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网络规划我们应该如何设计

标签: 网络设计 2023-11-30 

  在当下,网络已经和水电燃气一样成为每家每户的必备基础设施。然而,绝大多数业主,并不能从装修公司那里获得良好设计的网络拓扑,也得不到合理合适的网络设备购买 建议。只能在各类导购网站和极客论坛中获得缺失或者偏颇的信息,来搭建自己小家的网 络。那么我这篇文章的目的,就是在普及基本网络概念的基础上,提供一个合理而明晰的 网络规划指导建议和合理预算范围内的设备采购建议。

  下图是我本文的主要涉及内容,首先基础知识的简单讲解,主要目的是为方便大家了 解当前技术有哪些,我们的真实需求又有哪些。其次是常见住宅的一般网络设计,如何使 用合理的预算、合适材料和设备,满足当下的网络需求,同时保障未来5-10年的网络升 级和拓展余量

  最近十年,是中国基建突飞猛进的十年,通讯行业更是发生了翻天覆地的变化,07 年的入户宽带,也才刚刚达到1Mbps的水平,读大学时候,FTTH(光纤入户)还只是教 案和PPT上的规划远景。而十年过去,光纤入户,百兆宽带起步都已经是现在大城市普通 住宅的标配了。省会城市,现在200M、500M、甚至1000M都已经可以申请开通了。基 于这样的网络基础,我们对于家用网络环境,也需要各位业主和设计人员开始用心规划和 合理分配预算了。

  基于公网出口的百兆环境和千兆预期,那么家用网络的规划基础就应该是稳定可靠、 容易扩展的千兆网络起步。至于万兆网络,我觉得以大部分家庭的网络预算、数据读写速 率需求而言,短时间内是不切实际的(3-5年内)。因为万兆网络的设备、模块价格实在 是太高了。且即使家用NAS全速率读写,也跑不满万兆网络。那么在当前的环境下,以 大部分人的使用场景来看,是没有必要花大量预算去折腾家用万兆网络。我们需要的,是 设计和规划合理高效的千兆家庭网络环境。

  光纤入户,百兆宽带,运营商和业主的网络边界设备,一般情况下,是一个光猫,大概长这样:

  光猫的主要作用,是将基于光纤网络的光通信信号,转换成为基于8芯网线的以太网 络电信号。你可以理解成一个信号转换器。然而实际上运营商当前提供的光猫,功能不止 于此,往往还集成了路由器功能(实现地址转换路由转发),AP功能(提供WiFi无线网 接入),IPTV认证广播功能(提供IPTV收视)。

  那么对于光猫我们能做什么?首先是确认光猫的网络电口是支持千兆网络的,这个一 般光猫上有标注,如果只是个支持百兆网络的光猫,你可以找运营商更换,这样你才能正 常享用100M以上的光纤入户网络。

  其次,是在确认你不会使用光猫的无线网络前提下,登录光猫关闭它的WiFi信号,

  最后,是进阶需求,一般用户可以略过。就是在一些情况下,你可以找运营商安装师 傅获取光猫的管理员帐号密码,登录光猫后可以获得更高的权限,关闭拨号功能改桥接, 使用自己性能更强更稳定的路由器进行拨号,此举可以获得公网IP地址和提升网络性能(光猫够烂的情况下),让光猫专注于信号转换也能使整体网络更加稳定和高效。

  任何情况下,有线网络的稳定性、延时、带宽都是显著优于无线网络的,更何况有线 网络的铺设成本并不高。所以在做新家网络规划时,建议优先考虑有线网络的设计。

  有线类线为例,跑千兆网络根本不是问题。且对于一般家用网线M以内),只要万兆网络设备和模块价格降下来,设备普及 了。原封不动的6类线跑万兆,也是完全可行的。所以这是一个低投入,高产出,稳定可 靠,扩展性强的基础设施。建议对于电视、机顶盒、功放、游戏机、打印机、摄像头、投 影仪等等家用设备,尽量在规划初期给予有线网络支持。

