深入了解无线路由器
编者按：无线路由器从买回来以后，就一直待在弱电箱或某个角落。如果无线信号正常，也许它落满灰尘，也从来没有受到过你的注意。对无线路由器你到底了解多少？本期几位嘉宾来聊一聊无线路由器的方方面面，和你一起揭开无线路由器的面纱。
主持人：
刘宗凡? 广东省四会市四会中学
嘉? 宾：
邱元阳? 河南省安阳县职业中专
倪俊杰? 浙江省桐乡市凤鸣高级中学
杨? 磊? 天津市第五中学
金? 琦? 浙江师范大学附属中学
由于智能设备的普及，无线路由器成为了连接互联网最后一米的重要功臣。掌握了无线路由器，就是掌握了家庭智能设备的桥头堡。小米、华为、360、华硕等科技公司不断在无线路由器领域发力，一时成为风光无两的入口之争。路由器也从传统路由器向智能路由器不断发展，易用、安全、稳定、快速、智能，成为无线路由器追求的目标。
无线路由器要怎么连接？以后的路由器要如何发展？5G能不能取代无线路由器？几位嘉宾将带我们深入了解无线路由器。
路由器的连接
邱元阳：也许大家会奇怪，路由器还能有什么连接方法？不就是插上网线就上网吗？大家千万不要小看路由器的连接，不同的接法作用是完全不同的。
1.普通连接
家用路由器中实际上集成了交换机，一般有好几个RJ45的网线接口，虽然看起来是一样的，但是作用却不相同。这些接口有两种，一种是WAN接口，也就是广域网口，用来连接外网，俗称外网口;一种是LAN接口，也就是局域网口，用来连接内网，俗称内网口。外网口一般只有一个，少数家用路由器有两个外网口，可以同时连接两个运营商的网络;内网口一般有2～4个，可以连接几台电脑或交换机，也可以串连其他路由器。
从功能上来说，路由器是用来连接不同网络的。家用路由器正是用来连接外部互联和家庭内部网络的，从而实现多台电脑同时上网。路由器的内部通常会内置有DHCP服务器，用来给连接到它的内网接口的电脑自动分配IP地址，简化上网设置。
2.路由器级联
这种桌面型路由器也经常用到办公场所，而办公场所的网络，其上线往往并不是直接连接外网的，而是连接在单位的网络上，这样连接的结果，就可能会在办公环境中出现多个路由器。正常情况下，这些路由器是级联的，下层的路由器能起到隔离办公室物理网络的作用，比VLAN划分更简单也更安全。
虽然这种路由组网方式在转发效率上较低，但是因为不需要专业的网络知识和设置，傻瓜式的操作非常方便，在办公网络中还是非常常见的。如果不小心，本应该接到WAN口上的外线，接到了某个LAN口上，那么，这个路由器就相当于以交换机的身份连接到一个局域网中了。虽然起不到网络隔离的作用，但是这种连接也是可行的，也能让它上面连接的电脑上网。问题在于，路由器内部的DHCP服务器默认是开启的，这样就会在同一局域网上存在两个DHCP服务，它们都会向局域网内的电脑分配IP地址。所以这样接入的时候，这台路由器的DHCP服务必须关闭，以免造成干扰。
3.DHCP防伪
如果局域网中的电脑使用的是固定IP地址，会指定相应的网关和DNS服务器，多余的DHCP服务器不会对这台电脑造成影响。但通常情况下，大部分电脑都是采用自动获取IP地域的，同一局域网中因为路由器接错（或者并非接错）而出现的多个DHCP服务器就会互相冲突，当电脑是从这台没有连接外网的路由器获得IP地址时，就无法正常上网，因为它本不具备正确的网络地址转换（NAT）能力。
为预防这种情况发生，即防止局域网中个人未经授权的DHCP服务器对正常的电脑用户造成干扰，一些网络设备设置了DHCP防伪功能，让设备只信任通过授权的DHCP服务。不同设备厂商的设置命令会稍有不同，如在锐捷的交换上，设置命令如下：
Ruijie（config）#ip dhcp snooping? ?//配置模式下，启用DHCP侦测
Ruijie（config）#int g0/24? ?//进入相应的端口
Ruijie（config-if-GigabitEthernet 0/24）#ip dhcp snooping trust? //设置为信任端口
这样设置后，只有通过这个交换机的24号口过来的DHCP报文才被转发，局域网上的电脑只能获取到这个端口上连接的DHCP服务器分配的地址，有效防止了个人私设DHCP服务器对其他用户造成的干扰。
