然也就越高。

此外，OFDM 技術最終要把數據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：調制編碼策略，對速率的影響主要是調制方式和碼率這兩方面。無線環(huán)境越好，可以使用的調制階數越高，單位時間攜帶的比特數也就越多，用于檢錯糾錯的冗余比特也就可以少加一些，碼率提升，有用數據的發(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)送的數據流數?？臻g流數越多，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算。跟 5G 峰值速率的計算類似，上述公式也可以用公路系統(tǒng)來類比。

Wi-Fi 峰值速率計算公式

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

Wi-Fi 速率和公路運力的類比

空間流數：隨著協議的演進，Wi-Fi 能支持的空間流數越來越多，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 聯盟（WFA）在認證的時候，覺得這個能力過于強了，實現起來成本太高，因此就分成了兩個階段：wave 1 和 wave 2。

各 Wi-Fi 協議版本支持的空間流數

這兩個階段的能力也比較保守，并未最終實現 IEEE 的設計能力。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現。

有效子載波數量：802.11 系列協議對子載波的劃分越來越細，可支持的信道帶寬越來越大，這兩點促使有效子載波數量不斷增加。

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，因此有效子載波數量翻了 4 倍有余。

各 Wi-Fi 協議版本支持的載波帶寬和有效子載波數量

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議的 1/4，從而最大支持的子載波數量相比 802.11ac 又翻了 4 倍。

調制階數：802.11ac 最大支持 256QAM，調制階數為 8，也就是每個符號可同時攜帶 8 個比特的數據。

各 Wi-Fi 協議版本支持的調制階數

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

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

各 Wi-Fi 協議版本支持的 MCS

調制階數越高，碼率越高，抗干擾能力也就越差。因此在無線信號強度足夠，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。我們計算峰值速率當然用短的間隔，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。

這個值雖遠高于之前的協議，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據帶入公式計算，采用該協議可支持的最高階調試方式及碼率，符號間隔使用最小值，先不考慮空間流數，單流的計算結果見下表。

各 Wi-Fi 協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，主要體現在 2.4G 和 5G 這兩個頻段可支持的帶寬，以及空間流數。

2.4GHz 通常最大支持到 40M 帶寬，5GHz 頻段可最大支持 160M 帶寬，再根據協議版本的不同，以及空間流數的不同，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。

各型號路由器支持的峰值速率

上圖是蜉蝣君根據路由器的標稱速率，來估計 2.4GHz 和 5GHz 這兩個頻段可支持的信道帶寬以及流數，并對速率計算進行了驗證。

舉例來說，對于 AC1200，其中的 AC 是指它最高可以支持到 802.11ac 協議（Wi-Fi 5），2.4GHz 頻段只能使用 802.11n ，支持 2x2 MIMO，速率可達 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 協議（Wi-Fi 6），2.4GHz 頻段支持 2x2 MIMO，速率可達 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 組網指南

話說在遠古時代，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絡或者沒有 Wi-Fi，因此必隨身攜帶插線板，網線和一個便攜式路由器。近幾年發(fā)現 Wi-Fi 幾乎已經無處不在了，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，用手機簡單配置下就成。至于用的是啥工作模式和組網方案，并沒有特殊關注。

近期，我拿出了塵封已久的便攜路由器研究了下，發(fā)現事情并沒有那么簡單。為了達到更好的覆蓋效果，路由器之間可以靈活組網，有多種工作模式。了解了這些原理之后，在家庭網絡覆蓋規(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集標識。這個概念看似高大上，其實就是 Wi-Fi 信號的名稱。

無論在哪里，只要用電腦或者手機一搜，必然能看到一連串的 Wi-Fi SSID 以及它們的信號強度。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（WLAN）分為幾個需要不同身份驗證的子網絡，每一個子網絡都需要獨立的身份驗證，防止未被授權的用戶進入本網絡，一般的家庭組網都會設置密碼。

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，經常出現連接 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)自動設置信號切換門限，用戶無感知。

網段

局域網內的每個手機或者電腦都有一個 IP（Internet Protocol，網絡層協議）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 位二進制 IP 地址的格式大體如下：11000000101010000000000000000001，可是這看起來一點都不直觀。

于是我們把它分為四段：11000000.10101000.00000000.00000001，這還是不夠直觀。于是我們把它轉換為十進制：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，網絡前綴和主機地址。網絡前綴標識了一個網絡，也稱為網段，主機地址用來標識該網絡內部的每一臺設備。

