透天厝、大空间网路环境救星:无线网路桥接观念分析与攻略

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透天厝、大空间网路环境救星:无线网路桥接观念分析与攻略 透天厝最烦恼的就是网路问题了,除了布线困难外,小套房的无线网路架设思维也难应用在跨楼层环境。考量到无线网路的许多变因、效能及成本问题,有办法拉网路线还是最实在的。问题就出在于比较老的楼房可能不会预留网路管道,拉明线在路线上的规画及美观考量也得费大番工夫,这时如果你购买的无线分享器有桥接的相关选项,就可以派上用场。

快速浏览:常见的几种桥接方式实战 repeater 架设番外篇:HomePlug、HomePNA 与时俱进桥接不只是延伸讯号

在网路通讯的领域里,桥接(bridging/bridge)有不少涵义,最常见的用途就是来当作延伸网路讯号的功能或设备名称,不管延伸的是无线或有线、实体或虚拟(如VM的应用),都是扩展网路涵盖领域的一种作法。要玩桥接,「延伸」是一个很重要的概念,因为它代表了2件事:

一、延伸就是增强或增长网路讯号,并期许将节点前的网路速度(或频宽)耗损降至最低,但不可能将节点后的速度放大至比节点前还高,有线与无线都一样。举个最简单的例子,A节点传至B节点的讯号强度为40%,B节点将其放大后传至C节点可达90%,然而C连至A的速度不可能会高于B至A,这点用有线网路来想像会更清楚。

二、除了转送网路讯号外,节点还可具备NAT机能,简单的说就是身兼路由器。至于要不要开启NAT机能取决于要实现的网路架构型态,比如是否建设多层子网路等,这点除了影响到封包的传送路径、也会同时决定传输效能。

以上2点可做为该选择哪种桥接方式的前导思考,尤其在无线环境里,桥接时的效能变数会比有线网路大,甚至比桥接后还慢也不一定,所以如何在效能与便利性间取得折衷是本文重点。

常见的几种桥接方式

桥接型的网路架构随处可见,就拿最基本的固网来说好了,很多人会在小乌龟(ATU-R)后面自行加上hub、switch或router之类的设备,再将其讯号分支或广播给更末端的设备使用。有线网路在桥接时,顶多需要注意路由的设定就可,因为固网的讯号比较稳定,距离的影响力也比无线来得小,反观无线网路在路由与设备距离的调整上都要更加严谨,桥接方式的选择相对的也更多。

AP 用有线连接无线

AP(Access Point)是桥接家用Wi-Fi的根本。由于目前分享器大多同时具备AP及路由器机能,不少人会将其混为一谈。事实上,AP的原始用途只是把有线讯号转成无线而已,简单的说就是无线版本的switch,无法像路由器一样再重新产生一个自己的子网路。

子网路在无线桥接应用里很重要。要不要让桥接器后方自成子网路,取决于这个桥接器的任务性质。如果桥接器后方的设备间常需要高速互连(例如2台电脑间的档案共享),那幺有独立的子网路是比较理想的,因为封包们就不必绕出桥接器来穿过更上面一层的主分享器再绕回,也就不会受限于前文提过的B端点至A端点间可能比较窄的频宽,省下不少时间与速度上的损耗。

换个角度看,如果这些设备们多只是为了存取最上层的资源(例如只是要让它们能透过主分享器上网),那幺再架一个子网路就是多余的,直接让主分享器来管理桥接器后方的设备就好,这幺一来上下层的设备间要互连也比较方便,不必再透过路由。

client 用无线连接有线

AP是将有线讯号转成无线,client则刚好相反。无线讯号比较容易分享,为什幺要再转成有线呢?转了也不会变快啊?有时某段距离里就是无法拉线,需要透过无线传送讯号,接收端再将其转成有线来应付后端需要高速传输的子网路,这就是client模式最常出现的应用。

