家庭网络的构成及其优化案例

有段时间没更新博客了。最近除了一些琐事之外，在忙着给家里的网络进行升级，今天刚好升级完了，在此做个总结。
我们家是租房，因此不能对固定死的网络环境进行更改（比如墙内的网线、光猫的位置等）。
本文将分享我改造的案例，可供大家参考。

网络构成

布线的设施

网线、水晶头、网线钳和网线测试器

网线

网线分多种类型，这里主要讲双绞线的规格。
双绞线有CAT5、CAT5E、CAT6、CAT6E等规格。
其中：CAT5仅有百兆速率（已淘汰），CAT5E在一百米内或特定环境下能有千兆速率，是目前百兆/千兆部署的最低标准。CAT6（支持千兆，在55米内可支持万兆/10Gbps）；CAT6A（推荐用于万兆/10Gbps，传输距离更远）；CAT6E不是官方标准，若遇到则不建议购买。

水晶头

双绞线的水晶头分普通和短体。普通水晶头能打市面上绝大多数的双绞线，短体水晶头适用于线材极细的网络跳线。

网线钳

网线钳是用来压接双绞线以及水晶头的工具，网线钳除了压接功能，通常还具备剥线和剪线功能。

网线测试器

网线测试器是用于检查网线八芯（或四芯）是否连通的仪器

千兆及以上网线的线序

推荐T568B线序，即橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕

百兆及以下网线的线序

橙白、橙、绿白，绿
百兆网络虽然只使用橙色线对和绿色线对（1, 2, 3, 6），但为了兼容性和标准化，布线时仍应按照T568A/B标准压接所有八根线。

常见的家庭网络拓补图

家庭网络设备

光猫

光猫是一种光电转换设备，一般由宽带运营商附赠。

光猫的工作模式

光猫分路由和桥接两种工作模式。
路由模式是指光猫拨号并分配DHCP地址。优点是下游设备可直接连接光猫上网，缺点是大多数光猫性能羸弱，无法带动高负载场景。
桥接模式是指光猫只负责光电转换，不进行自动拨号。拨号由下游的路由器或其它网络设备进行。优点是可在高负载场景下不掉速，缺点是路由器需要通过在路由器上配置光猫的内网静态IP才能让下游设备直接访问。

光功率及主线速率

光功率是光纤稳定性的重要指标，光功率过高会导致断联，光功率过低也可能导致稳定性差，并且有烧坏光模块的风险。理想的光功率值应控制在-10dBm到-25dBm之间。

主线速率依据双绞线类型、光猫端口、路由器端口三者而定。千兆以下的可选CAT5E，同时将主线插入光猫的千兆口。千兆及以上的需选CAT6或更高规格，同时将主线插入光猫的2.5G口（或万兆口），主线另一端也需插入相应接口，必须三者都支持对应速率，才能使网速达标。

路由器

路由器是连接两个或多个网络的设备。

外网连接方式

外网连接有多种方式，其中常用的是PPPoE、DHCP动态IP和静态地址。
PPPoE即路由器自动拨号
DHCP即接收上游设备（如光猫）的DHCP地址进行上网
静态地址即配置一个专属的地址进行上网（多用于接入点AP）

内网连接方式

DHCP、静态地址是内网连接的两种常用方式。
DHCP即动态获取内网IP地址，静态地址即手动分配固定的IP地址给某个特定的网络设备。

NAT

家庭网络环境中，要尽可能多的规避NAT转换。例如：光猫在路由模式下默认网段是192.168.1.x,下游路由器使用DHCP获取上网地址，又分配了192.168.10.x的网段作为下游设备的上网网段，此时就会出现一层NAT转换。为什么要尽量规避？因为NAT转换越多，网络传输效率越低，并且两个网段之间的数据包不互通，对局域网的搭建也不利。

交换机与接入点AP

交换机是二层网络设备，作用是隔离冲突域，根据MAC地址将数据帧转发到正确的端口。
将路由器的无线功能关闭，再关掉DHCP功能，分配同网段下的静态地址，上游网线必须连接到该路由器的 LAN 口（而非 WAN 口），普通路由器也能当交换机使用。
AP可以简单地理解为WiFi的天线，即射频设备。经过上述交换机的操作，并打开无线功能，任何带天线的路由器都可当作AP使用。