IP 地址示意

如上圖所示，該地址前三段的“192.168.0”為網絡前綴，最后一段的“123”為主機地址。最后的主機地址中 8 位二進制數字的范圍是 0~255，0 和 255 作為特殊用途，實際可用的范圍是 1~254。

子網掩碼用一連串的 1 來表示 IP 地址中哪些位是網絡前綴。在上圖的例子中，IP 地址的前三段 24 位都是網絡前綴，掩碼標記為 11111111111111111111111100000000（不用數，24 個 1），同樣分為 4 段再轉換為 10 進制，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 地址和子網掩碼設置示意

同一網段內部的設備可以相互通信，不同處于網段的設備，需要通過路由器的路由功能進行轉發(fā)才能互通。家庭網絡中的設備不多，在組網時建議盡量讓所有設備處于同一網段下，方便相互訪問。

網段間通信示意

上圖僅用網線連接的 PC 電腦來作為示例，實際上每個網段都可以通過有線或者無線方式來接入，設備也不限于電腦，手機，音箱，攝像頭，門鈴等可以聯網的設備都是可以的。

4.2.   路由器的工作模式和組網

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 這兩種組網方式，達到無縫覆蓋，自動漫游的效果。

路由器的工作模式和組網示意

4.2.1  路由模式

絕大多數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，并設置 PPPoE 撥號上網并提供各種路由及安全防護功能。為了熊孩子的未來，上面還可以配置多種上網管控策略，如 IP 地址，網址，應用訪問的限制等。

對應地，路由器的無線接入功能則負責發(fā)射 Wi-Fi 信號組成無線局域網 WLAN，進行全屋無線信號覆蓋。接入 WLAN 和連接有線 LAN 口的多個設備位于同一個局域網內，擁有相同的網段，可以直接進行內網通信。

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，就可以配置兩個網段的內網，以及兩個不同的 Wi-Fi 名稱（配成一樣的也行）。

這種組網無法實現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，網絡中斷感覺明顯。

4.2.2  AP 模式

AP 就是指接入點（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。

接入點沒有路由功能，并不代表路由功能就不存在，只是由另一臺路由器來承擔了而已。也就是說，AP 模式下的路由器無法獨立完成上網重任，需要跟另外一臺路由器協作，多用于覆蓋的擴展。

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線和上級路由器連接，僅有接入功能作為無線覆蓋擴展（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 的手機或者電腦和上級路由器處于同一網段，可直接互通。

AP 的無線網絡名稱（SSID）和密碼可以獨立設置，跟上級路由器的相同或者不同都行。如果 Wi-Fi 名稱的設置不同，兩個設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 設置為相同的 SSID，看似家里只有一個 Wi-Fi 信號，但實際上 AP 和主路由的無線信號缺乏交互，配置和管理比較麻煩，也是無法實現無縫漫游的。

AP 模式示意

這種組網下的 AP 功能完善，每個節(jié)點都要分別配置，相互獨立工作，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，在家里數量少了還能湊合用，在商場，機場這些超大空間，需要的 AP 數量極其龐大，就只能另請高明了。

AP+AC 組網

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

AP+AC 組網示意

AC 負責管理所有的 AP，只要在 AC 上進行統(tǒng)一配置，就可以自動同步到所有的 AP 節(jié)點，并且所有 AP 的工作狀態(tài)都可以在 AC 上進行實時監(jiān)控，維護起來也非常方便。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 協議，就可以實現 AP 間的無縫漫游了。

802.11k：無線資源測量協議，可幫助終端快速搜索附近可作為漫游目標的 AP。

802.11v：無線網絡管理協議，用來解決 AP 之間的負荷均衡，以及終端節(jié)電等功能。

802.11r：快速漫游協議，用于加速手機或者電腦在漫游時的認證流程。

上述漫游協議需要路由器和手機同時支持才能正常工作。

在各廠家的實際 AP 產品中，大多支持 802.11k / v 協議，對于家庭網絡已經足夠用了。

這個方案簡直完美啊，還有沒有改進空間呢？

我們考慮下，大量的 AP 要跟 AC 連接，除了要提前鋪設大量的網線之外，還要準備對應的電源給 AP 供電，這工作量就大了去了。網線本身也是電線么，AP 的功耗一般也不高，網線能不能在傳數據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議，叫做 PoE（Power over Ethernet，以太網供電），需要交換機等連接設備和 AP 雙方都支持才能正常供電。

