WiFi基础(七)：WiFi漫游与WiFi组网
liwen01 2024.10.27
前言
无线 WiFi 的优点是方便、灵活，可以接入各种设备。缺点就是信号容易被干扰、信号覆盖范围有限。下面几个问题应该很多人都有遇到过：
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为何很多洗手间的 WiFi 信号都不太好？
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市面上的穿墙路由器真的就比其它路由器效果好么？
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为何有时候 WiFi 信号强度很好，但网速却很慢？
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如果房间比较大，需要怎样才能实现 WiFi 全屋覆盖？
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如果是独栋多层的楼房，又要如何组建 WiFi 网络？
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商场、公司、学校等人员密集场所，它们的 WiFi 又是如何组建？
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什么是 WiFi 漫游、它有什么好处、又要如何实现 WiFi 漫游功能？
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什么是胖 AP，什么是廋 AP？AC+AP 又是什么？
因为企业 WiFi 组网比较复杂，这里主要介绍家庭无线 WiFi 组网方案，主要包括：路由器的串并联、WiFi 信号放大器、mesh 组网、AC+AP 模式组网。它们各有优缺点又各有适合的应用场景。
(一) WiFi 漫游
WiFi漫游 (WiFi Roaming) 指的是当一个移动设备 (如智能手机、平板、本电脑等) 在一个由多个无线接入点 (AP) 覆盖的网络中移动时，设备能够无缝切换到信号更强或更合适的接入点，而不中断网络连接或影响应用程序的运行。
比如在大的商场、写字楼、图书馆等环境，我们拿着手机，从 AP1 所在区域，移动到 AP2、再到 PA3 这个区域。
(1) 无漫游场景
在没有漫游功能的时候，当跨区域时，只有等一个 AP 区域的信号弱到断开连接之后，才会主动去连接另外一个区域的 AP，用户可以明显地感觉到手机网络变慢变卡，最后断网，且要等上几秒之后才能恢复。
(2) 有漫游场景
在 AP1 ~ AP3 是支持漫游功能时，当要跨区域的时候，手机能够根据 AP 之间的信号强度、信噪比、AP 负载、移动数据和位置变化去自动切换所需要连接的 AP，效果就是用户一般感觉不到明显的网络卡顿，APP 的数据也不会中断。
(3) 协议支持
要实现 WiFi 漫游功能，需要 AP 和用户设备同时都支持 802.11k/v/r 协议
- 802.11k：无线资源测量协议，可帮助终端快速搜索附近可作为漫游目标的 AP。
- 802.11v：无线网络管理协议，用来解决AP之间的负荷均衡，以及终端节电等功能。
- 802.11r：快速漫游协议，用于加速手机或者电脑在漫游时的认证流程。
要实现 WiFi 的漫游，还需要组建合适的网络。
(二) 普通家庭 WiFi 组网
(1) 常规 WiFi 使用
现在大部分家庭使用 WiFi 的模式是外面通过光纤接入到屋内，先接入光猫，这一部分主要是由运营商提供，比如国内的联通、电信、移动。
有些光猫也兼备路由器的功能，但是它的接口和接入的设备有限，整体性能也比较弱，而且很多家庭的光猫是放置在弱电箱里，所以整体信号不太好。
目前大部分人都是从光猫接根网线，接到一个路由器上，日常使用 WiFi 都是通过这个路由器来实现。
上图这种房间布局是比较常见的，一般将路由器放置在客厅电视柜上，为所有房间提供无线 WiFi 网络。