IPTV

IPTV是办宽带时运营商赠送的电视机顶盒。其电视服务使用组播技术实现。

改造实践

拓补图

改造前

说明

我家改造前的网络可谓十分混乱。弱电箱里没有任何设备，有的只有一堆墙线。
光猫出来的主线从负一层直通我家弱电箱，再用接线端子连接房间一的墙线，之后再连接客厅墙线到路由器，再通过明线连接打印机、IPTV。。。可谓仙之人兮列如麻。

解决方案

让弱电箱不再空置。将主路由塞入弱电箱内并关闭无线功能，仅让其进行拨号和使用其他OpenWRT插件。同时将房间接线接入路由器。
优化房间一网络接线。不让房间一和墙内连接线充当主线，而是使用单线复用的方式，让墙内连接线同时连接IPTV和打印机。
删除房间二网络接线，使用明线将lan2口与AP相连，房间二的无线信号使用客厅的AP足矣。
将房间三的网络接线接入路由器，连接一个百兆AP，并将SSID设置成与主AP不同的名称，用于弥补房间三的网络空白。

改造过程

光猫

由于是出租房，我不能对现有固定好的网络环境进行更改，所以我不能调整光猫的位置。

寻找

我们小区的每户的光猫都位于每个单元楼的负一层。在这住了五年多，直到今年我才搞明白哪个才是我们家的光猫。

我通过进光猫后台查询光猫型号，再到电商平台查找图片，之后再用网线测试仪对线，最后才准确定位到我们家的光猫。

如图，通过登录界面的型号定位光猫

小插曲

由于我小区大多数光猫的工作模式都是路由模式，因此在负一层，光猫的无线信号非常充足。并且光猫底部的铭牌都会标示出默认的SSID和密码，导致我可以随便拿起一台光猫，连接WIFI进行免费蹭网。这也算是这种奇葩光猫管理模式中的彩蛋了。

桥接

其实，在优化之前，我就已经改成了桥接模式。
改桥接是一个技术活，需要用到超级密码。这里我参考了B站UP主小潼666的专栏，成功获取到光猫的超级密码，并将其修改成桥接模式。
关于拿到超级密码后如何更改桥接模式，可以自行参考教程，我也会在之后写改桥接教程（挖坑）。

路由器

接线及单线复用

接线

我把一整个刷了OpenWRT的CMCC-RAX3000M路由器塞进了弱电箱，这样就能将未使用的其余三根墙线利用起来。

单线复用

通过拓补图我们可以看到：房间一的五类线由于只能跑百兆，所以我新增了一个百兆交换机。将“房间一通往客厅的墙线”一分为二，前四线芯连接打印机，后四线芯连接IPTV，这样一条线就有四个水晶头，将一端两个水晶头接入交换机，后俩水晶头接入对应设备，这就是最简单的单线复用操作。

拨号

使用PPPoE进行主路由拨号。

遇到的问题

昨天（11月6日）我写完本文的初稿后，因手痒犯贱，在移动AP位置时误拔掉了主路由的电源线，导致OpenWRT内部出现问题，使得下游设备无法获取ipv4地址，仅能获取到ipv6。
最终选择了重新刷入OpenWRT固件才得以解决这个问题。

DHCP及静态地址

给下游设备分配了192.168.6.x网段进行上网。
静态地址方面，我给主路由的访问地址是6.1，主AP地址是6.2，百兆AP地址是6.3,打印机地址是6.231

AP

我使用了两个副路由器作为主路由的AP，均使用有线网络。
分别是
主AP——小米CR8808 四十块钱有160mhz频宽
副AP——普联WMC180 二十块钱要啥自行车

信道及频宽

信道当然得选设备少的，以免造成干扰。

频宽能往高了选就尽量选高。因为现在的平台路由器频宽是自动选择的，不会因为选了160mhz频宽就导致覆盖率变低，相反选高了能大幅改善局域网速率。

有个很有趣的现象，在OpenWRT系统中射频出来的160mhz频宽不会延迟启动，但是在AP（小米路由器cr8808）里，需要延迟一分钟才能启动，后来搜索发现是为了和雷达频段做规避。

改造前后对比

网速

这是最直观的感受，改造之前，我一直以为家里宽带速率仅有百兆。后来随着发现并解决网线问题后，才发觉家里的宽带速率有足足三百兆。
由于运营商一般会给宽带一些冗余速率，实际测速有接近四百兆速率。这和之前仅能跑百兆是天差地别的。

网卡工作模式

改造之前路由器的网卡仅有半双工工作模式，改造之后变为全双工。
全双工允许同时双向传输，而半双工则在任一时刻只能单向传输。

信号覆盖

改造前房间三是无WIFI信号区域，目前有了百兆网络覆盖。

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