在家用网路环境里,client模式的应用也很常见。比如没内建无线网卡的电脑,就很需要client来将无线讯号转为有线,或者是已经有了一张无线网卡、却想再用另一张有线网卡来连上无线网路做其它事,这些都是client的任务。

repeater 用无线连接无线

针对本文主轴,repeater应是最符合的应用,因为重点就是不要拉线,让桥接器的两端都是走无线讯号,在视觉上一定是最乾净的作法。然而,不想拉线就得牺牲速度,而且无线网路还得设置安全性,以下2点是架设repeater时得先面临的前提:

前提一:频宽减半

由于同时得处理2倍的无线讯号,repeater会先吃掉与上一层节点间的一半频宽,再加上原本就会有的耗损,速度会降很多,可能比没桥接还慢也说不定。

什幺是一半频宽?如果repeater与上一层节点的实际传输速率是20Mbps,那幺透过repeater就会只剩10Mbps,所以repeater不能与上一层节点距离太远。然而这10Mbps传到下一层节点后还能剩多少也会受距离影响,所以架设repeater时,在距离与效能的考量上务必取得平衡,尤其repeater后方不一定只有1台电脑需要无线网路讯号,它该摆哪里是需要複杂计算的。

前提二:安全设定

只要是无线讯号就会需要设定安全性。repeater既然已经连到了上一层节点,代表它已经通过了上一层节点的安全认证,如果它本身又没有再做一层安全性的话,等于是门户洞开。

用最简单的例子解释:repeater透过认证取得连上router A的权限,自己本身却没设安全机制,这幺一来连上repeater的设备就能透过掩护来连上router A,而且不必再向router A认证一次,整套安全机制于是变成废材。

所以,只要上一层端点有设安全性,repeater就要跟着设定才安全。

桥接模式的组合示意图

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▲图中为本文所提到的各种桥接模式所能实现的组合应用,实际上不建议如此组合,因为无线网路环境不宜太複杂。图中可看出repeater是无线讯号的总汇点,所以最好找台天线跟功率都强一点的来担当。

有没有 bridge 差很多

不管是repeater或client,如果只是当成单纯的switch用,那幺在名称上就可加一个「bridge」来识别。于是我们可以归纳出几个分类技巧:repeater就是完全无线的路由器,repeater bridge是完全无线的switch,client bridge可当作是在主从架构上反过来运作的纯AP,client则是再加上路由机能。

需要注意的是,bridge或bridging用在其它功能上时可能又会有不同的解释(如WDS Bridging),不可一概而论。

看到这里,应该有些读者已经跃跃欲试了,然而这里必须先点出个残酷的事实:以上的几个功能,都不是公定的协议或标準,大多数只是分享器里本就有的功能组合而已。比如repeater bridge与repeater最大的差别就是在开关路由及DHCP机能,名称差异主要出在细部设定上的不同,倒不是真的有repeater bridge这种特殊的协定。

WDS 集大全尚未完成

WDS也是如此,原本WDS的美意是结合多个无线网路节点来组合以上几种功能,它一样会因为动用了repeater机制而减半频宽,但是在节点间的认证上至少能有比较正规的标準。

以repeater为例,只要repeater能够连接上一个节点(不管是通过无线网路认证或上个节点根本没设密码),不需该节点同意,它就能够转送讯号。WDS则是得在被repeat的节点设定repeater的资讯,也就是B要repeat A得经过A同意,有大量设备要桥接时会整齐得多。

只是,百花齐放的功能设定是网通市场的长期乱象,即使有简单的协议可依循,大多数网通业者总是喜欢在韧体上加油添醋或省油少醋,至今WDS仍然没有一套公定的标準。即使你买了2台号称都有WDS能力的分享器,也不一定能够相容。

没有支援就刷机吧

桥接方式会因不同的分享器型号、厂牌、晶片、甚至是韧体版本而无法相容,设定名称也可能会有差异,所以最保守的方法就是一次採购多台相同的机器,而且最好还是经过原厂背书并明列其桥接机能及设定方法的型号,如此一来就算搞不定,也还有原厂能救援。

如果手边已经有了不同厂牌的机器,倒也不必灰心,这几种桥接技巧说穿了就只是几个简单的步骤设定,没成功也不会伤害到分享器本身。除非是遇到了功能太过阳春的机种,怎样都找不到桥接的相关功能,那幺就要第三方韧体出马了,讲得更明白一点,就是要刷机。

