无线路由器常识

 

概述

先来看下路由器都包括哪些参数或者功能,他们具体的含义是什么。

包括如下:CPU、传输速率、适用频段、适用频率、网络接口、无线桥接、网络标准、QOS、防火墙、WPS几个部分。

路由器

​ 是一种连接两个以上个别网络的设备,提供路由与转送两种重要机制,可以决定封包从来源端到目的端所经过的路由路径(host到host之间的传输路径),这个过程称为路由;将路由器输入端的封包移送至适当的路由器输出端(在路由器内部进行),这称为转送。路由工作在OSI模型的第三层——即网络层。

相关术语:

SSID:用来表示无线网络,每个网络都有自己的SSID来标识自己。

​ BSSID:用来标识一个BSS,其格式和MAC地址一样,是48位的地址格式。一般来说,它就是所处的无线接入点的MAC地址。某种程度来说,它的作用和SSID类似,但是SSID是网络的名字,是给人看的,BSSID是给机器看的,BSSID类似MAC地址。

​ BSS(Basic Service Set):由一组相互通信的工作站组成,是802.11无线网络的基本组件。主要有两种类型的IBSS和基础结构型网络。IBSS又叫ADHOC,是临时组网,通信方式为Station<->Station;基础结构形网络,其通信方式是Station<->AP<->Station,也就是所有无线网络中的设备要想通信,都得经过AP。在无线网络的基础形网络中,最重要的两类设备:AP和Station。

​ DS(Distributed System):即分布式系统。分布式系统属于802.11逻辑组件,负责将帧转发至目的地址,802.11并未规定其技术细节,大多数商业产品以桥接引擎合分步式系统媒介共同构成分布式系统。分步式系统是接入点之间转发帧的骨干网络,一般是以太网。其实,骨干网络并不是分步系统的全部,而是其媒介。主要有三点:骨干网(例如以太网)、桥接器(具有有线无线两个网络接口的接入点包含它)、属于骨干网上的接入点所管辖的基础性网络的station通信(和外界或者BSS内部的station)必须经过DS、而外部路由只知道station的mac地址,所以也需要通过分布式系统才能知道station的具体位置并且正确送到。分步式系统中的接入点之间必须相互传递与之关联的工作站的信息,这样整个分步式系统才能知道哪个station和哪个ap关联,保证分步式系统正常工作(即转达给正确的station)。分步式系统也可以是使用无线媒介(WDS),不一定一定是以太网。总之,分步式系统骨干网络(例如以太网)做为媒介,连接各个接入点,每个接入点与其内的station可构成BSS,各个接入点中的桥接控制器有到达骨干网络和其内部BSS无线网的接口(类似两个MAC地址),station通信需要通过分布式系统。

CPU 处理器

​ CPU是处理数据的核心,它的好坏直接和速度关联(主要是有路由器定制系统的路由使用)。处理局域网与外网的数据交换时,有足够的响应时间与快速的响应速度,从而达到信号稳定、不丢包。

通常在中低端路由器中,CPU负责交换路由信息、路由表查找以及转发数据包。在高端路由器中,通常包转发和查表由ASIC芯片完成,CPU只实现路由协议、计算路由以及分发路由表。由于技术的发展,路由器中许多工作都可以由硬件实现(专用芯片)。

协议和速率

路由器的传输速率根据传输协议不同而不同:

wifi

协议 发布年/月 Op.标准频宽 实际速度(标准) 实际速度(最大) 半径范围(室内) 半径范围(室外)
Legacy 1997 2.4-2.5 GHz 1 Mbit/s 2 Mbit/s ? ?
802.11a 1999 5.15-5.35/5.47-5.725/5.725-5.875 GHz 25 Mbit/s 54 Mbit/s 约30米 约45米[3]
802.11b 1999 2.4-2.5 GHz 6.5 Mbit/s 11 Mbit/s 约30米 约100米
802.11g 2003 2.4-2.5 GHz 25 Mbit/s 54 Mbit/s 约30米 约100米
802.11n 2009 2.4 GHz or 5 GHz bands 300 Mbit/s(20MHz*4 MIMO) 600 Mbit/s(40MHz*4 MIMO) 约70米 约250米
802.11p 2009 5.86-5.925 GHz 3 Mbit/s 27 Mbit/s 约300米 约1000米
802.11ac 2011.11 5 GHz 433Mbit/s, 867Mbit/s(80MHz,160MHz为可选) 867Mbit/s, 1.73 Gbit/s, 3.47 Gbit/s, 6.93 Gbit/s(8 MIMO,160MHz) 约35米[4]  
802.11ad 2009.12 2.4/5/60 GHz 4620Mbps 7Gbps(6756.75Mbps) 约1-10米[5][6]  
802.11ax 2018.12 2.4/5 GHz   10.53Gbps 10米 100米[7]

适用频段

一般支持5g或2.4g两个频率范围段的无线信号。如果两者同时可以设置,而不是互斥那么,这个路由器还能够同时支持两种频段(频段即Band),这相当于这个ap可建立两个无线网络,它们采用不同的频段(这类似收音机在长波范围内收音和短波范围内收音)