华为交换机的命令也类似，先用“dhcp enable”开启DHCP服务，再用“dhcp snooping enable”在接入层的所有端口开启DHCP侦测，最后用“dhcp snooping trusted”在连接DHCP服务器的端口或者中继端口开启端口信任。
4.无线桥接
无线路由器的覆盖半径有限，一般只有100米左右，在空旷地带会远一些，但在障碍物较多时会更短，仅仅增加天线数量和加大发射功率并不能很好地解决覆盖半径的无线延伸问题。而利用无线路由器的桥接功能，可以方便地扩展无线网络的范围。前提条件是，这个路由器须具有无线桥接（WDS）功能。只要不是太老的型号，在路由器的设置中一般都有桥接的功能选项。
桥接功能只需要在下级路由器（副路由器）中设置，上级路由器（主路由器）只是提供连接信号而已，無需进行桥接设置，甚至没有桥接功能也能连接。所以只要有了可供连接的无线信号，自己就能在下面进行无线桥接了，下级的无线路由器相当于一台中继或AP。
在副路由器的WDS设置中，启用WDS，扫描周边可连接的信号，选择要连接的主路由器的SSID，输入连接密码，连接成功后会要求输入副路由器的SSID和密码，这个可以设置成跟主路由器一样，这样还能实现无线漫游，自动切换。接下来，要将副路由器的LAN口IP地址修改为与主路由器在同一网段且不冲突。最后，不要忘记关闭副路由器的DHCP服务，避免冲突。通过副路由器连接上的电脑会自动获得由主路由器的DHCP分配的地址。LAN口IP修改等设置可能会要求重启路由器，桥接成功后，有的在副路由器的WDS状态中会显示出来。
路由器的辐射
倪俊杰：现代人越来越关注身体健康，而在信息时代，电磁辐射的关注度也越来越高。网络上有不少媒体曾报道电磁辐射的危害，指出电磁辐射会引起不良疾病，长期处于高电磁辐射的环境中，会使血液、淋巴液和细胞原生质发生改变，还会诱发癌症并加速人体的癌细胞增殖，等等。
1.你担心过路由器辐射吗？
有不少人开始担心路由器辐射会对身体产生不利影响。而且路由器的品种也繁多，有单天线的、双天线的，还有多天线的，天线越多，信号越强，但人们也担心辐射也会越大。有文章报道说，路由器的辐射值还与其所连接电脑的工作状态有关。当在看电影、下载文件等需要大流量支持的情况下，无线路由器的辐射值会相应增加。那么，路由器的辐射大不大？会不会对人体健康产生影响？若有，我们应该如何规避？
2.我国电子设备辐射有什么标准？
实际上，我国为防止电磁辐射污染，保障公众健康，对电磁辐射有严格的技术限制标准。国家相关部门自20世纪90年代以来，先后制定颁发了《环境电磁波卫生标准》等7部法规和国家标准，确定了电磁辐射的分级标准：一级标准，也就是安全标准，为辐射小于10V/m，这一限值范围内的辐射对人体没有任何影响;二级标准的辐射值会对人体带来有害影响，当辐射大于10V/m小于25V/m时，对人体会产生危害，辐射值大于25V/m产生的危害更大。我们国家对无线路由器的辐射量有着严格的规定，折合成发射功率是无线路由器的发射功率不能超过100mw，而我国一般的家用级无线路由器的默认发射功率是50mw。无线路由器产生的电磁辐射是很微弱的，与收音机相差不多。
北京环境科学学会技术人员实验发现，无线路由器工作状态辐射瞬间最大值为0.2瓦/平方米，待机时辐射量仅为0.01瓦/平方米;如果是半米之外，无线路由器的辐射量迅速衰减，此时的数值与日常使用的手机的辐射值差不多。
3.路由器有没有辐射？如何尽量减少路由器辐射？
据相关报道，只要距路由器的距离超过1米，其辐射值都会低于10V/m，即处于安全范围内，不会对人体健康产生不利影响。有网友曾经使用辐射检测仪对不同的电子设备检测辐射情况。测试结果显示，冰箱在通电的条件下，电场辐射为0，磁场辐射为0。电视机在正常播放的条件下，电场辐射为45，磁场辐射为0，但当辐射仪远离电视10厘米后电场大幅减弱。无线路由器在正常使用的条件下，使用检测仪紧贴路由器测试出电场辐射为22.57，磁场辐射为0.01，电磁辐射在国家标准范围之内。而当检测仪距离路由器10厘米左右后，数字发生了很大变化，显示电场辐射为0.02，磁场辐射为0，远低于国家标准，处于安全的区域。这说明，日常状态下路由器对人体并无危害，即便发射功率很大的无线路由器，在保持一定距离后，其辐射值也远低于国家标准，可以放心使用。