AP+AC+PoE 供電組網示意

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

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，結果不但要搭上接入主路由器，AC，再來個 PoE 交換機，不但成本高，連弱電箱都沒空間放了！

確實如此，AC+AP 方案主要用于大面積的商業(yè)場所，再不濟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，確實不大合適。

路由 / AC / PoE 一體機 + AP 組網示意

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 交換機合而為一，稱之為“路由 / AC / PoE 一體機”，跟普通的家用交換機大小仿佛，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 型網線插座面板內，完全隱藏于無形，卻達成了 Wi-Fi 無縫覆蓋，信號強勁的最佳狀態(tài)。

面板式 AP 組網示意圖

AC+AP 的優(yōu)點顯著，但也有缺點。那就是所有的 AP 都需要使用網線和 AC 連接，這就要求在裝修時就考慮好 Wi-Fi 組網，并布好網線。如果沒有網線可達，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線連接，只是單純地接收上級路由器的無線信號，進行放大后再發(fā)出去，不做任何處理。

中繼模式組網示意

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，所有的設備也都位于同一網段。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 僅相當于一個擴展覆蓋的管道，一切的處理都由主路由進行。

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，不能做任何設置，而橋接模式則工作于數據鏈路層，可以配置獨立的 SSID。

橋接模式組網示意

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段是相同的，設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才能放大信號來進行上網。如果在主路由的信號很差的位置，放大之后雖然手機看到的 Wi-Fi 信號是滿格的，但是網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)點的存在的，它們之間也不存在管理和交互的關系，沒法進行漫游，只能等待信號過差斷開之后手機再重新連接另一個節(jié)點。

有沒有方法能綜合 AC+AP 這樣的有線組網，以及中繼或者橋接這樣的無線組網，并能智能管理這個網絡，實現簡化配置，無縫漫游的效果呢？

這就要用到 Mesh 組網技術了。

4.3  Mesh 組網

Mesh 又叫多跳網絡，由多個地位相同的節(jié)點通過有線或者無線的方式相互連接，組成多條路徑，最終連接到跟互聯網相連網關。這樣的網絡存在一個控制節(jié)點來對所有節(jié)點進行管理和配置數據下發(fā)。

下圖是一個實際組網的案例，由主路由作為網關和控制節(jié)點，其余節(jié)點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)域不論有沒有網線，網絡都可以靈活地按需擴展。

Mesh 組網示意

路由器之間的有線連接叫做“有線回程”，對應地，無線連接就叫做“無線回程”。

Mesh 組網非常適合于家庭 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，無縫漫游效果好。

第三步：大家一致反映衛(wèi)生間上網困難，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，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 組網就可以配合使用，不像 AC+AP 那樣還要搭上個 AC 和 PoE 交換機，還有網線的限制。最主要的是，普通的家用路由器已經普遍支持了最新的 Wi-Fi 協議，價格還低。

目前各個廠家對于 Mesh 組網的實現各不相同，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互通問題，Wi-Fi 聯盟推出了 EasyMesh 技術，可以讓不同廠家的路由器之間也支持 Mesh 組網。

Wi-Fi 聯盟的 EasyMesh 組網

但是廠家都各有自己的算盤，本來用互不兼容的 Mesh 技術就可以圈住用戶了，支持了這 EasyMesh 讓用戶選別家的產品，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，讓用戶獲得更高的網速，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”。

三頻 Mesh 路由器示意

網上經常有家用組網到底 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 組網還是 AC+AP，都可以達到全屋覆蓋和無線漫游的效果。Mesh 組網在全部使用有線回程的情況下，基本上等同于 AC+AP。

Mesh 組網更為靈活，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，所有設備沒有任何的網線和電源線外露，非常清爽美觀。而 Mesh 方案則需拖著拉網線和電源線，美觀性上要差得多。

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

在選擇組網方案時，可以根據上述兩方案的特點綜合考慮。

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，路由功能也非常關鍵，它解決的是你怎么上網的問題。

上網撥號

一般情況下，你在辦理家庭寬帶時，運營商會為你分配一個賬戶，具體表現就是一個用戶名和密碼，這就是你接入互聯網的通行證。

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

Wi-Fi 撥號上網示意圖

WAN 口的聯網方式還有動態(tài) IP 和靜態(tài) IP 這兩種方式，不過國內的運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，就需要設置上述兩種方式。