  而无线网,是一个相对带宽小、带宽非独占、延时不稳定、易受干扰的网络。便利性 是它最大的优势,为了在家庭中方便且高速的使用手机、平板、笔记本、各种WiFi智能 设备,需要业主去合理规划无线网的布置、频段选取,并结合实际预算选用性价比较高的 设备,才可能达到相对理想的无线网络使用环境。

  对于一般业主,只需要了解路由器承担的功能包括地址转换地址分配、网络拨号、简单的网络安全策略设置就够了。其实说句实在话,现在的光猫基本上都集成了路由器的基 础功能,要求低的业主,甚至可以不购买路由器就能实现基础网络的搭建和使用。

  而无线路由器,则是在有线路由器的基础上增加了无线发射模块和天线,无线部分的

  地位和路由器上有线LAN口的地位是完全一样的,无非信号传输形式不同而已。

  而交换机,则可以简单理解成拓展网络接口数量的设备,专注于数据的无干扰转发。 一般的家用路由器,你看背后都有4-5个LAN接口,相当于内嵌了一个4-5口的小交换 机。而如果数量不够,可以简单买一台交换机接入任何一个LAN口,拓展网口数量,无 需配置,即插即用。

  在几年前,提到无线网络,一般而言是指工作在2.4Ghz频率的无线n 无线标准)。在这个工作频段的无线网络有什么特点呢。首先是该通讯频段极其拥挤繁 忙,蓝牙信号、ZigBee信号(智能家居)、802.11n标准WiFi信号,甚至微波炉干扰信 号都在这个频段。其次是实际可用信道带宽为20MHz,而该标准下总频段范围才2.4- 2.483GHz,意味着虽然看起来有11个信道,然而互不干扰的2.4Ghz的WiFi信号只能存 在3个,且刚好处于1,6,11三个信道上。

  如果把2.4GHz的WiFi信号的11条信道比喻成11条并排的人行道,那么每条2.4Ghz 无线网络传输信号,实际是需要占用5条人行道的慢车,每个慢车速度慢不说,还要影响 他所在的轨道和左右两侧各两条轨道的交通。

  那么打开你的手机,看看在家能搜索到2.4Ghz的WiFi信号个数(SSID名称),你就 可以想象一下在这拥挤的11通道的道路上上,有多少慢吞吞的车辆互相阻碍通行,更何 况还有名为ZigBee、蓝牙的慢车穿行其中。

  那么对于家用,更好的解决方案是使用802.11ac标准的WiFi信号,工作在5GHz。 这个频段相对干净的多。更关键的是,5GHz上有多达23个互不干扰的20MHz信道。同 样打比方的线GHz的WiFi信号是一条23通道的高速公路,每条通道上奔跑的都是互不干扰的高速车辆。因此,想提升WiFi体验,一定是让自己的网络设备接入5Ghz的WiFi网络,而不是纠结于用什么品牌、什么价位的网络设备。

  5Ghz的WiFi网络环境 而5GHz的WiFi信号相比于2.4GHz的WiFi信号唯一的弱点就是穿墙能力过于弱鸡,以至于长久以来,大部分业主所使用的一个路由器覆盖全家的方案,在使用5GHz的WiFi 时候会遇到一定的问题,离无线路由器较远的房间往往无法做到高质量5Ghz的WiFi信号 覆盖。那么为了在家享用高速、稳定、干扰少的5GHz的WiFi信号,需要做哪些努力,就 是本文后续将要探讨的内容。

  那么回到本节的标题,我们所有关于WiFi信号工作频段的讨论,我在行文时候都使 用了5GHz来标注工作频率。而不少商家、产品页面会将其简称为5G,其实是非常不严谨 的。因为当下有一个同样红火的概念也叫5G,也即移动通信的5G概念。这个5G是指第 五代移动通讯技术(the5thGeneration),是通讯基站和手机之间的无线射频技术, 跟本文所讨论的WiFi信号没有半毛钱关系。