典型的桥接器

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▲Asus的RT-N12HP有2根9dbi高增益天线,产品本身即强调桥接机能,是随插即用型的桥接分享器。请注意型号里需有「HP」才是大天线机种。

产品名称:RT-N12HP厂商资讯:华硕电脑产品售价:电洽产品网址
ASUS RT-N12HP智慧桥接

怕刷机风险大的话,直接买台主打桥接机能的分享器也是个作法。这类机器通常会有夸张到不行的高功率天线来衔接无线讯号,设定的步骤也非常傻瓜。图中为华硕RT-N12HP的桥接选项,3个步骤就能设定完成。

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(后面还有:实战repeater架设)

实战repeater架设

前面介绍的几种桥接方式,以repeater(bridge)及WDS最符合本文主旨,既然都要桥接了,用无线接无线才算是做了全套,同时也是挑战性较高的接法。由于WDS对于机器的数量及要求比较严格,这里只说明repeater的设定。

相较于WDS,repeater的优点是不必考虑到主分享器是否相容,所以在买机器时,不必2台都得具备repeater机能;在刷机器时,先刷一台就可以。当然了,有能力的话拿2台相同的机器来架设一定最容易,因为选项一致,在某些需要同步的设定上比较不容易出错,以下就以相容性较广的DD-WRT作说明。

刷机步骤力求精準

刷机的风险大家都了解,这里就不必重提,而且安装第三方韧体同样会受到各种机器、型号、厂牌、晶片,甚至是韧体版本的功能限制,并不是每台机器刷完后就会享有完全相同的机能,麻烦的是这部分也没有什幺辨别的诀窍,事先比对韧体官方的相容性列表是最实在的作法。

分享器的第三方韧体有2大主流,分别是:DD-WRT与Tomato,前者的应用性及资料库都比较齐,官网有不少教学文件可参考。也因为如此,详细的刷机流程及功能操作就不能放在这里骗稿费了,以下只针对几个比较重要的步骤做提醒。

一、请务必照着刷机步骤的流程来操作

每个步骤都要十分确实地做到,不可省略因为自己装懂而觉得没差的操作步骤,或更改次序、遗忘细项设定。

二、分享器的重开机动作该几秒就要几秒

在刷机前,将分享器重置回原厂设定(Restore Default)及重开机(Reset)这2个动作要严格执行,主要并不是关係到韧体的刷机成败,而是避免机器变成砖头。重开机不只是重插电源这幺简单,请详阅说明书,确保分享器里的记忆体已被清空。

三、确认韧体版本及档案正确性

韧体版本会随着分享器的核心晶片而不同,但这不代表使用相同晶片的分享器就一定能用同一版韧体。韧体下载后请利用压缩工具检查档案正确性,并透过实体网路线上传至要刷机的分享器,以免刷到一半因为档案错误而死机。

虚拟网卡是设定核心

刷完机后一样要再重开机一次,把分享器里头的记忆体清空是好习惯。完成后就能进入韧体介面开始设定,因为桥接只是一堆分属不同功能区域的设定选项组合,所以在韧体介面里并没有大分类,但不脱「Basic Settings」、「Wireless Security」、「Advanced Settings」这3个部分。

一开始,先到Basic Settings里设定SSID,而且要设定2个,但为什幺要设定2个呢?repeater的原理其实很简单,它是利用多重无线网路介面来同时扮演client与AP的角色。若以讯号的传递流程来解释,在client模式下,网路封包会先经由无线NIC(Network Interface Controller)接收,然后再从有线NIC出去,AP则刚好相反。至于repeater因为两端都得走无线讯号,但是无线NIC只有1个,所以要再新增1个虚拟的无线NIC来共享实体NIC资源。

在集合式无线网路环境里,无线节点间需要藉由套用相同的SSID及频段、加密模式来使自己成为路由中的一部分。无线节点可以是任何具备无线NIC的装置,比如手机、笔电或USB网卡,这也是为什幺在连上某个无线网路前,要先输入或指定特定的SSID、然后再通过不同的认证才能成功连线的原因。