NAT（網絡地址轉換）

運營商分配只會給你分配一個公網 IP 地址，理論上只允許一個設備上網。但現在家家都有多部手機，多臺電腦，以及各種物聯網設備需要聯網，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，路由器同樣會給接入的每一個設備分配一個不同的 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，只能在局域網內部使用。

網絡地址轉換示意圖

這些設備要上網，就必須把私有 IP 轉換成對外的公有 IP 才行，這就要用到 NAT 協議。NAT 可以把多個私有地址轉換為公有地址，這樣一來多個設備就可以共享同一個公有 IP 來上網了。

安全管理

路由器作為家庭網關，防火墻的功能一般都是必備的，可抵抗網絡攻擊。

防火墻最常見的功能是 DoS（Denial of Service）攻擊保護。DoS 攻擊，俗稱拒絕服務攻擊，通過發(fā)送大量的無用請求數據包，從而耗盡路由器的 CPU 和內存等資源，導致無法進行正常的服務。

網絡攻擊

除了防火墻之外，安全管理還有很多實用的功能。

很多人想限制孩子上某些網站，限制使用某些 APP，或者限制上網時間段，都可以通過防火墻功能來實現。

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

MAC 地址過濾：根據 MAC 地址來限制局域網內的某個設備聯網。MAC 地址一般是固定不變的，結合時間段的配置，該功能可以實現精細的設備管理。

網址 / 域名過濾：限制聯網設備對某些網址，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站的瀏覽。

應用程序過濾：限制某些應用程序的聯網，可以精細設置使能時間段。比如，可以根據需要設置周內禁止玩游戲，周末可限時玩等規(guī)則。

其他功能

QoS (Quality of Service，服務質量)：對某設備進行限速控制，也可以針對數據包進行優(yōu)先級控制，比如：游戲優(yōu)先，網頁優(yōu)先，視頻優(yōu)先等智能控制。

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

遠程下載：可以設置下載地址，并自動從指定的服務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，并實現資源共享。

路由器除了撥號上網和 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，知道這么多細節(jié)又能做啥？

這種想法，其實...... 也對。

路由器其實跟我們常用的電腦或者手機類似，內部也包含了 CPU、內存、硬盤等等對應的配置，這些硬件能力越強，想必路由器的性能也就越強悍。

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

如果優(yōu)秀的你想要詳細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，就只能去看拆機視頻了。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，其實叫做 SoC（System On Chip，片上系統(tǒng)）更為精確，因為一般的處理芯片都集成了 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 都是當仁不讓的計算核心，所有的數據轉發(fā)都會經過 CPU。因此 CPU 決定了路由器的負載能力，能夠承受多少的數據吞吐量，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 負責路由表查詢和數據包轉發(fā)。在中高端家用路由器中，CPU 主要負責操作系統(tǒng)和其他附加功能的運行，包轉發(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（聯發(fā)科），瑞昱（Realtek）。對于動手能力強，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，我們通常認為博通 > 高通 > 其它。

此外集成了 CPU 的 SoC 芯片還決定了對外網口接口的數量，USB 接口類型等等。當然，有些路由器使用外置接口的擴展，而不使用 SoC 集成的配置。

內存（RAM）

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

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

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

閃存（Flash）

閃存相當于路由器的硬盤，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、低噪聲放大器（LNA）、接收機和發(fā)射機等子模塊組成，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 信號的質量和穩(wěn)定性相關。

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

網絡端口

網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 口和具有內部交換功能的 LAN 口。

絕大多數的家用無線路由器都具備一個 WAN 口和四個 LAN 口，組網一般都是夠用的?？紤]到目前無線組網已成為絕對的主流，很多路由器已經把 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，而靠軟件去自適應識別。

在 Wi-Fi6 和超過 100M 以上的寬帶已普及的時代，網口速率至少需要選擇千兆的。當心不要被配備百兆網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）技術的發(fā)展，家庭全光組網方案也已上市。光纖這種介質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可以考慮。

路由器架構及實物拆解

蜉蝣君找到了一張 TP-Link 某款路由器的架構圖，我們可以一起來簡單看看這款產品（非廣告，這玩意普聯也不在國內賣）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。

路由器設計架構圖

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？其實是集成在路由器內部的，人家就是這么低調。

路由器實物拆解

由此可見，靠外置天線數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，拆硬件。

好了，關于無線路由器及 Wi-Fi 的介紹就到這里，希望對大家有所幫助。