  有了以上的网络基础认知,我们来接着了解一下AP+AC的技术原理和家庭使用场 景。

  我们通常所接触的无线路由器,其实你可以理解成一个集合了路由器、交换机、AP 三种功能模块的集成设备。路由模块负责地址转换和寻址路由,交换模块提供更多的网络 接口,AP模块负责提供无线网络接入。

  在一般小户型里,其实在相对中心位置(比如客厅),放置一台足够稳定的无线路由 器,其实就能满足基本的家庭网络使用了。如果承重墙不多,路由器是双频的(同时发射 2.4GHz和5GHz的WiFi信号)。也许在卧室和边角的房间也可以收到足够强的5GHz的 WiFi信号。

  而对于大一点的户型、一台无线GHz的WiFi信号都没法覆盖到,更不谈5GHz的WiFi覆盖了。而复式楼、多层别墅,对于无线网络布置、设计和调 试,则更是超出了没有任何网络基础的普通业主规划和调试能力。网络基础较为薄弱的业 主可能会买一类叫做“无线信号放大器”的无线中继设备来实现家庭网络覆盖。但这是非常 不合适的,这种设备每增加一台,都是对现有无线网络带宽的极大压缩(因为要占用信道 和时空进行数据回传)。无线中继/桥接几次之后会发现网络会慢的近乎不可用。

  当然,我们也可以买多个路由器进行级联,进行复杂的网络配置,生成多个SSID,但是一来配置和管理很麻烦,二来SSID即使起相同的名字,手机也无法在强弱信号间进 行自动切换保障连接质量。所以我们必须得引入AP+AC的技术来化繁为简。主要目的包 括简化配置和维护难度,以及实现无线网络设备自动在AP中进行切换,确保始终接入信 号最强的接入点,保障网络质量。

  这并不是什么很新潮的技术,而是非常非常成熟的工业标准,商场、办公楼这类公共 大面积场所的无线网络覆盖,全部都是靠这套技术来支撑。

  AP:access point,也即无线网络信号接入点,专注于无线信号的发射与接收,用 法就是,哪里信号弱就在哪里加一个,不需要配置,即插即用。

  AC:Wireless Access Point Controller,无线网络控制器,对于普通业主,可以 购买路由器+AC的二合一产品,这类设备专注于管理AP,只需要在这台设备上完成AP的 参数设置。后续整个网络里增减AP接入点硬件,都是即插即用,随意增减,无需额外做 任何繁琐配置。基本的网络拓扑如下,简单说就是哪里需要高质量无线网覆盖,就在哪里 增加一个AP进行无线信号发射:

  所以说对于需要这套设备的家庭用户,首先最大好处就是极大降低了网络配置和调试 门槛;其次是可以根据实际户型,在信号薄弱的房间轻松增减AP设备,实现全屋高强度 信号尤其是5GHz信号的覆盖;最后是漫游,对于多台传统无线路由器覆盖的家庭网络, 你的手机是无法自动从弱信号设备切换到强信号设备的,而对于AC+AP的系统,因为有 AC在统一管理各个AP,它会知道哪一个AP更适合你的移动终端接入,于是通知弱信号 的AP踢你下线,强信号的AP进行接管,从而实现了所谓网络漫游。所以你在商场转悠的 时候,从来不会操心你的手机现在是接的哪台AP,信号够不够强。因为有AC在协调与你 互联的AP。

  从拓扑上来讲,其实AP+AC是一种典型的星状网络,所有信号最终都汇总到一台网络设备。而MESH网络则是一种网状网络,每一台设备,都与他所能连接上的网络设备建 立有线或者无线连接。

  这种无线覆盖方式,其实在我看来,成本是高于AP+AC的,而且对于无线mesh组 网,得有单独的无线信道去承载路由之间的传输信号,浪费了信道资源和设备功耗,而且 设备间互联信号一般很难达到有线网很容易达到的千兆水平。非常适合的场景是已经完成 装修,原始有线网络已经积弊太深无法改造的情况下,去进行网络覆盖的优化和提升。