当把路由器放在客厅电视柜上的时候，客厅、餐厅、厨房可以享受到最佳的WiFi信号，远离客厅的书房、主卧、主卧洗手间因为中间隔了墙壁，WiFi 信号会被衰减，所以整体信号会比较弱。
为了使主卧和书房都有比较好的 WiFi 使用体验，如果去市面上购买一个穿墙路由器，能否解问题呢？
使用穿墙路由器实际效果正常不会很理想，市面上的穿墙路由器只不过是一个噱头。因为在中国《微功率短距离无线电发射设备目录和技术要求》有规定
- 2.4GHz频段(2400–2483.5 MHz)：最大发射功率限制为 100 mW(20 dBm)，等效全向辐射功率(EIRP)为 20 dBm。
- 5GHz频段(5150–5350 MHz)：室内使用最大发射功率限制为 200 mW(23 dBm)。
- 5GHz频段(5725–5850 MHz)：最大发射功率限制为 25 mW(14 dBm)。
在其它国家和地区也有相应的限制，最大发射功率被限制，不管路由器有几根天线，它的穿墙能力都不可能有显著提升，除非它违反规定增强了发射功率。
具体原因可以查看之前的文章《wifi基础(一)：无线电波与WIFI信号干扰、衰减》
(2) 有线路由
对于上面这种户型，如果要使书房、主卧、主卧洗手间都有良好的 WiFi 信号，可以使用路由器串并联的方式来解决这个问题。
路由器串并联可以是通过有线的方式来串并联，也可以通过无线的方式来实现。
有线的方式信号会稳定很多，但是需要布置网线，如果房间之前有布网线推荐使用有线路由的方式。
有线路由的方式对路由器没有特殊的要求，任意两个路由器都可以实现。如果家里有多个路由器，可以将性能较好的作为主路由器，性能交差点的最为副路由器。
- 将光猫出来的网线接到路由器1的WAN口，常规方式设置路由器上网。
- 将路由器1任意一个LAN口，接到路由器2的WAN口，也是常规方式设置路由器上网。
这样就实现了两个路由器的串联，它们各自独立分配 IP，一般它们处于不同网段。
这种方式，就算路由器1与路由器2设置相同的 WiFi 名字和密码，它们也不能实现漫游功能。
(3) 有线中继
两个路由器串并联，通过不同的接线，可以实现不同的模式。如果主路由器1 LAN 口接到副路由器2的 LAN 口，这种模式需要做一些特殊的设置。
- 将主路由器1 LAN 口接到副路由器2的 LAN 口
- 将副路由器2 的 DHCP 功能关闭
- 到路由器2 的 LAN 口设置处设置 LAN 口 IP，该 IP 与路由器1同一个网段，且不与路由器1的其它设备相冲突
- 路由器2无线设置按正常设置就可以
这种模式，路由器1与路由器2的设备是处于同一网段，因为两个路由器的IP分配工作都是由路由器1来实现。同样的，它们也不支持漫游功能。
(4) WiFi 串并联
如果家里有多个闲置的路由器，选一个性能好的做主路由器，可以同时串并联多个路由器来解决 WiFi 信号不好的问题。
这种方式的限制就是需要布网线，优点就是对路由器的要求低，且可以各种不同品牌的路由器同时使用，可以将家里闲置的路由器很好地利用上。
(5) 无线桥接
WDS(Wireless Distribution System，无线分布式系统)是一种允许多个无线接入点(AP，Access Point)通过无线方式相互连接的技术，目的是扩展无线网络的覆盖范围。通过 WDS，多个路由器或 AP 可以彼此无线桥接，而不需要通过网线连接。
这种方式是在路由器2中去设置 WDS 功能，根据设置引导去连接路由器1。
这种方式的好处就是可以不用布线，缺点就是信号容易被干扰，效果没有有线路由的好。
对于最开始的房屋布局，我们应该要将路由器2放置到洗手间外面才能实现最佳的效果。因为路由器2 所有对外的所有数据都要通过路由器1传输出去。但因为它们是通过无线连接的，所以路由器2与路由器1间的信号不能太差。
如果将路由器放置到书房或是主卧里面，就会出现路由器 WiFi 信号强度很好，但是网络数据很慢的情况，主要原因是路由器2与路由器1间信号不好通信丢包严重导致速率严重下降。
(6) WiFi 信号放大器
WiFi 信号放大器，也叫 WiFi 扩展器或 WiFi 中继器，是一种通过接收现有 WiFi 信号并将其重新广播来扩展 WiFi 覆盖范围的设备。它能够解决家中或办公区域中 WiFi 信号弱、死角等问题，确保无线网络覆盖更广的区域。