所以了,repeater要连上主分享器的无线网路,在实体NIC的部分得填入与主分享器完全相同的资讯,包括SSID、频段、加密模式等等。至于虚拟NIC因为要把讯号分享出去,所以也要再照表操课填一次,这些步骤其实只是把我们平常连上无线网路的过程手动化而已,厉害一点的玩家甚至可以写Script来完成。

要特别注意的是,虚拟网卡的SSID最好设成跟主分享器不同,之后管理或连线时才不容易造成混淆,儘管部分机器可能允许你设成相同的SSID。

接下来,再视情况决定是否给予其路由器机能,就能实作出repeater与repeater bridge。

看到这里,聪明的读者一定已经查出端倪:如果电脑里有2个无线实体NIC(比如2张无线网卡),那幺做repeater是否就不会减半速度?是的,如果刚好有必须不间断开机的电脑,装多张网卡加几支大天线确实可实现多重不减速桥接,甚至还能套用更複杂的频宽管理及路由机能,只是比较浪费电罢了。

子网路设定不重叠

比较会有问题的可能是NAT。基本上有线网路怎幺设,无线网路照做即可,两者在路由设定上的规则是一样的。只是前面有提过,repeater是用无线桥接讯号,让封包跨太多层节点会大幅影响到传输速度,所以还是得看设备间的传输策略而定。

NAT的设定重点有几个,首先是得决定repeater的角色。如果只是要使它成为单纯的无线switch,那幺就几乎不必做任何设置,也就是repeater bridge。至于要进一步实现路由机能的话,在DHCP的设定上要特别注意封包的转送路径。

repeater的WAN IP是主路由器给的,LAN IP则是自己指派。在指派子网路的IP範围时,请使用与上层路由器不同的class C数字,比如主路由器的LAN IP是192.168.1.1,repeater最好就设为192.168.2.1,并在子网路遮罩的部分填入255.255.255.0,如此一来repeater后方的设备才连得上repeater前方的机器。

repeater与repeater bridge的子网路环境

图中红线代表封包的传送路径。repeater有自己的子网路,连线到repeater的无线设备间对传速度较快。repeater bridge则是衔接上一层的子网路设定,所以每台设备间的传输都会经过最上层的分享器。

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计算出最适摆放位置

至于要让桥接器放哪里,有个公式可依循。假若主分享器到电脑的速度为A,到repeater的速度为B,repeater再到电脑的速度则为C,那幺架设时B一定得是A的2倍,因为repeater会吃掉B一半的频宽。至于C一定也得大于A,所以repeater跟电脑间的距离也得加入计算。

基于此点,我们可以利用二分法来调整repeater的位置。 首先取得主分享器到电脑的极速(因为这两者的位置是固定不变的),随即再移动repeater至能达到2倍该速度的地方,以此为根据点向主分享器靠近,直到电脑端能取得的速度达到最大值为止。repeater与主分享器的距离是影响桥接效能的首要关键,靠得太远或太近都会让repeater形同虚设。

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▲repeater与主僕设备间的理论传输速度对比图。图中C一定小于或等于B的二分之一,所以B一定得是A的2倍以上才有意义。

架构尽量简化为佳

repeater能不能再接repeater?可以的,综观几种桥接模式,只要组合恰当、精準、且不考虑讯号的衰减,那幺要让无线网路一直无限延伸下去并非不可能,不同的桥接模式也未必无法混搭。比如repeater的效能减半问题可以靠client加AP的组合来解决,只是这幺一来就要多架一台机器。

DD-WRT设定步骤

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▲Wireless Mode里得选择正确的模式,Physical Interface的其余部分与主分享器填入同样的资讯,再按下下方的「Add」新增一个虚拟介面,并照内文操作。

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▲加密的部分建议让2个介面完全相同,包含加密方式及密码。

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▲在路由的部分视桥接类型开启或关闭DHCP Server,如果是repeater bridge,在Gateway要填上与主分享器相同的位址。

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▲如果是repeater bridge,记得在路由设定中再将其指定为「Router」,其余选项不必更动。

(后面还有:番外篇:HomePlug、HomePNA)

番外篇:HomePlug、HomePNA与时俱进

有线拉不成、无线也架不快,看似已经没有其它解决方法。家用网路除了架Wi-Fi,很难自己实作出其它技术,朝有线网路思考会比较实在。然而拉明线不方便、拉暗线又没空间,有线网路还能走哪里?