虽然路由器对人体并无伤害，但也要注意以下几点：①无线路由器不要放在床头，最好放置在客厅等开放空间内。②不要将路由器和其他家用电器、电子设备放在一起。电子设备越多会导致电磁辐射量的累加，还会引起无线间的相互干扰。这样不仅对电器的使用寿命造成危害，对自身的健康也会有所影响。③建议购买正品行货路由器，好的路由器不仅寿命更长，网络也更加稳定，相应的辐射量也会少一些。
路由器的发展
邱元阳：家用路由器从有线发展到无线之后，并没有停滞不前，而是根据用户和市场的需要一直在变化，从而衍生出多种类型的产品。
1.千兆路由器
随着家庭宽带的升级，很多网络运营商提供的小区宽带都达到200～400M的带宽，但是用户感觉上网速度并没有明显的变化。这并不是因为运营商虚报带宽，而是这样的高带宽没有被充分利用。这里的主要原因就是相关的网络设备还是工作在100M的连接上。
从宽带接入光纤到用户桌面，涉及的网络设备有光猫（光收发器及调制解调器）、路由器、交换机、网卡等，这里面任何一个环节的连接速度过低，都会成为最终网速的瓶颈。要充分利用100M以上的带宽，这些网络设备都需要支持千兆网络。光猫是由运营商提供的，都会支持千兆，有的光猫设備有两个百兆的局域网接口，如果分别接到电视和电脑（路由器）上，也是可以共享高带宽的，否则就需要它的局域网的接口也是千兆的，但是自己安装的路由器也需要是千兆路由器，并且是全千兆路由器，这样它的外网接口（WAN）和内网接口（LAN）才能都支持百兆以上的连接。只要电脑不是很古老，主板上的网卡都是千兆网卡。
需要注意的是，有些号称千兆的路由器，很可能只是WAN口是千兆的而LAN口是百兆的，甚至只是无线连接的最大速率总和达到1000M，这样的路由器是无法提供从桌面到外网百兆以上的连接的。
2.双频无线路由器
早期的无线路由器所使用的电磁波频率在2.4GHz频段，这个频段分为13个信道，遵循的相关协议是IEEE 802.11b/g/n等。现在的路由器又开发出了5GHz频段，对应的传输协议是IEEE 802.11a/ac等。
2.4GHz和5GHz频段各有利弊，一般认为2.4GHz频段的频率，穿墙能力强一些，但信道质量会差，5GHz频段正好相反，穿透力弱，但抗干扰强，带宽较大，并且避开了拥堵的2.4GHz频段。双频无线路由器则同时具有2.4GHz和5GHz两个频段，可以互补。但对于一个具体的无线终端来说，只能连接其中的一个频段，不能两个同时连接，即使这个设备同时支持2.4GHz和5GHz。
3.多WAN口路由器
由于不同运营商之间网络互通障碍的问题，不同商家的宽带网络在访问某些站点时会有明显的网速差别。网吧和服务器机房的解决办法是双线路由，单位用户则是采用策略路由，无论哪种，都需要同时接入不同运营商的网络。
对于家庭用户来说，在宽带资费普遍下调之后，也可以采用双线接入，这就需要使用多WAN口的家用路由器，以适应不同的站点。双线接入还可以让不同的线路分担不同类型的流量，如让视频流量都通过其中的一个线路，避免其他应用受到影响。
4.智能路由器
路由器本身就相当于一台单一用途的电脑，它其实是可以添加更多的功能的。智能路由器的问市，满足了人们对路由器功能上越来越多的需求，融入了更为丰富的用户体验。
例如，有的智能路由器带有大容量的硬盘，可以在电脑没有开机的情况下，通过设置自动下载电影到硬盘中;有的智能路由器则集成智能家居功能，成为家庭的信息中心。
5.4G路由器
在4G网络速度提升和资费大幅度下降的情况下，利用4G的无线网络带动一个小型局域网也就可以成为现实。4G路由器正是可以利用手机SIM卡连接无线网络并共享上网的设备，其原理类似于手机热点，但其能力远比手机热点强大。4G路由器的上网速度会受到4G信号的影响，还无法跟通常的无线路由器相比，但在一些没有上网条件的场合还是很有用处的，如室外会议、移动直播等。
6.多合一家庭网关
