【路由知识小课堂】之九路由无线信号的特性（补充篇）

本帖最后由 whitefiend 于 2018-1-30 09:51 编辑
写在开头：超版大风车开设的“风车大课堂”里，已全方位地对360安全路由常规使用方法和一些特色功能教程做了介绍，这里也就不再赘述，所以这里开设一个不局限于360安全路由，而是代表路由共性的科普类课堂，当作大课堂的补充。

友情提示：如果使用中出现什么问题，可以先自行翻看大风车独家秘籍，这样可以节省更多宝贵时间哦~

【大风车大课堂】360安全路教程汇总帖
【路由知识小课堂】汇总帖~

无线局域网（WLAN）技术以其可移动性、使用方便等优点越来越受到人们的欢迎。随着无线网络的普及应用，大家对无线技术的关注度也越来越高。
随着宽带的降费提速，单频路由瓶颈越来越明显，目前越来越多的厂家推出支持双频、三频设备，双频路由基本成了大多数用户的首选和标配。之前在第二讲——无线覆盖范围和穿墙能力一帖就简单提到过了无线信号的特性。那今天就进一步说一下。

无线WIFI网络中常常提到的两个词汇：2.4GHz和5GHz。
在介绍2.4G和5G之前，要先简单铺垫一下WLAN相关组织与标准、802.11协议的发展进程。

一、WLAN相关组织与标准
IEEE
美国电气与电子工程师学会，自1997年以来先后公告802.11、802.11b、802.11a、802.11g、802.11n等多个802.11协议相关标准。

Wi-Fi联盟
这个之前还有小伙伴在论坛那边问这是什么鬼。Wi-Fi联盟是一个非牟利的国际协会，成立于1999年，旨在认证基于IEEE 802.11产品的互操作性（兼容认证）和推动其新标准的制定，目前802.11ac wave2标准就出自这（解决早期各厂商不同技术的互通性问题）。该联盟成员单位超过200家，其中42%的成员单位来自亚太地区，中国区会员也有5个，工信部下面著名的中国泰尔实验室就是亚洲第一个Wi-Fi联盟授权实验室。

802.11协议的发展进程

我们平时常说双频就是指WLAN（无线）电磁波工作的两种频段，2.4G频段和5G频段，而单频就是指纯2.4G频段，在两种不同工作频段所支持的协议也不同，2.4G频段支持802.11b/g/n等协议标准，5G频段支持802.11/a/n/ac/ax等协议标准。

二、无线WIFI网络中2.4G与5G各自有哪些优缺点？
（一）频段
2.4G为ISM频段，不需要授权即可使用，是众多国家许可开放的频段。因此同一区域内的WLAN不仅面临无线设备之间互相干扰，也会受到其他通频段设备的干扰，如：微波炉、蓝牙、无绳电话等。这也导致了2.4G的信道越来越拥挤，传输效率越来越低。
在中国WIFI的2.4G频段是指2412MHZ—2472MHZ，将频段每隔5MHZ划分为一个信道，因此有13个信道。1、6、11是业内常用的三个非重叠信道，所以经常可以看到一些所谓坑人教程或攻略让用户把信道设置在1、6、11来避免干扰。信道是动态调整的，所以流畅信道也需要动态选择，并不唯一固定。
5G是指5150MHz - 5825MHz，相对来说干扰较小，可供大家选择的信道较多。最早的5.8G频段和现在也可以使用的5.1G频段，根据所处地区的不同，可使用的信道也不相同。
注意：雷达的工作频段也属于5.1G频段，所以该频率范围的DFS信道会自动调整，并不固定。
详细开放信道如下：

（二）穿墙
在日常使用中，我们会发现，一旦穿墙，5G信号就会明显变弱，而相比之下2.4G信号强度就会好很多。这其实是由电磁波的物理特性决定的。这个在之前的贴里已经提到过，这次再来具体说下无线到底是怎么穿墙的。
无线信号本质上都跟太阳光一样属于电磁波的一种，无线信号要想从客厅穿墙到卧室，其实有两条路可走：