它的工作原理是：
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信号接收：放大器通过内置的无线网卡，接收来自主路由器的 WiFi 信号。
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信号放大：放大器将接收到的 WiF i信号进行放大或重复(中继)，以增强信号的强度和覆盖范围。
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信号转发：放大后的信号再次通过放大器的无线电广播出去，覆盖到原本信号无法到达的区域。
整体而言，使用 WiFi 信号放大器的效果并没有使用多个路由器中继的效果好，但一般 WiFi 信号放大器相比于路由器体积会小些，而且价格要便宜。
(三) 胖瘦 AP
(1) 胖 AP
上面我们介绍的，也是我们日常比较常使用的路由器，它都是属于胖 AP(Fat AP)。
胖 AP 它是一种独立工作的无线接入点，它具备较为完整的网络管理和控制功能。它可以自行进行认证、加密、管理无线信道和带宽分配，并执行许多其它功能，因此它可以在不依赖外部设备的情况下独立提供无线网络服务。
它的优点是：独立性强，适用与小型网络。
它的缺点是：配置相对复杂。对于复杂场景，比如大型写字楼，需要在不同位置放置很多个 AP，网络管理员不太可能每个 AP 去独立配置管理，所以就出现了瘦 AP(Thin AP)。
(2) 瘦 AP
瘦 AP 是一种功能简化的无线接入点，主要依赖于一个集中管理的设备——通常是无线局域网控制器(WLC)。瘦 AP 本身只负责基本的无线信号转发功能，而所有的复杂管理和控制功能(如认证、加密、频谱管理等)都交由 WLC 来处理。
瘦AP的特点是：
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集中管理：通过无线控制器统一管理多个瘦 AP，使得大规模部署更加容易，并且可以进行集中配置和故障排查。
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简化设备：瘦 AP 硬件相对简单，因为不需要集成完整的管理功能，从而降低了每个 AP 的成本。
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适用场景：瘦 AP 通常应用于大型企业、校园或高密度无线网络环境中，在这些场景下，多个 AP 的管理通过控制器集中进行，便于维护和扩展
(四) 大范围 WiFi 网络组网
如果对上网体验要求高，且要实现 WiFi 漫游功能，可以使用 mesh 组网方式或是 AC+AP 模式。
WiFi 漫游功能，可以让你在房间、楼层间移动的时候实现 WiFi 自动切换，用户基本上无法感知到网络的切换，网络也不会中断。对于家庭使用，mesh组网是个不错的选择。
(1) mesh 组网
WiFi 的 mesh 组网通过多个无线节点(通常是 mesh 路由器或 AP )相互连接，形成一个自我修复的网状网络，使得每个节点都能与其他节点通信并动态调整网络路径，以优化信号覆盖和流量传输。
(a) WiFi mesh 组网的核心概念
多跳传输：在 mesh 网络中，数据可以通过多个节点传递到目标设备。这种方式有效地扩展了 WiFi 信号的覆盖范围。即使某个节点离主路由器较远，仍可以通过其他中继节点进行数据传输。
自我修复(Self-Healing)：如果某个节点失效或断开连接，mesh 网络会自动寻找新的路径，使网络保持正常运行。这种冗余性使得网络更加稳定和可靠。
节点协作：所有的 mesh 节点(mesh AP 或路由器)相互通信，并能够动态调整信号传输的路径和信号强度，以确保网络性能最佳化。这种协作机制可以减少网络拥堵并优化流量。
无缝漫游：由于 mesh 网络中的节点都属于同一个网络，用户设备可以在各个节点之间无缝漫游，而不会中断网络连接。这对于覆盖大范围的家庭、办公楼、酒店等场景尤为重要。
(b) WiFi mesh 组网的结构
