之前寫的雙十一mesh路由器選購和組網指南,，就有值友抱怨看不懂是什么意思。趁著最近值得買的千兆升級征文活動,，說說一些路由器的基本知識,，以及為了升級千兆做出的準備。 科普路由器涉及硬件,、網絡知識較多較雜,，主要面向的是家庭路由器，科普只會簡單說說,，有不準確的地方求大家指出,。 路由器結構路由器本質是網絡進行互聯(lián)的專用計算機，具有輸入和輸出端口,，其職能是收集網絡拓撲信息,，對數(shù)據(jù)進行轉發(fā)。
早期路由器基于X86架構,，是單總線單CPU結構的計算機,。由一個處理器加主板、內存和多個網卡（Line interface）組成,。功能基本是靠軟件層面實現(xiàn),，一般稱之為軟路由。
經過多年發(fā)展,，轉發(fā)過程已由ASIC來實現(xiàn),，CPU只起到一個維護系統(tǒng)運轉的作用。專用化程度高,，一般稱之為硬路由,。例如發(fā)哥的MT7623A SOC，里面就有網絡加速器實現(xiàn)NAT轉發(fā),。出于成本考慮,，家用路由器CPU多基于ARM架構，早些年還有MIPS架構的,。X86架構的硬路由也有,，主要用于企業(yè)級。ASIC計算就相當于一堆小學生做算術題,，CPU通用計算就相當于一個大學生做算術題,。計算大量簡單加減算術題的時候，一堆小學生會比一個大學生算的快,。但是小學生能力有限,，沒法做更復雜的算術題?？梢哉f是各有各自優(yōu)勢,，不能一概而論。
目前常見家用路由器結構以網件RAX120為例,，其處理器是高通IPQ8074,，14nm工藝，四核Cortex A53,，最高2.2GHz主頻,。512MB Flash，1GB RAM,。Flash是非易失性存儲器,，相當于PC的硬盤,。用于儲存固件,，一般是NAND或NOR芯片。Flash的大小與路由器固件rom有關,，有些路由器運行的系統(tǒng)較為精簡高效,，不會有很大容量的Flash。RAM即隨機訪問存儲器,，相當于PC的內存,。網絡芯片就相當于網卡,，千兆有線是QCA8075，5G有線是AQR111,。2.4G無線是高通QCN5024,，5G無線是高通QCN5054。還會連有功率放大器,，以匹配無線天線的特性,，獲得更好的無線性能。
路由器基本用途是用于連接廣域網WAN和局域網LAN,，所以能看到其背后由WAN,、LAN等標識的接口，家用路由一般為單WAN口多LAN口路由器,。部分還會有USB接口等等,，可以外接硬盤實現(xiàn)簡單的網絡文件存儲服務。 路由功能路由器最基本的功能就是數(shù)據(jù)轉發(fā),，會涉及物理層,、數(shù)據(jù)鏈路層和網絡層。物理層是路由器從一個端口收到一個報文,，上送到數(shù)據(jù)鏈路層,。這個口可以是WAN，也可以是LAN,。數(shù)據(jù)鏈路層是對數(shù)據(jù)進行拆包,，去掉鏈路層封裝，根據(jù)報文的協(xié)議上送到網絡層,。網絡層根據(jù)報文的目的地址查找路由表,，將報文送給相應端口的數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層封裝后,，發(fā)送報文,。進行這個轉換的，一般稱為網關nat gateway,。
物理層就是就是路由器利用網線將多個設備集結起來,。數(shù)據(jù)鏈路層，就是路由器根據(jù)網口名稱（MAC地址）自動尋址傳輸數(shù)據(jù),。交換機就是在數(shù)據(jù)鏈路層工作的設備,，與路由的區(qū)別就是沒有網絡層。網絡層面的路由表,，就是路由器建立的網絡拓跋信息,。相當于地圖，路由器會根據(jù)地圖，查找目的地和計算最優(yōu)路線,。網絡層面上,，都會使用IP地址來作為設備標識。
為了解決局域網和互聯(lián)網的沖突,，不同的層會有不同的IP地址,。層層網絡的IP地址轉換，就稱為NAT,。通常第一層是本機回環(huán),，就是單機。第二層稱為局域網,，即使家里設備組成的局域網,。第三層是公網，也就是常說的互聯(lián)網,。