第一条路（蓝色），就是像大多是人想象的，像哈利波特一样直接走进墙里，再穿透出来。
就像医院里用的X光，由于很强的穿透力能够穿过人体。Wi-Fi信号虽然也能穿透墙壁，但它的法力实在是太弱了，要知道电磁波的频率越高，这种穿透力就越强，我们常用的Wi-Fi只有2.4GHz或5GHz，而可见光频率至少是Wi-Fi的十几万倍，至于X光就更要高得多了。所以，Wi-Fi信号在穿透过程中，通过层层墙壁的水泥、钢筋的衰减和反射，通过直线传播的信号强度就所剩无几了。
除了直接穿透墙以外，Wi-Fi的第二种出行方式就是绕道走或者通过反射（红色）。
作为一种波，Wi-Fi也会有反射和衍射现象，简而言之，就是可以在碰到了障碍物之后，通过各种缝隙和通道绕过去。相比于直接穿透墙壁而言，绕着走虽然距离长点儿，但是损耗要小得多，所以在家里很多地方接收到的Wi-Fi信号，都是通过这条路来的。这也就是我们常说的为什么2.4Ghz的穿透能力比5Ghz要强，因为2.4GHZ的频率较低波长较大，更容易发生衍射。而我们手机在同一点接收到的信号其实常常是通过多种途径传播过来的，就是所谓的多径效应啦。
那么问题又来了，第二条路虽然可行，但Wi-Fi信号虽然也是电磁波，却属于微波的范畴。电磁波的波长越长，这种绕道能力就越强，Wi-Fi信号的波长跟广播用的短波相比都小的可怜，更没法跟中波和长波比了。更重要的是，家里的建筑结构一般又比较复杂，各类杂物也很多，Wi-Fi信号穿墙会被吸收，绕墙又容易被挡路，所以像卫生间，储藏室等建筑死角，信号通常就要弱一些。简单归纳就是：
1.频率越低，波长越长，衍射能力越强，穿透能力越差，信号损失衰减越小，传输距离越远。
2.频率越高，波长越短，衍射能力越弱，穿透能力越强，信号损失衰减越大，传输距离越近。
5G遇到障碍物喜欢“钻”，而2.4G喜欢“绕”，实际使用的效果就是2.4G的覆盖范围更大。

不同材质的障碍物对Wi-Fi的衰减损耗（数据来源于互联网）

无线信号穿墙能力和绕道能力受其本质限制无法提高，如果你想让家里的Wi-Fi信号好一点，有以下几点建议：
1.调整路由器的摆放位置，尽量让路由器和手机、电脑之间的障碍物少一些，给Wi-Fi信号留出一条路来，并且避免摆放在明显障碍物旁边，比如铁皮柜、承重柱等；
2.选购企业级等大功率路由设备，当然也可以考虑增加AP或者中继器来放大无线信号，并在信号较弱处优先选择2.4G信号；
3.远离微波炉、蓝牙、光纤猫等干扰源。

（三）速度
2.4G频段支持802.11b/g/n协议标准，所以理论上，单条空间流最大速率可以达到150Mbps（由于采用了MIMO、OFDM、信道捆绑、shortgi等技术），而部分使用了TurboQAM等黑科技的设备，单条空间流理论最大速率可以达到200Mbps甚至250Mbps（这只是理论值，因为目前网卡普遍不支持）。
5G频段支持802.11/a/n/ac/ax等协议标准，所以理论上，单条空间流最大速率可以达到1201Mbps（802.11ax，1024QAM，160MHz时）；
目测在未来的一段时间内WAVE2及802.11ax设备将逐步取代传统WAVE1设备。

从上述对比中可以看出，2.4G和5G两个频段都有各自的优缺点，要根据实际的使用环境和终端情况，配合两个频段的优势使用，目前360安全路由的设备双频已是标配（P2/P3/P4/及刚上市的P4G），高端产品已经支持了802.11ac WAVE2（P3/P4/P4G），建议根据实际的使用环境合理规划部署，兼顾WIFI的无死角全覆盖和高速体验。