  而实际上,不少买了智能设备的家庭,其实就有一张ZigBee或者蓝牙的MESH网络 在运转。ZigBee和蓝牙的智能的设备,一般而言就是用标准的MESH网络进行互联和拓 展。所以哪怕你的智能网关在家里一楼,只要沿途有插电的ZigBee设备比如ZigBee智能 插座、ZigBee智能开关进行接力,你会发现在三楼的ZigBee设备仍旧可以轻松入网,而 不用每层楼都布放一个智能网关。

  PowerOverEthernet 也即网线供电,这个技术主要是搭配AP+AC一起使用,只需 要一台支持POE功能的交换机,就能通过网线为网络末端的AP进行供电。真正实现AP的 即插即用,不用对AP额外配置变压器进行供电。

  而家用场景,还有一个可能用到POE功能的,是监控安防,海康大华的摄像头有不少 是支持POE供电的,如此一来,布放监控线路也可以更加简单(只需一根网线从POE交换 机到摄像头),且设备外观更为简洁不用拖着变压器的尾巴,也更安全不怕坏人掐断外露 的供电电路。

  在做出合理的网络规划之前,非常有必要把未来可能用到的设备,尤其是有线网络设备,列一个清单,梳理他们的类型、数量、使用什么网络。做到心中有数才能给出合理的 规划和布置。我这里大致给个列表抛砖引玉

  列出这个表格的主要目的,是为了梳理出可能的网络需求点,并在规划有线网的时候尽量去满足,而不是靠后期无线网络去凑合,尤其是对大带宽高质量网络有需求的电视盒 子、NAS、监控摄像头、电视等设备,一定要提前将有线网络规划到位。另一方面,也 是为了让大家知道,一般家庭,如果把以上的设备都用无线去解决,无线网络到底有多么 的拥挤不堪, 更不提你还要跟隔壁左右的老王争抢无线信道。 其次要注意的是,对于 IPTV机顶盒,需要从光猫布放一条单独的网线到机顶盒位置。

  根据以上列出的需求清单,我们就可以合理的去设计有线网络的布局,推荐的做法是各个房间最好留至少一组有线网。至于具置则根据上面列出的需求去具体细化。比如 老人房的有线网尽量留在电视附近,书房的有线网尽量留在书桌方便使用地方、nas、打 印机摆放位置。诸如此类,自己类推

  而布放网线需要注意的要点精髓,就是单管双线或者多管多线。什么意思呢,就是常规水电工给你的布放模式是从弱电箱到每个房间一个弱电管,其中穿一根网线。那么我在 这里建议大家的是,每个弱电管,穿两根网线到各有线使用点。特殊位置例如客厅电视这 类可能会使用IPTV的地方,可以双管四线。

  1.解放了弱电箱的空间和散热问题。众所周知大部分户型所给的弱电箱其实都是偏小的,很难在同时塞下交换机、路由器、光猫的情况下保证良好的散热条件。于是往往导致 设备过热和不稳定。而一旦你布置了双线,弱电箱里最大的发热源路由器就可以挪到任何 一个有双线的房间,可以是书房,也可以是客厅,解决了散热问题的同时,还可以充分优 化利用路由器的无线功能,节约一部分房间AP的预算投入。

  2.IPTV和网络接入对于绝大部分业主而言,是需要各自走单独的网线进行信号传输 的,双线的存在,则可以确保客厅或者房间里的电视可以有独立的网线进行IPTV信号的 传输,而不用在网络和IPTV之间做艰难的抉择。

  3.最后一个无关紧要的优势就是双线提供了一定程度的备份能力(虽然网线很难在施 工过程中被破坏),而且对于有nas的家庭,利用双线还可以做线路捆绑,将两条物理线 路在设备上进行逻辑捆绑(大部分双网卡NAS都支持),可以在家庭局域网内极大提升 带宽,优化数据传输体验。

