大家好，我是蜉蝣君。本期我們來探討一下無線路由器的工作模式和組網。
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路或者沒有Wi-Fi，因此必隨身攜帶插線板，網線和一個行動式路由器。近幾年發現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，家裡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。至於用的是啥工作模式和組網方案，並沒有特殊關注。
近期，我拿出了塵封已久的便攜路由器研究了下，發現事情並沒有那麼簡單。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。了解了這些原理之後，在家庭網路覆蓋規劃時，就能做到成竹在胸。
下面，正文開始。
一. 兩個基本概念
1.1 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。
無論在哪裡，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。
圖片來源：網路
這就是SSID的核心功能：將一個無線區域網（WLAN）分為幾個需要不同身份驗證的子網路，每一個子網路都需要獨立的身份驗證，防止未被授權的使用者進入本網路，一般的家庭組網都會設置密碼。
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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，系統自動設置信號切換門限，使用者無感知。
1.2 網段
區域網內的每個手機或者電腦都有一個IP（Internet Protocol，網路層協議）地址用於相互通訊，我們常見的格式（IPv4）由32位0或者1組成。
32位二進位制IP地址的格式大體如下：11000000101010000000000000000001，可是這看起來一點都不直觀。
於是我們把它分為四段：11000000.10101000.00000000.00000001，這還是不夠直觀。於是我們把它轉換為十進位制：192.168.0.1，這下終於看著順眼多了。
為了方便管理，我們把IP地址分為兩部分，網路前綴和主機地址。網路前綴標識了一個網路，也稱為網段，主機地址用來標識該網路內部的每一臺設備。
如上圖所示，該地址前三段的「192.168.0」為網路前綴，最後一段的「123」為主機地址。最後的主機地址中8位二進位制數字的範圍是0~255，0和255作為特殊用途，實際可用的範圍是1~254。
子網掩碼用一連串的1來表示IP地址中哪些位是網路前綴。在上圖的例子中，IP地址的前三段24位都是網路前綴，掩碼標記為11111111111111111111111100000000（不用數，24個1），同樣分為4段再轉換為10進位制，就是255.255.255.0，也可以附在IP地址的後面，寫作192.168.0.123/24。
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同一網段內部的設備可以相互通訊，不同處於網段的設備，需要通過路由器的路由功能進行轉發才能互通。家庭網路中的設備不多，在組網時建議儘量讓所有設備處於同一網段下，方便相互訪問。
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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，設備也不限於電腦，手機，音箱，攝像頭，門鈴等可以聯網的設備都是可以的。
二. 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。
基於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，自動漫遊的效果。
圖片來源：自己畫的
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，並設置PPPoE撥號上網並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射Wi-Fi信號組成無線區域網WLAN，進行全屋無線信號覆蓋。接入WLAN和連接有線LAN口的多個設備位於同一個區域網內，擁有相同的網段，可以直接進行內網通訊。
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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遊，一個Wi-Fi信號減弱並切換到另一個過程伴隨IP地址的變化，網路中斷感覺明顯。
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，並沒有用到路由功能，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，並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，多用於覆蓋的擴展。
AP模式有3個子模式：AP模式（套娃），中繼模式，橋接模式。
2.2.1 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於同一網段，可直接互通。
AP的無線網路名稱（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遊的，只能是一個信號太弱斷開之後再連另一個，或者手動連接。
就算把這些AP設置為相同的SSID，看似家裡只有一個Wi-Fi信號，但實際上AP和主路由的無線信號缺乏互動，配置和管理比較麻煩，也是無法實現無縫漫遊的。
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這種組網下的AP功能完善，每個節點都要分別配置，相互獨立工作，因此叫做「胖AP（Fat AP）」。
胖AP們虎踞龍盤，沒有統一的管理，各自的覆蓋之間也無法漫遊，在家裡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，就只能另請高明瞭。
2.2.2 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。
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AC負責管理所有的AP，只要在AC上進行統一配置，就可以自動同步到所有的AP節點，並且所有AP的工作狀態都可以在AC上進行實時監控，維護起來也非常方便。這種狀態的AP只需要好好幹活就行，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間的無縫漫遊了。