为了方便用户使用，减少不同设备安装设置的麻烦，一些网络运营商从用户角度考虑，将家庭宽带中用到的设备和功能全部集成到一个设备中，极大地方便了用户和工作人员的设置、维护。例如，部分地区的移动宽带使用的多合一的家庭网关，其内部就集成了光猫、交换机、无线路由器等功能，用户不需要再购置路由器，直接通过有线和无线连接多个设备同时上网。
下一代无线路由器协议
杨磊：1990年，IEEE 802.11无线网络标准颁布，经过几十年不断发展完善，目前802.11AC协议已经得到普遍使用。那么，802.11协议族在未来将有什么发展方向？
下一代Wi-Fi标准802.11ax也称为Wi-Fi6（第6代Wi-Fi），是无线技术持续创新所取得的最新成果。这项标准以强大的802.11ac为基础，进一步提升了效率、灵活性和可扩展性，使新网络和现有网络能够满足下一代应用对速度和容量的更高要求。
802.11ax又稱为“高效率无线标准”（High-Efficiency Wireless，HEW），旨在实现一项极具挑战性的目标：将用户密集环境中的每位用户的平均传输率提升至4倍以上。这项全新标准着重于机制的实际操作，以期在人员众多的环境下，为更多使用者提供一致且稳定的数据流（平均传输率）。
1.现有Wi-Fi机制不利于高密度传输
802.11通信协议采用了载波感测多路存取（CSMA）方式，在此种方式中，无线基地台（STA）会先感测通道，而且只会在感测到通道闲置时进行传输，借此避免冲突。如果任一STA听到有其他STA存在，就会在再次收听前等候一段时间，以待对方停止传输并释放通道。当STA可进行传输时，将会传输完整的封包数据。STA可藉由RTS/CTS封包来调停共享媒体的存取。存取点（AP）每次只会将一个CTS封包发给一个STA，而对方则会将完整的框架送回AP。接着，STA会等候AP用来告知封包已正确接收的确认封包（ACK）。如果STA没有及时收到ACK，就会假设封包与其他传输产生冲突，并进入二进制指数轮询期间。在轮询计数到期后，STA将试图存取媒体并重新传输封包。此空闲通道评估和冲突预防通信协议虽有助于将信道平均分配给冲突网域中的所有参与者，但如果参与者数量过于庞大，分配效率会随之下降;多个AP服务区域重叠，则是造成网络效率不高的另一原因。
2.802.11ax MAC机制变更
为了改善密集部署情境中的系统层级性能以及频谱资源的使用效率，802.11ax标准采用了空间重复使用技术。STA可以识别来自重叠基本服务组（BSS）的信号，并根据这项信息来做出媒体竞争和干扰管理决策。当正在主动收听媒体的STA侦测到802.11ax讯框时，它就会检查BSS色彩位（ColorBit）或MAC表头文件中的MAC地址。如果所侦测的协议数据单元（PPDU）中的BSS色彩与所关联AP已发表的色彩相同，STA就会将该讯框视为Intra-BSS讯框。然而，如果所侦测讯框的BSS色彩不同，STA就会将该框架视为来自重叠BSS的Inter-BSS框架。在这之后，只有在需要STA验证框架是否来自Inter-BSS期间，STA才会将媒体当成忙碌中（BUSY）。不过，这段期间不会超过指定的讯框酬载时间。尽管标准仍需定义某些机制来忽略来自重叠BSS的流量，在实际操作上，则可包含提高Inter-BSS讯框的空闲信道评估信号侦测（SD）门坎值，并同时降低Intra-BSS流量的门坎。如此一来，来自邻近BSS的流量就不会造成不必要的通道存取竞争。当802.11ax STA使用色码架构的CCA规则时，它们也允许搭配传输功率控制来一同调整OBSS信号侦测门坎。这项调整可望改善系统层级性能以及频谱资源的使用效率。除此之外，802.11ax STA也可调整CCA参数，如能量侦测层级和信号侦测层级。除了使用CCA来判断目前通道是否为闲置或忙碌中，802.11标准也采用了网络配置矢量（NAV），这个时间机制会保持未来流量的预测，以供STA指出紧接在目前讯框后的讯框需要多少时间。NAV可作为虚拟载波感测，用来为802.11通信协议作业至关重要的讯框确保媒体预约（如控制框架以及RTS/CTS交换后的数据和ACK）。负责开发高效率无线标准的802.11工作团队可能会在802.11ax标准中包含多个NAV字段，也就是采用两个不同的NAV。同时拥有Intra-BSS NAV和Inter-BSS NAV不仅可协助STA预测自身BSS内的流量，还能让它们在得知重叠流量状态时自由传输。