  一般装修公司不动脑子给你的拓扑图大致如上,存在的问题包括:弱电箱需要塞至少三台设备,散热堪忧;主路由器在弱电箱里,主路由的无线功能因为位置不好无法实现良 好信号覆盖; 弱电箱到每个其他网络需求点往往只有一根网线, 比如客厅, 你想使用 IPTV就得放弃客厅其他设备使用有线网,你想客厅设备用上有线网那就得放弃IPTV收 视;最后是为了弥补部分房间无线信号弱,得增加二级路由器进行无线覆盖补充,但是主 路由和二级路由配置麻烦不说,通常情况下也不能实现接入设备的自动切换功能。

  而我个人较为推荐的是每个房间/网络使用点至少走双线,这样的好处是你的主路由可以放置在任何一个房间使用,如示例图中的主路由放置在客厅,可以高效利用主路由的 LAN口扩展客厅的设备接入能力,同时更好的散热条件和更好的位置,也能使主路由的 无线性能得以发挥。而其他房间双线则还可以在你需要的时候,把IPTV盒子放置在任意 一个你需要的卧室使用。

  至于网络线类非屏蔽网线。原因有几个:首先家用环境,电磁环境相 对单纯,不存在特别复杂的电磁干扰,没必要增加造价上屏蔽线;其次网线走的是数字信 号,自带校验重传机制,不怕那极低概率的数据差错;最后最主要的问题是屏蔽线太硬 了,既不利于穿管又不方便做带屏蔽的水晶头,徒增预算和施工烦恼,并不会带来体验的 提升。

  子母路由器进行相对低成本的信号覆盖,预算范围300-1000.网络拓扑可以按以下方式进行 布置:

  如果户型特别大、承重墙特别多、复式别墅等等,对5Ghz的WiFi信号覆盖非常不利 的时候。则在方案规划初期就应该确定使用AC+AP的方案进行全房覆盖。此时AP形式优 先推荐吊顶AP,因为无论是散热条件、覆盖能力、设备稳定性上都是最优选择。一般来 说在房屋相对中心位置的吊顶上布置AP,可以选择明装露在外,也可以选择暗装藏在空 调回风口的吊顶石膏板里,反正木材和石膏板对信号是没有影响的(金属空调回风口除 外),还可以摆在电视柜上。

  但是注意一点,千万不要将AP放在电视后面,因为大屏电 视都有一个非常巨大的金属结构板,是一个极佳的信号屏蔽设备。

  而其他可能信号覆盖较差的房间先不急于购买AP,而是先根据客餐厅这个主AP的信 号实测情况进行补充购买。如果信号足够强能覆盖到各个房间则是最理想且经济的情况, 如果信号被梁、承重墙阻隔导致部分房间信号弱,则按情况补买该房间86面板式样的 AP,对这些房间进行信号补足。而AC和主路由器,对一般业主而言,买tplink或者h3c 的二合一设备就足够使用且相对稳定可靠了。对于这类户型,网络拓扑可以按照以下方式 进行布置:

  以上网络设备购买,原则上我不做品牌型号推荐,毕竟每个人都有自己信赖的品牌和 产品,买自己预算内信得过的即可。说句良心话,用过双频WiFi信号的人,是绝对能体 验出5Ghz的WiFi对2.4Ghz的WiFi的明显差距,具体表现在延迟卡顿更少了,刷微博图 片动图刷出来更快了,视频缓冲读条更顺畅了。而你非要抬杠说A品牌5Ghz的WiFi信号 体验比B品牌5Ghz的WiFi信号体验强很多,那就多半是一厢情愿的事情了,大部分使用 场景是体验不出什么差别的。

  ) 是直接批发价卖的(正常京东价格6折的样子),不用费心思还价,不用担心真假。如果 确认要用此方案的话建议优先考虑一下。平价神器。

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