802.11k：無線資源測量協議，可幫助終端快速搜尋附近可作為漫遊目標的AP。
802.11v：無線網路管理協議，用來解決AP之間的負荷均衡，以及終端節電等功能。
802.11r：快速漫遊協議，用於加速手機或者電腦在漫遊時的認證流程。
上述漫遊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，對於家庭網路已經足夠用了。
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。網線本身也是電線麼，AP的功耗一般也不高，網線能不能在傳資料的同時也把供電的活給幹了呢？
還真可以。這種供電方式有專門的協議，叫做PoE（Power over Ethernet，乙太網供電），需要交換機等連接設備和AP雙方都支持才能正常供電。
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這樣一來，我們在AC的後面再接上一個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，頓時感覺網路清爽了許多。
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方案主要用於大面積的商業場所，再不濟也是別墅這種多層樓且房間多的情況，對於普通住宅有些殺雞焉用宰牛刀的意思，確實不大合適。
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不過商家也針對性地開發了精簡的方案，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彷彿，成本也大幅降低。
與此同時，上述方案也將AP也集成在傳統的86型網線插座面板內，完全隱藏於無形，卻達成了Wi-Fi無縫覆蓋，信號強勁的最佳狀態。
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AC+AP的優點顯著，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，並布好網線。如果沒有網線可達，就必須考慮其他方案了。
2.2.3 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並沒有網線連接，只是單純地接收上級路由器的無線信號，進行放大後再發出去，不做任何處理。
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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，所有的設備也都位於同一網段。對於使用者來說，接入中繼AP和主路由的效果是完全一樣的，中繼AP僅相當於一個擴展覆蓋的管道，一切的處理都由主路由進行。
2.2.4 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。兩者的差異在於：中繼模式工作於物理層，不能做任何設置，而橋接模式則工作於資料鏈路層，可以配置獨立的SSID。
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雖說SSID可以不同（也可以配成相同的），但處於橋接模式下的路由器和主路由器的網段是相同的，設備連接之後可以互相訪問。
工作中繼或者橋接模式的路由器，必須在主路由的覆蓋範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，放大之後雖然手機看到的Wi-Fi信號是滿格的，但是網速依然很慢甚至可能很不穩定。
並且，主路由是不知道下級中繼或者橋接節點的存在的，它們之間也不存在管理和互動的關係，沒法進行漫遊，只能等待信號過差斷開之後手機再重新連接另一個節點。
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，並能智慧管理這個網路，實現簡化配置，無縫漫遊的效果呢？
這就要用到Mesh組網技術了。
2.3 Mesh組網
Mesh又叫多跳網路，由多個地位相同的節點通過有線或者無線的方式相互連接，組成多條路徑，最終連接到跟網際網路相連閘道器。這樣的網路存在一個控制節點來對所有節點進行管理和配置資料下發。
下圖是一個實際組網的案例，由主路由作為閘道器和控制節點，其餘節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，弱覆蓋的區域不論有沒有網線，網路都可以靈活地按需擴展。
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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組網非常適合於家庭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，於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：小孩出生後，老媽和丈母孃也來幫忙照顧，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，無縫漫遊效果好。
第三步：大家一致反映衛生間上網困難，那就再買個路由器掛牆上，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。
目前各個廠家對於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。
圖片來源：Wi-Fi聯盟
但是廠家都各有自己的算盤，本來用互不兼容的Mesh技術就可以圈住使用者了，支持了這EasyMesh讓使用者選別家的產品，這明顯對自己不利啊。因此EasyMesh目前的支持率並不高。
為了更好地支持Mesh組網，讓使用者獲得更高的網速，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」。
圖片來源：中興文件
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遊的效果。Mesh組網在全部使用有線回程的情況下，基本上等同於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，需要提前規劃佈線。
另外，AC+AP方案中的AC可以置於弱電箱，AP使用面板式也不佔空間，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。
最後，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於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。
好了，本期的內容就到這裡，希望對大家有所幫助。