IP目前有兩種格式,，分別是IPv4和IPv6。IPv4格式是32位的,，一般是xxx.xxx.xxx.xxx的格式,，總數(shù)有43億個左右。IPv6則是128位的,，一般是xxxx.xxxx.xxxx.xxxx.xxxx.xxxx的格式,，總數(shù)有IPv4數(shù)量的4次方個。IP地址復雜,，我們還會用域名作為指代,。將網站域名轉換為IP地址的服務器一般稱為DNS。常見是谷歌的8.8.8.8DNS服務器,。
本機回環(huán)常用127.0.0.1表示,，家用局域網一般用192.168.1.1-192.168.1.255表示，這個范圍稱為網段,。IETF和IANA規(guī)定了一些IP地址專門用于私有地址,，用于本地回環(huán)、局域網等,。常見保留的私有地址還有192.168.0.0~192.168.255.255,、10.0.0.0-10.255.255.255、172.16.0.0~172.31.255.255,。局域網IP地址可以在路由器內部設定,。但是不能亂設，如果你的私有地址和公網中某個地址重合,，你就無法連接公網中這個地址的設備,。由于實際中可能存在多層網絡，得靠子網掩碼,，區(qū)分是否屬于一個網段,。
能在路由器廣域網WAN信息中查看到自己的獲取到的IP地址。如果你把獲取到IP輸入到IP地址查詢中,，得到的信息是保留地址,。說明你處于寬帶運營商或小區(qū)的局域網中，沒有獲得公網IP,。
盡管IPv4格式下,，有43億左右個地址。但是我們加入互聯(lián)網晚,，分配到的IPv4地址只有3億個左右,。完全不能滿足250多億設備的需求。所以公網IP很珍貴,，一般服務器才會有固定的公網IP,，家庭網絡大多數(shù)是局域網。由于公網地址不足,，運營商可能還會加入多層局域網,。對于服務器來說，局域網內任何一個設備連接上去,，它都只能識別到你的公網IP,。
公網IP都是由IANA分配給寬帶運營商，再分配給個人用戶,，私網地址則常規(guī)是使用人工配置（靜態(tài)IP）或DHCP服務器分配（動態(tài)IP）,。DHCP服務是路由器的一個重要功能，能在路由器的局域網LAN設置中,，設定是否開啟DHCP服務器,。DHCP服務器不一定運行在路由器上，可以是局域網中人工指定的一臺設備,。
經過多代發(fā)展,，路由已經不僅僅是數(shù)據(jù)轉發(fā)，地址轉換等功能,。還有很多網絡控制功能,，例如QOS等。這些功能一般消耗的是CPU性能,，所以目前x86軟路由這么受極客歡迎,。
路由器系統(tǒng)早期的路由器都是基于Unix系統(tǒng)，例如Tp-Link的VxWorks,，不開源,。2003年的時候,，大家發(fā)現(xiàn)Linksys WRT54路由器的系統(tǒng)基于Linux。
根據(jù)Linux的GPL開源協(xié)議,，Linksys將源碼公布并稱之為openwrt,。自此開始了路由器系統(tǒng)的繁榮發(fā)展。
因為版權原因,，原版Openwrt中沒有ASIC相關驅動，數(shù)據(jù)包轉發(fā)是靠CPU,。也就說刷了Openwrt后,，路由器就會變成軟路由，沒有硬件NAT,。部分第三方修改后的Openwrt才有ASIC相關驅動,，才能開啟硬件NAT。
為了測試路由器的性能并進行性能比較,，Openwrt會·使用OpenSSL加密測試進行跑分,。在Openwrt官網中，有相關CPU的跑分排行,。 基礎組網早年一般的家庭組網,，都是單臺路由器解決。由光貓進行撥號,，路由器作為二級路由,，以到一個有線網絡轉為無線網絡的作用,。
后來隨著家庭WiFi的普及，大戶型下會利用網線再接入一個路由器作為AP或三級路由,。
這種模式下,，一些人模仿商場或辦公樓的商用Wifi布網模式，自己搭建AC+AP的網絡,。
沒有預留網線的還會橋接，或者WDS組網,。早些年值得買上很多這種橋接組網的教程,，組網難度比較低。