3.应对802.11ax新挑战
802.11ax可将密集环境的每位用户平均数据传输率提升4倍，而MU-MIMO和MU-OFDMA等形式在内的多使用者技术，则是促成此效率的最大幕后功臣之一。针对人口密集环境做出的此频谱使用改善，可望以前所未见的速度推广802.11ax的采用。然而，此功能的实际操作也会对负责实现上述工程奇迹的科学家、工程师和技术人员带来全新的挑战。
弹性十足且模块化的平台，提供了备有简洁振荡器与低EVM准位的高性能硬件，可用来进行子载波间距密度为以往4倍的1024-QAM测量。WLAN Measurement Suite走在802.11ax标准的最新发展尖端，可协助开发人员设计、描述、验证和测试802.11ax装置，做好万全准备，以迎接多使用者革命的到来。
5G时代到来，无线路由器还会存在吗
金琦：可以预计，在即将到来的5G时代，随着用户快速增长，接入5G网络的资费将逐渐下降，室内场所互连设备通过5G网络相连的使用场景将成为现实。不少观点认为，Wi-Fi的优势在于无限使用的流量，所以一旦5G网络数据进入低成本阶段，Wi-Fi很可能被5G所取代。为此，以Wi-Fi为主干的无线局域网是否会退出成为了大家讨论的一大焦点。
首先我们要了解，5G是授权频段技术，而Wi-Fi工作在非授权频段，因此Wi-Fi无需巨额的频谱使用费。Wi-Fi的设计理念就是简单、适用范围广，但也因此存在大量非授权频段（智能家电、微波炉、蓝牙设备）干扰，导致吞吐速度放缓。随着移动网络的发展，Wi-Fi技术也在不断更新换代，穿透力更强，覆盖更广的Wi-Fi技术正在出现。因此，Wi-Fi的灵活和低成本让它仍然是5G阶段室内重要的接入手段之一，第三代合作伙伴计划（3GPP）也在讨论5G和Wi-Fi的融合。最终可实现当用户从室外进入室内，可以平滑无感知地从5G网络切换到Wi-Fi网络。
其次，目前带5G信号接收模块的终端不多，可以接触到的5G终端还主要集中在高端手机上，而主流的笔记本电脑、智能连网设备等还没有5G信号接收模块，所以5G信号需要转换成兼容性更好的Wi-Fi信号才能被连接，目前比较典型的一款CPE（Customer Premise Equipment，客戶预置设备）是华为5G CPE Pro，通过这类CPE设备，仅需一张5G/4G的流量卡/SIM卡，即可提供Wi-Fi。这样，Wi-Fi的使用范围也不再仅限于室内，如对家庭用户来说，不再需要固定的FTTx光猫，只要有5G信号的地方，用户就可以通过该设备接入5G高速网络，实测速率也已超过了3.2Gbps，同时CPE设备也具有5G模式下的低时延特性，这样也为新潮业务（联网可穿戴设备、增强现实和沉浸式体验）的极致体验创造了可能，真正实现了无线上网带来的超宽带体验。同时，也实现了支持2G/3G/4G/5G全覆盖，支持NSA与SA多模组网，能实现4G到5G的各种组网组合并无缝升级，可满足不同运营商的复杂网络条件。
物联网的发展要求网络“永远在线/始终连接”，Wi-Fi会与5G互补，来完成这种“永远在线/始终连接”的无缝连接的切换。因此，5G在很长的时期内，并不会成为Wi-Fi的终结者。
结
谁是移动互联网的最佳入口？浏览器、搜索引擎、应用商店、地图（基于LBS的应用）、超级APP等轮番登场。在入口之争中，智能无线路由器近年受到非常大的关注，首先，这是整个家庭的流量入口，所有移动设备都要通过无线路由器连上网络。其次，通过内置硬盘或USB连接硬盘，无线路由器就可以打造成NAS（网络存储器），摇身一变成为家庭的媒体中心。移动设备上的数据可以自动备份到NAS，各设备也可以共享存储在NAS上的照片、音频、视频等。随着智能家居的不断成熟，无线路由器也可能成为智能家居的中心节点，智能家电汇聚到无线路由器，由智能手机APP集中控制。可以预见，无线路由器除了承担上网的职责外，还将在移动互联网中扮演更重要的角色。至于哪种模式能在无线路由器商业化中取得最大成就，且让我们拭目以待。
