Network的艺术:路由器原理与组网
前言 所谓无线路由,就是具备无线覆盖的路由器,即我们常用的有天线的家用路由器。而家庭组网中,除了选择一个最合适的上网方案,一部好的路由器也是非常重要;那么,如何科学的选购路由器呢?
一.工作原理
路由器是计算机网络中的重要设备,主要用于连接不同的网络,并在这些网络之间转发数据。其工作原理涉及以下几个主要方面:
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1.数据包转发:路由器根据目标地址将数据包从一个网络转发到另一个网络。它通过查找路由表来确定最佳路径,并将数据包转发到正确的输出端口。
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2.路由表:路由器维护一个路由表,其中包含了网络的拓扑结构以及到达每个网络的最佳路径信息。路由表可以通过静态配置或动态路由协议(如OSPF、BGP等)自动学习和更新。
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3.数据包处理:当路由器接收到数据包时,它会检查数据包的目标IP地址,并根据路由表确定应该转发到哪个端口。路由器还可能执行其他功能,如网络地址转换(NAT)、质量服务(QoS)和防火墙等。
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4.连接多个网络:路由器通常具有多个网络接口,可以连接不同的网络。这些网络接口可以是以太网、Wi-Fi、光纤等,使路由器能够在不同类型的网络之间进行数据转发。
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5.路由器协议:路由器使用不同的协议来实现数据包转发和路由表的更新。这些协议包括IP协议用于数据包交换、动态路由协议用于路由表的学习和更新,以及其他协议用于网络管理和安全。
一般而言,家用路由器使用 DHCP 模式,由上级网关的网线连接到路由器的WAN口,如小米路由器的192.168.31.1,在浏览器输入此地址可以进入管理界面,并可以发现了解连接该无线网络的设备地址都为192168.31.xx;且路由器的几个Lan口可以做交换机使用。
二.常见参数
路由器的信号好不好,一般而言,与以下几点相关:
1.路由器支持的协议类型:
路由器命名常见的格式为AX3000、AC1800等,前面代表协议,后面数字表示速率(Mbps);AX(802.11ax)在相同速率下比AC更快,即Wifi6比Wifi5要好。在相同协议下,一般速率越高越好;千兆优于百兆,但需注意千兆端口和千兆天线的产品。Wi-Fi 5(802.11ac)和Wi-Fi 6(802.11ax)是两种不同的Wi-Fi标准:
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速度:Wi-Fi 6 比 Wi-Fi 5 更快。Wi-Fi 5 支持的最高速度为1.3 Gbps(理论上),而 Wi-Fi 6 的最高速度为9.6 Gbps(同样是理论上的速度)。这意味着Wi-Fi 6可以提供更快的数据传输速率,特别是在拥挤的网络环境中。
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容量:Wi-Fi 6比 Wi-Fi 5具有更好的网络容量管理。Wi-Fi 6采用了一些技术,如 OFDMA(正交频分复用多址)和 MU-MIMO(多用户多输入多输出),使得网络更有效地管理多个设备的连接。这意味着 Wi-Fi 6在拥挤的网络环境中能够更好地处理大量设备的连接,而不会出现性能下降。
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延迟:Wi-Fi 6 比 Wi-Fi 5 具有更低的延迟。通过一些新的技术,如目标唤醒时间(TWT)和 BSS 领导者切换,Wi-Fi 6 能够在连接设备之间实现更快的响应时间和更低的延迟。这对于需要快速响应的应用,如在线游戏和视频会议,尤其重要。
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功耗:Wi-Fi 6 比 Wi-Fi 5 具有更低的功耗。通过一些节能技术,如目标唤醒时间(TWT)和基于时间的计划(BSS领导者切换),Wi-Fi 6 可以更有效地管理设备的电量消耗,延长设备的电池寿命。
在 Wifi6 普及的当下,建议购买 WiFi6 路由器,并且此类路由器往往还带有 wifi5 备用网络,可与老旧设备兼容,不必担心。小心百兆网口和千兆天线的牛马产品!