但是橋接情況下網速損耗較大,，延遲較大,。開始出現(xiàn)了Mesh這種新技術進行組網。mesh相對于無線橋接的好處是,，組網內部不具備層級關系,，設備之間只要信號覆蓋范圍觸及，均可以連接,。共享一套配置文件,，無需單獨設置每一個路由器。
一般雙頻無線路由器的mesh工作原理是其中一個頻道無線網絡用于和其他路由器通訊,，一個頻道和手機,、筆記本等設備通訊。這種模式下,，幾乎沒有延遲和帶寬損耗,。而且路由器之間的通訊不一定使用無線回程，還可以使用有線回程,。有線模式下,，路由器兩個無線頻道都能用于移動設備，體驗更佳,。為了增強無線組mesh時的用戶體驗,，還有三頻的無線路由器。
目前來說家庭最推薦的組網方式是組mesh,，比AC+AP配置簡單,，布網靈活性也更佳。 有線網絡有線網絡的關注點是有線網卡和網線,，最基礎的是網線,。網線主要有雙絞線、同軸電纜,、光纜三種,，家庭使用的主要是雙絞線,。標準規(guī)格的網線上都有個標識，寫著自己是什么類型的線,。例如實例圖寫的CAT5E,，就說明是超5類線。目前網線的標識還是比較混亂的,，某寶還充斥大量假線,，讓人防不勝防，單純根據(jù)標識來識別是比較有困難的,，還得根據(jù)線的數(shù)量和接口決定,。
一類線稱為CAT1，未被TIA/EIA承認,，用于傳統(tǒng)電話網絡（POTS）,。二類線CAT2也未被TIA/EIA承認，用于傳統(tǒng)4Mbps的令牌環(huán)網中,。
三類線CAT3是第一款被TIA/EIA承認和界定標準的線,，能提供16MHz的帶寬。10Mbps以太網使用的就是這種規(guī)格的網線,。一般還會稱呼這個為四芯網線,，許多人折騰老電話線、語音線改網線,，也是達到這種標準,。目前已經被淘汰，不常見,。
四類線CAT4,，能提供20MHz的帶寬，用于16Mbps的令牌環(huán)網中,，伴隨令牌環(huán)網的沒落,，這個規(guī)格的網線已經沒有人生產。一般我們使用的都是五類CAT5,，使用RJ45接口,，一般稱之為8芯網線。能提供100MHz的帶寬,，常常用于100Mbps以太網,。
五類CAT5就是可以用于千兆網絡的，美規(guī)24AWG規(guī)格線芯的CAT5可以短距離實現(xiàn)1Gbps,。為了更好支持千兆,，五類CAT5還有個升級版超五類CAT5e?？垢蓴_能力更強,，能提供125MHz的帶寬,，用于1Gbps以太網。區(qū)別CAT5的TIA/EIA-568-A接線標準,，CAT5e是TIA/EIA-568-B接線標準,。
六類CAT6是為10Gbps網絡準備的標準，能提供250MHz的帶寬,。和CAT5e一樣是8p8c的8芯網線,，線徑規(guī)定22AWG至24AWG。改進雙鉸技術的超六類線稱為CAT6A,，能提供500MHz的帶寬,。
傳統(tǒng)RJ45接口已經不能滿足帶寬需求，改進出了使用GG45接口的網線,。七類CAT7就是使用GG45或者TERA接口的網線,，能提供600MHz的帶寬,，15米內可實現(xiàn)100Gbps傳輸,，50米內可實現(xiàn)40Gbps傳輸。新網線標準下,，七類CAT7又稱為Class F規(guī)格,，另外還有Class I（CAT8）和Class II（CAT8.2）規(guī)格。 網線可以自己制作的,，關于網線的制作,，可以參考值友haimingNR的文章，非常詳細,。