若不严苛地计较速度及品质,有线网路讯号的传输在媒介上要求得倒不严格。电力线及电话线也都能拿来当网路线用,它们是除了乙太网路线外架设固网的2大技术主流,加上刚好又都是「暗线」,真的无计可施时倒是可以尝试看看,成功率未必有如刻板印象中低,传输品质说不定也有出乎意料的稳定。

HomePlug外网不嫌慢

在2种主流暗线里,HomePlug应该是大家比较耳熟能详的。从一开始可怜的只有个位数Mbps的规格频宽,现在已经有上看百位数的实力,虽然实际传输效能还是会因环境而异,但应用在某些场合上是很理想的,比如衔接ATU-R(小乌龟)时,更可以省略外网到第一层分享器之间的布线。

大多数玩家对于HomePlug的疑虑,除了效能外多存于安全性以及架设难易度上。安全性而言,不外乎是考量到用电力线承载多一层讯号是否会对家电造成影响,这点反倒是十分轻微而可忽略的,从消耗功率上检视,HomePlug的功率不可能会比一支吹风机对于电力负载上造成更大影响,反而是电线品质对于传输效能的损耗才是无法解决的物理面问题。

就架设难易度来看,HomePlug大多设计成随插即用,在安装上不致于麻烦,比较难解决的是迴路的判断以及一些先天的电气特性,这些变因要不是难以事先釐清,就是无法从理论上来参考,一定要实际安装后才能知道效果。

以笔者家中的网路环境为例,电力线在同个廻路中由一楼峰迴路转至三楼,约20公尺的距离能挤出约20Mbps的速度,以区网来看当然是不及格,但当成是外网连至内网的第一层桥接便不算慢,如果外网本身没有达到这个速度的话。

典型的电力桥接产品

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▲电力线网路未必只能做点对点的有线讯号桥接。部份机型同样可以充当无线分享器,所以并不必再找一台分享器来当AP。

产品名称:BiPAC P106N厂商资讯:盛达电业产品售价:电洽产品网址

HomePNA相较于HomePlug的名气较低,但起源较早,不少社区其实都是使用这种技术来当作住户网路的接入点。它是透过电话线来传输资料,一般电话线里头会有2蕊实线,有的会有4蕊,通话会佔用2蕊,另外2蕊就能拿来传数据资料。

只是,HomePNA一样无法保证传输品质,而且会有与通话功能冲突的问题,就像以前的拨接网路上网时不能用电话一样,在安装及使用上要有更清楚的技术概念。目前台湾要买到相关产品也不容易,建议可以等市场更稳定再说。

最后还是要回到预算面,固网如不计施工成本,价格一定最低廉,就如本文章一开头所提的,如果不怕丑,网路线是很耐风吹雨打的,久了再换一条也划算。无线分享器的价格範围浮动较大,但应用性也最高,至于部分HomePlug机种其实也会支援无线分享机能,没有谁一定能取代谁。

小乌龟摆放位置可调整

既然电话线也能承载大量的网路频宽,那幺再买一台小乌龟接上不同楼层的电话线可不可行?当然是不行的。基本上同个电话号码、同个电话廻路内只能存在1台小乌龟,你要硬再接上第二台的话,会造成冲突,2台绝对没有办法同时使用、也不一定能够独立使用。

原因很简单,现行的小乌龟多已同时具备POTS Splitter(电话及网路讯号分岐器)机能,其中一台小乌龟只要没接上线路,就等于是破坏迴路,会让整栋楼的电话及网路都无法外连。而且一台小黑龟通常所费不赀,多买一台在成本或便利性上都不可靠。

退一步想,把小乌龟移动到能取得最佳无线网路效能比的楼层倒是可考虑,这个动作并不困难,只要搞清楚分岐器的线路绕送方式就好,去检查一下小乌龟后面的电话线配置,就会知道怎幺做。

(文=Scarface)

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