Channel(信道)

​ Channel是对频段的进一步划分(每个频段称作一个Channel信道). 处于不同传输信道上面的数据,如果信道覆盖范围没有重叠,那么不会相互干扰。

​ 除了wifi,微波、红外线、蓝牙(使用802.15协议)的工作频段也都有在2.4gHZ范围内的,所以,它们传输的时候会对wifi传输造成干扰,因为两者在不同的协议下进行通信,所以互相将对方传输的信号识别为噪声。有时候配置AP的时候,Channel中有一个类似“Auto”的选项值,这表示打开AP的时候,AP自己Scan周围的环境,选择一个干扰最小的Channel来进行通信,当选择好了一个Channel的时候,一般就不会改变了。

Channel Width(信道宽度)

​ 它表示一个Channel片段的宽度, 有”20M HZ“、”40M HZ“等,(假设5g的频段宽度总共为100M,平均划分为互不干扰的10个Channel,那么每个Channel的Channel Width就为100M/10=10M,实际Channel并不一定是完全不重叠的)。这个参数可能依赖于一些其它的选项,例如不是802.11N的协议,就可能不会有40M HZ的Channel Width(N模式有一个特点就是可以把两个Channel合并,通过提高ChannelWidth来提高吞吐量)。例如选择了”20M HZ”这个Channel Width之后,后面再选择一个“5.18GHZ”的Channel,则表示以5.18GHZ为中心的前”10M HZ”以及其后面的”10M HZ”频带范围被占用。

​ 至此可知,配置无线AP的时候,如果屋子里面有很多的AP(也就是无线路由接入点)的话,仔细设置它们的Channel Width和Channel可以保证它们相互之间的干扰(类似收音机里面的串台)尽可能小。当然,如果相互干扰了,那么Net Mode所指定的协议也会有相应的处理方式让他们之间进行协调(例如让谁先通信谁等一会再通信之类的),但是这样网络的性能就不如没有干扰的时候好了。

MU-MIMO

MU-MIMO:即Multi-User Multiple-Input Multiple-Output 的缩写,直译为“多用户 多输入 多输出”, 是最新Wi-Fi技术标准802.11ac Wave 2(即802.11ac 2.0标准)的最重要特性之一,能彻底改变Wi-Fi网络的运行方式,显著提高网络总吞吐量和总容量,将上网速度提升三倍。802.11ac Wave 2另外两个特性是数据传输通道最高可扩张至160MHz提供第四空间流,可真正实现网络资源的充分利用和性能提升。

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通俗来说,传统的SU-MIMO路由器信号呈现一个圆环(如上图左),以AP(路由器或热点等)为圆心,呈360度向外发射信号,并依据远近亲疏,依次单独与上网设备进行通讯。这时当接入的设备过多时,就会出现设备等待通讯的情况,网络卡顿的情况就由此产生;更为严重的是,这种依次单独的通讯,是基于设备对AP(路由器或热点等)总频宽的平均值。也就是说,如果拥有100MHz的频宽,按照“一次只能服务一个”的原理,在有3个设备同时接入网络的情况下,每个设备只能得到约33.3MHz频宽,另外的66.6MHz则处于闲置状态。即在同一个Wi-Fi区域内,连接设备越多宽频被平均得越小,浪费的资源越多,网速也就越慢。而使用MU-MIMO路由器则不同(如上图右),MU-MIMO路由的信号在时域、频域、空域三个维度上分成三部分,就像是同时发出三个不同的信号,能够同时与三部设备协同工作;尤其值得一提的是,由于三个信号互不干扰,因此每台设备得到的频宽资源并没有打折扣,资源得到最大化的利用,从路由器角度衡量,数据传输速率提高了3倍,改善了网络资源利用率,从而确保Wi-Fi无间断连接。

扩展

目前比较好用的扩展有梅林固件、OPENWRT等。

梅林是华硕半官方性质的自定义路由器固件。Merlin固件使用的是华硕官方的闭源驱动,而不是其他人使用的开源驱动,稳定性相比开源驱动要高很多,同时也就意味着非华硕的路由器想用梅林纯看运气,碰巧跟华硕某个版本硬件一致了就能用,不一致就别指望能有支持了。而且相对于开源社区普遍的功能优先,梅林固件是稳定性优先的导向,不支持超频、也更不容易出现用着用着自己死机、卡顿的情况,除bug的速度也更快。

另外梅林固件最方便的就是其软件中心,如下图。可以安装插件,可以实现去广告等功能。

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另外还要关注路由器的内存和存储情况,以及是否支持USB接口。至于其他的QOS、WPS功能这些都是路由器的基础功能,一般情况下都支持。

结合我自己的需求,以及网上的一些评价,我决定购买网件的R7000。

我的需求:

  1. 支持100M带宽
  2. USB接口支持外接移动硬盘和U盘
  3. 文件分享
  4. 能够扩展
  5. 支持5G
  6. 支持MU-MIMO技术
  7. 1000元内

参考:

CHANGELOH

20180919 张振玉 购买路由器参考资料