大部分人網卡都是使用主板上集成的,，很少另外選購。集成網卡需要注意是虛標問題,，一些路由器或主板網卡存在偷工減料的情況,，網口可能不是8針的。網線具有向下兼容的特性,，就是可以使用CAT6網線,，接入CAT3標準接口中，雖然能用,，但是總會差了一點,。 折騰網卡，首選肯定是今年大熱的cx341a,，靠著轉接卡一般電腦也能使用,。簡單DIY下，就能實現(xiàn)雙網口,。 玩不轉萬兆網卡,，可以試試USB口的5G或2.5G網卡,，例如綠聯(lián)的產品。 5G基于AQC111U芯片,，2.5G基于RTL8156芯片,。 沒有type-c接口，不想折騰洋垃圾,，可以使用pcie接口AQC107的網卡,。價格較貴，性價比較低,。 或者是基于RTL8125芯片,，2.5G的TP-LINK TL-NG421，非常便宜,，二手在50-60元左右,。 無線網絡家庭無線網絡局域網，一般稱為Wi-Fi,。其標準由WFA所制定,，基于IEEE802.11標準。IEEE是電氣和電子工程師協(xié)會,，旗下有多個標準,，IEEE 802.11是他定下的一個無線網絡標準。多年發(fā)展,，IEEE 802.11已經有多個版本,，不同版本在抗干擾和速度上都有所提升。
協(xié)議版本的升級,，最明顯差異速度提升和多用戶支持數(shù)量增加,。速度是和mimo有關的，例如單流最高1201Mbps的話,，8x8 mimo就能實現(xiàn)9.6Gbps的速率,。MIMO常用XRXT或X×X的形式表現(xiàn)（X代表數(shù)字），R代表接受數(shù)據(jù),，T代表發(fā)送數(shù)據(jù),。
多用戶支持稱為MU-MIMO，支持MU-MIMO技術的時候,，就能同時和多個設備通訊,。MU-MIMO和路由器的天線數(shù)量有關，不是說協(xié)議最大支持8x8,，路由器就一定能8x8工作,。
近年WFA為了更好區(qū)分區(qū)分IEEE 802.11的不同版本，將其改名為Wi-Fi加數(shù)字的形式。而且制定了圖標,，方便區(qū)分,。
無論Wi-Fi 6還是Wi-Fi 5，都有2.4G和5G兩個工作頻率,，這些頻率還會細分為不同的信道,。
2.4G頻率被劃分了14個信道。5G頻率劃分更細,，一共有42個信道,。不同地區(qū)由于其官方通訊需要，一些信道不會開放給民用路由器使用,。所以購買水貨,，或者刷美版歐版日版路由器固件的時候要看好。手機的支持信道和路由器使用的信道不一樣,，就會出現(xiàn)搜索不到路由器的情況,。
劃分信道是為了減少干擾問題。常規(guī)而言,，路由器都會自動調整信道,，無需用戶自行設定。自定設定,，往往會導致路由器無法快速適應外界的變化,，減弱路由器的抗干擾能力,。
現(xiàn)在的路由器都支持手機快速設定,，用戶一般對于無線網絡，就是簡單設定一下WiFi信號名字和密碼,，其他無線網絡的設定不建議過多干預,。
光貓升級家庭帶寬，最多人忽略是光貓,，基本是運營商給啥就用啥,。光貓的標準名稱是Optical Network Terminal，簡稱ONT,，中文名光網絡終端,。分為GPON、EPON和10G PON,，其中PON指的是無源光網絡Passive Optical Network,。無源光網絡指在光線路終端OLT（光貓）和光網絡單元ONU之間的光分配網絡ODN沒有任何有源電子設備，是一種純介質網絡,。
不同的PON技術有不同的速率和規(guī)范,，千兆光貓一般使用GPON，萬兆光貓一般使用10G PON,。在路由器的背部可以看到光貓使用的是什么PON技術,，大部分地區(qū)使用的是GPON和EPON,。
嚴格意義的千兆寬帶應該使用10G PON接入，國情所限國內多是使用GPON1:64分光或EPON網絡1:32分光接入多個千兆用戶,。所以除去PPPoE路由損耗（每個數(shù)據(jù)包額外多8字節(jié)）,，實際速度是800Mbps左右。
光貓可以使用寬帶服務供應商的產品,，也可以自己購買,。目前最推薦的光貓是華為HS8145 v5，1電話+3千兆+1iTV+1USB+2.4G&5G Wi-Fi,。老版本的支持EPON和GPON雙模,，補全shell后可以后臺通過修改obj.id實現(xiàn)模式切換。 千兆組網升級千兆網絡,，第一步需要保證的是光貓,。目前新裝寬帶都能要到10G PON的光貓，如果不是10G PON設備,，向寬帶運營商投訴就好,。如果運營商送的光貓不滿意，可以自行購買,。關于光貓更換的相關信息,，可以查看之前寫的文章。 確定光貓后就是路由器的選購,，目前市面上大部分路由器為千兆接口,。如同百兆網口的設備不能跑滿百兆，如果要使用千兆寬帶,，建議上2.5G網口的路由器,。