主节点(Primary Node/Gateway Node)：这是连接互联网的主路由器或接入点，通常位于用户的互联网入口处。所有的网络流量最终都会经过主节点进行互联网通信。
从节点(Secondary Nodes/Child Nodes)：这些节点与主节点或其他从节点连接，用于扩展网络覆盖。每个从节点都能与多个其他节点通信，并动态调整网络路径以优化连接。
设备通信：设备(如手机、电脑等)可以与任意一个距离较近的节点连接，而不必强制连接到主节点，从而保证稳定和快速的连接。
(c) mesh 组网的优势
广覆盖：通过多个节点扩展网络，消除信号盲区。
无缝漫游：设备可在各节点间自由切换，无断线。
自我修复：节点失效时，网络会自动调整路径，保证稳定性。
易扩展：添加新节点简单，适合大范围网络覆盖。
稳定性能：动态调整信道和路径，优化网络流量。
(d) mesh 组网的缺点
成本较高：设备价格昂贵，尤其是需要多个节点时。
带宽下降：多跳传输会导致带宽逐步降低。
延迟增加：多节点传输会增加网络延迟。
配置复杂：需要精心规划节点布局，且企业级网络配置复杂。
兼容性问题：不同品牌的 mesh 系统可能不兼容。
mesh 可以是有线组网也可以是无线组网，有线模式需要拉网布线，无线模式整体性能较差。
mesh 组网需要给路由器独立供电并放置在一个遮挡较少的位置，多少也有些影响美观。但是如果换成 AC+AP 的模式就不存在这个问题了。
另外需要特别注意的是，各品牌商的路由器之间 mesh 组网可能会存在不兼容的情况，所以最好是使用同一个品牌的 mesh 路由器来组网。
(2) AC + AP 模式
在 WiFi 组网中，AC(Access Controller)+AP(Access Point)主要用于大型或企业级的无线网络环境。这种模式通常由一个或多个AP和一个AC组成，目的是集中管理和优化无线网络。
(a) AC(Access Controller)AC 是无线网络的集中控制器，负责管理和配置所有接入点(AP)。它协调AP之间的工作，进行负载均衡、无线信道管理、认证、接入控制等。
可以简单理解为：这里的 AC 就是上面介绍的路由器，AP 就是路由器的天线，AP 负责无线信号的收发，AC 负责无线的管理。变相的把 WiFi 天线布置到房间的各个位置上。
(b) AC 主要功能有：
集中管理：通过AC，可以在一个地方配置和管理所有的 AP，简化网络管理。
负载均衡：AC 可以监控 AP 的负载情况，并在用户移动时将其重新分配到负载较低的 AP。
无线信道管理：AC 优化无线信道的使用，减少干扰，提高网络效率。
安全管理：进行集中化的认证和加密管理，提高网络安全性。
(c) AP (Access Point)
AP 是无线网络的接入点，负责将无线信号转换为有线信号，反之亦然，允许无线设备连接到网络。
(d) AP 主要功能有：
无线覆盖：AP 提供无线信号覆盖，支持无线设备的接入。
数据传输：AP 将无线设备的数据传输到有线网络，或者将有线网络的数据传输到无线设备。
信号强度调节：AP 可以调整其发射功率，优化无线覆盖范围。
(e) AC+AP模式的优势
高效管理：通过集中控制和管理，简化了无线网络的维护和配置工作。
灵活性：可以根据实际需要扩展 AP 的数量，增加无线覆盖范围。
优化性能：通过 AC 的干预和管理，提升了网络的性能和稳定性。
增强安全：集中化的安全策略和认证机制提升了整体网络的安全性。
AP 有面板式和吸顶式两类，家用一般是使用面板式，可以直接嵌入墙体，跟插座一样。吸顶式的多用在写字楼等场所，直接放置在天花板处，整体比较美观。
另外，这类 AP 一般都支持 POE 供电，也就是可以直接使用网线进行供电，少了另外拉电的麻烦。
整体而言，AP 的性能会比 mesh 组网稍微差一点点，如果是家庭或是小范围使用，推荐使用 mesh 组网，mesh 相对 AC+AP来说价格也便宜点。
如果是写字楼，学校等需要大面积覆盖的场景，还是推荐使用AC+AP的模式，方便控制和管理。
结尾
上面内容简单地介绍了下目前家庭比较常用的 WiFi 组网方案，这些方案具体的使用配置，可以参考具体品牌商设备上的介绍。下一篇将介绍 WiFi 认证与加密相关基础知识。
上面内容，如有错误，欢迎评论区提示指出，不胜感激。
