之前寫的雙十一mesh路有器選購和組網指南，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，對數據進行轉發。

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，一般稱之為軟路由。

經過多年發展，轉發過程已由ASIC來實現，CPU只起到一個維護系統運轉的作用。專用化程度高，一般稱之為硬路由。例如發哥的MT7623A SOC，里面就有網絡加速器實現NAT轉發。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。可以說是各有各自優勢，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據轉發，會涉及物理層、數據鏈路層和網絡層。物理層是路由器從一個端口收到一個報文，上送到數據鏈路層。這個口可以是WAN，也可以是LAN。數據鏈路層是對數據進行拆包，去掉鏈路層封裝，根據報文的協議上送到網絡層。網絡層根據報文的目的地址查找路由表，將報文送給相應端口的數據鏈路層，數據鏈路層封裝后，發送報文。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。數據鏈路層，就是路由器根據網口名稱（MAC地址）自動尋址傳輸數據。交換機就是在數據鏈路層工作的設備，與路由的區別就是沒有網絡層。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，路由器會根據地圖，查找目的地和計算最優路線。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，就是單機。第二層稱為局域網，即是家里設備組成的局域網。第三層是公網，也就是常說的互聯網。

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，總數有IPv4數量的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規定了一些IP地址專門用于私有地址，用于本地回環、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，私網地址則常規是使用人工配置（靜態IP）或DHCP服務器分配（動態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。

經過多代發展，路由已經不僅僅是數據轉發，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

早期的路由器都是基于Unix系統，例如Tp-Link的VxWorks，不開源。2003年的時候，大家發現Linksys WRT54路由器的系統基于Linux。

根據Linux的GPL開源協議，Linksys將源碼公布并稱之為openwrt。自此開始了路由器系統的繁榮發展。

基于Linux的Openwrt，衍生出了LEDE（Openwrt v18）、DD-WRT、Gargoyle、LibreWRT（LibreCMC）、PandoraBox等系統。

基于Debian的Openwrt，則稱為DebWRT。

在Openwrt源碼基礎上加入腳本控制等增強功能，開發出了HyperWRT。HyperWRT衍生出了Tomato、Padavan、Zeroshell等系統。其中Tomato分支最為繁茂，還衍生出了AdvancedTomato、Asuswrt、Teaman等。Asuswrt就是華碩路由器的系統，衍生出了梅林Merlin系統。

因為版權原因，原版Openwrt中沒有ASIC相關驅動，數據包轉發是靠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，單純根據標識來識別是比較有困難的，還得根據線的數量和接口決定。

一類線稱為CAT1，未被TIA/EIA承認，用于傳統電話網絡（POTS）。二類線CAT2也未被TIA/EIA承認，用于傳統4Mbps的令牌環網中。

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的令牌環網中，伴隨令牌環網的沒落，這個規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24AWG規格線芯的CAT5可以短距離實現1Gbps。為了更好支持千兆，五類CAT5還有個升級版超五類CAT5e。抗干擾能力更強，能提供125MHz的帶寬，用于1Gbps以太網。區別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100Gbps傳輸，50米內可實現40Gbps傳輸。新網線標準下，七類CAT7又稱為Class F規格，另外還有Class I（CAT8）和Class II（CAT8.2）規格。

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，例如綠聯的產品。

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。

協議版本的升級，最明顯差異速度提升和多用戶支持數量增加。速度是和mimo有關的，例如單流最高1201Mbps的話，8x8 mimo就能夠實現9.6Gbps的速率。MIMO常用XRXT或X×X的形式表現（X代表數字），R代表接受數據，T代表發送數據。

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和路由器的天線數量有關，不是說協議最大支持8x8，路由器就一定能8x8工作。

近年WFA為了更好區分區分IEEE 802.11的不同版本，將其改名為Wi-Fi加數字的形式。而且制定了圖標，方便區分。

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（每個數據包額外多8字節），實際速度是800Mbps左右。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規格的產品。

路由器方面，由于家里有NAS設備威聯通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。可以將標識為Aggregate的兩個網口聚合變成WAN口，再由5G接口連接威聯通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。測試數據是944Mbps下載，650Mbps上傳，很接近其極限。

iPhone 11實際聯網測試，和自搭建speedtest服務器數據接近。這個測試是單線并發的，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。

威聯通TS-453Dmini使用的是4個8TB的希捷酷狼硬盤，單盤連續寫入速度是100MB/s左右。組的是RAID5，會有一個奇偶校驗信息的過程，所以速度提升不多。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。威聯通TS-453Dmini使用的是4個8TB的希捷酷狼硬盤，單盤連續寫入速度是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測試得到的數據和手機連接的接近，連接上已經選擇是多線程，看來雙線聚合效果不是很明顯，不知道是光貓問題還是電信限制。

實際體驗測試，電腦主機單純連接威聯通TS-453Dmini，拷貝文件測得的數據是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，試著將路由器和威聯通TS-453Dmini組雙線聚合。

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后記

千兆寬帶的組網策略基本是以上這些。保證是光貓支持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，無線設備基本支持Wi-Fi6即可保證千兆體驗。目前我使用GPON，有雙線聚合還是沒能突破接口極限，晚點新貓和路由器到了再折騰一波。