第二步要關注的是網線，盡量挑選CAT6規(guī)格的產品,。
路由器方面,，由于家里有NAS設備威聯(lián)通TS-453Dmini，我選購的是網件AX120路由器,。 光貓目前電信還未幫我換新貓,，依舊是舊的華為HS8145 v5。HS8145 v5接口所限,，是跑不滿千兆的,。為了突破接口限制，需要使用網件RAX120的雙wan技術,?？梢詫俗R為Aggregate的兩個網口聚合變成WAN口，再由5G接口連接威聯(lián)通TS-453Dmini。
計劃組網接線如圖所示,。
由光貓雙線聚合連接網件RAX120路由器,；網件RAX120路由器的2.5G口和威聯(lián)通TS-453Dmini的一個2.5G口連接，另一個2.5G口和電腦連接,。
進入光貓后臺,，將端口都給網絡使用。網件RAX120中,，將WAN選擇為Aggregate即可,。 實際體驗無線連接iPhone 11連接網件RAX120，使用NAS自建speedtest服務器進行測試,。iPhone 11 為2x2mimo配置,，最高通道寬度80Mhz，無線網絡極限是1201Mbps,。測試數(shù)據(jù)是944Mbps下載,，650Mbps上傳，很接近其極限,。
iPhone 11實際聯(lián)網測試,，和自搭建speedtest服務器數(shù)據(jù)接近。這個測試是單線并發(fā)的,，不能完全測試出雙線聚合后的寬帶速度,。
使用網卡為Intel AX200 WiFi6無線網卡的筆記本電腦宏碁新蜂鳥Fun 14測試，從NAS拷貝文件到本地的速度是114MB/s,。
威聯(lián)通TS-453Dmini使用的是4個8TB的希捷酷狼硬盤,，單盤連續(xù)寫入速度是100MB/s左右。組的是RAID5,，速度應該在200Mb/s左右,。使用網卡是Intel AX200 WiFi6無線網卡為2x2mimo配置,，最高通道寬度160Mhz,，無線網絡極限是2402Mbps。目前連接是跑在80Mhz上,，無線網絡極限是1201Mbps,，912mbps的速度已經接近其無線傳輸極限。
應該是無線傳輸限制了其速度,，可惜目前能買到的Wi-Fi6網卡無論是Intel ax200還是高通QCA6391,，都是2R2T的產品。4R4T的高通QCN9074國內還未能買到,。我通過萬能的某寶代購了一塊高通QCN90749（僅有Linux驅動）,。轉運很慢，本來是10月初拿到，目前還在拖,。等卡到手了,，再測試聯(lián)網情況。
有線連接有線連接測試使用的電腦主機,，安裝的是Tp-link的TL-NG421網卡,。基于RTL8125B芯片,，支持10/100/1000M/2.5G速率,。
連接speed測試得到的數(shù)據(jù)和手機連接的接近，連接上已經選擇是多線程,，不知道是光貓問題還是電信限制,，雙線聚合效果不是很明顯，,。
實際體驗測試,，電腦主機單純連接威聯(lián)通TS-453Dmini，拷貝文件測得的數(shù)據(jù)是242MB/s左右,。
目前路由器和光貓的聚合體驗不佳,，下一次新貓到后，試著買多幾個usb千兆網卡將路由器和威聯(lián)通TS-453Dmini組雙線聚合,。
后記千兆寬帶的組網策略基本是以上這些,。基本策略是保證光貓支持10G PON,，網線挑選CAT5e以上,，路由器支持2.5G網口，NAS支持2.5G網口,，無線設備支持Wi-Fi6即可,。目前我使用GPON光貓，即使是用有網件RAX120的雙線聚合還是沒能突破接口極限,，晚點新貓和USB網卡到了再折騰一波,，喜歡的可以關注一下。 PS：另外第一次參加值無不言,，希望大家都來支持一下啦,。 |
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