2.路由器支持的速率:
不要盲目追求大数字:路由器标注的无线速率是叠加速率,并非单一设备接入的最大速率。例如,标注为1750Mbps的路由器,实际上是由2.4GHz的450Mbps和5GHz的1300Mbps相加而成,单一设备的最大通信速率只有1300Mbps。大多数家庭接入的光纤速率为千兆(1000Mbps),因此最大速度为125MB/s,因此瓶颈通常不在于路由器性能;选购家用路由器,更重要的是提高信号覆盖面积和强度,能跑满千兆已经不错。
3.路由器的无线频段:
2.4GHz频段稳定性高,覆盖范围广,穿墙能力强;而5GHz频段速度快但穿墙能力较弱;
4.无线网络的频段带宽:
2.4G有20Mhz和40Mhz两种频道带宽,5G则有80Mhz和160Mhz两种;频道带宽就是发射频率的宽度,带宽越低穿透性越好。如果连的设备多的话,就用低频段;
5.芯片的主频和板载内存
路由器处理器的主频越高,加解密性能越好,速度和带机量也更大;目前低价位路由器通常使用MTK、瑞昱、海思等廉价处理器,配以64MB/128MB的内存。而高端路由器多使用博通的高端芯片,在内存的配置上往往可以达到256MB以上。博通高端芯片在各个方面表现都不错,同时各位大神对刷机的支持力度也比较大。板载内存越大可为后续刷机留下空间,并支持插件等;
6.其他功能
如 QOS,设备管理,IPTV 支持,IPV6 等等;
7.天线越多信号不一定越强。
路由器的发射范围是由协议决定的,与根数无关。对于双频的路由来说,4根或者6根其实只有一半(2根2.4g和2根5g使用)。
8.无线功率不是越大越好。
因为无线通信是双向的,路由器功率大了,但是你的手机等无线终端设备功率是不变的。在符合国家标准的情况下,wifi 功率是有硬性标准的,单台路由器覆盖80平以上的面积不太现实。因此当你面对信号差、覆盖死角的时候,应该首要想到的是增加覆盖节点,而不要相信宣传所谓的“穿墙王”。
三.组网方案
一般而言,有 AC+AP 和 Mesh 两种方案;
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AC+AP 即使用一台设备做AC(控制中心),并在各处分布部署AP,从而实现在同一网段下无缝漫游,并且使各处信号强度相近;AP和AC之间通过网线连接,信号最好;也可以使用无线AP。
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Mesh 技术基于去中心的点对点网络,一般由两台相同型号的路由器构成,开启Mesh功能并优化网络稳定性和可靠性,提高覆盖范围,适合没有预埋网线的环境使用。一般而言,需要留一个频段供两台路由器进行 Mesh,所以至少需要两台同型号的三频路由器。
无论是采用 AC+AP 还是 Mesh,前期的准备必须足够充分:
1. 网线选择建议:
在考虑网络建设方面,从经济效益角度而言,超五类网线已经足以满足大多数家庭的千兆网络需求(1Gbps)。在短距离内,质量较高的五类/超五类网线支持高达2500兆的传输速率(2.5Gbps)。因此,一般情况下,考虑到成本因素,建议家庭网络布线选用符合标准的超五类网线。
若愿意适度增加布线成本,则推荐选择支持万兆(10Gbps)网络的六类/超六类以上网线,尤其是从光猫到主路由/交换机的这一段线路,最好支持万兆。即便今后需要扩展网络速度无法满足万兆的有线条件,也可以通过未来的 Wi-Fi7 标准实现无线超万兆速度覆盖。
2. 网线布线注意事项:
在进行网线布线时,无论是屏蔽网线还是非屏蔽网线,都应确保将强电线和弱电线分开放置于不同的管道中。同时,在走线过程中应保持一定的间距,以减少干扰。若需要考虑未来更换网线的情况,建议选择更大的穿线管道,并确保每条网线单独走一根管道。若出现强、弱电交叉走线的情况,可采用铝/锡纸包裹弱电管道以实现简单的屏蔽作用。应避免与大功率强电线相交或并行走线,如空调、烤火炉、微波炉等。
3. 弱电箱至电视柜网线布线:
考虑到当前电信运营商提供的IPTV功能,如果不熟悉设置VLAN的单线复用,或者未来可能使用到链中聚合技术,建议从弱电箱至电视柜至少布置两条网线,以免后悔。
4. 接线盒的预留:
许多人可能认为随着21世纪的到来,有线布线已经过时。因此,为了节约成本或受装修公司的误导,一些卧室甚至书房都没有进行网线布置,这是不可取的。无线网络虽然方便,但速度远不如有线快速稳定。因此,建议在每个卧室的相应位置安装一个网线接线盒,并在墙壁上安装电视时,下方也应预留一个网线接线盒。如果有地下室或楼阁,也应该布置一条网线。多预留一些接线盒总比今后发现需要网线却没有的尴尬情况要好。
5. 死角位置的网线和电源接口预留:
对于信号死角的位置,根据实际情况,如阳台、露台等不需要路由器设备可见的地方,可以考虑将路由器隐藏在吊顶中,甚至包括厕所的吊顶也可以考虑。在这些位置预留多个网线和电源接口是明智的选择。
6. 路由器放置位置推荐:
一般来说,家庭会将路由器放置在弱电箱或电视柜内,然而,周围其他电器设备运行时会产生电磁干扰,对2.4G和5G信号都会造成影响,甚至蓝牙设备也会有干扰。基于信号向下传播的特性,建议将路由器放置在较高位置,如吊顶内或进门处的高处,并最好选择居住区域的中心位置以实现更好的信号覆盖。