1. 背景

1.1. 网线的秘密

先说明一个基础知识:我们通常使用的网线可以分为8股铜线,

  1. 一般情况下,都会让8股线全部接通,这时网线可以承载1000M的带宽
  2. 特殊情况下,也可能只使用其中4股,4股接通,这时网线可以有100M的带宽。

1.2. 典型的特殊情况

当今家庭在安装网络时,传统的闭路电视逐渐淘汰,越来越多人使用 Internet + ITV的形式,即一家网络供应商同时提供网络和电视服务,如电信的 100M Internet + 50M ITV

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50m

100M

50M

50M

100M

100M

光猫

ITV

Internet

机顶盒

电视

路由器

终端

理想状态应该是这样的:

  1. 光纤入户,光猫直接安装在家里的弱电箱里。
  2. 光猫连接两条网线,一条负责ITV传输,一条负责网络传输
  3. 两条网线分别连接路由器和机顶盒,各司其职,互不干扰。

实际情况是这样的:

  1. 有些小区(甚至可以说目前国内大部分小区),由于修建年代比较久远,没有做到光纤入户,在安装宽带时,光猫只能安装到户外(一般是楼层公用的弱电箱里)。
  2. 光猫通过网线连接到户内。而很多业主在装修的时候也只考虑了一根网线通到室内。
  3. 业主选择的宽带服务又恰好是 Internet + ITV 的形式。

这种情况下,一根网线就不够用了,为了解决这个问题,通常网络运营商的办法是将网线一分为二,接到光猫的两个LAN口上,家里弱电箱端口再一分为二,一口用作拨号,一口用作ITV。如果你家安装宽带时,安装师傅有将网线一分为二的行为,则说明他们使用上面的方案。

这样做的结果:

  1. 每根网线最多可以承载100M的带宽,对于安装100M带宽以下的家庭,在不考虑内网数据传送的状况下,勉强够用。
  2. 如果对网络有更高的需求,比如需要100M以上的宽带,4股铜线的网络线将无法满足网络使用需求。

1.3. 更复杂的情况

除了小区建设的时间因素,更复杂的是业主自己装修的因素。

比如我家:

  1. 没有光纤入户,光纤只到了楼层,所以光猫只能安装在楼层公用的弱电箱里。
  2. 光猫到家里,只有一根网线作为总网线,连接到家里的弱电箱上。
  3. 家里的弱电箱到客厅也只有一根网线,客厅只有一个网口。
  4. 还有几个房间没有网口。。。(每个房间倒是有闭路电视线。。。。)

这种情况下,不仅网线需要一分为二,家里弱电箱到客厅也需要一分为二,结果就是不仅外网宽带只有100M,内网宽带也只有100M。。

100M的概念有些人可能不清楚,我说详细点,100M宽带只有10M/s的传输速度,1G左右的电影,需要2分钟的时间。。要知道,现在一个USB3的U盘,都能达到50M/s的速度。

1.4. 研究目标

为了跟上时代的脚步,充分发路由器、NAS、智能IOT以及各种智能家电的优势,让自己愉快的用上网络,本文对在上述情况下如何保证全屋范围内网络通常的问题进行研究,目标如下:

  • 讨论只有一根网线的情况下,如何同时传送网络信号与ITV信号的问题。
  • 讨论只有一根网线的情况下,外网宽带扩充的问题

2. 单线复用

2.1. 方案1:物理分线

网线一分为二,4股一根,这样每根可以有100M的带宽,一根线传ITV信号,一根线当网线。

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50m

100M

100M

100M

1000M

1000M

1000M

100M

100M

光猫

ITV

Internet

合线器

路由器

终端

分线器

机顶盒

客厅终端

  • 优点:这样做的好处是简单,只需要用一对分线器,无脑连线,马云家50元搞定。
  • 缺点:但是缺点同样明显,客厅只有100M的带宽,虽然满足外网需求,但是从客厅到其他房间的内网传送速度只有10MB/s,500M的片子,要copy1分多钟,很难受。

有没有满足单线复用,同时又能满足内网数据传输速度的方案呢?

2.2. 方案2:VLAN Trunk

所谓VLAN,即Virtual local area network(虚拟局域网),简单来讲就是通过标注数据,让接口自动识别数据,实现数据分流,从而划分出一个个虚拟的局域网络。

Trunk,则是链路聚合的意思,有了这个功能,就可以在同一根线上传送不同的vlan网络。也是实现单口复用的关键所在。

  • 物理分线:就像是2条互不相干的双车道道路,无论道路1有多么的拥堵,汽车也无法在道路2上行驶,尽管道路2上可能一辆车都没有。
  • VLAN Trunk:则是一条20道的大型高速,道路上的车在同一条道路上行驶,只有到达目的地时才各自下高速。

2.2.1. 使用VLAN交换机的优势

实际来讲,两条100M的线,单条最多只能有100M的带宽,不能叠加,ITV只需要50M带宽,等于说一条网线被浪费了50%的带宽,不仅如此,负责Internet传输的线也只有100M带宽。

如果使用VLAN,相当于ITV和Internet共享1000M带宽,去掉ITV的50M带宽,剩下的950M则都可以用作网络传输,不仅没有造成浪费,还极大的提高了网络带宽使用率,就算外网只有100M,但是内网却能达到950M,500M的片子,5秒就传完,岂不是美滋滋~~

价格方面,比物理分线的方案贵,但是比Mesh路由便宜。而且可以灵活运用现有设备,家里如果有现成的老路由器,开启AP模式直接就可以使用,不像所谓的Mesh路由只能成套购买。

2.2.2. 拓扑图1

拓扑图1

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50m

100M

100M

100M

1000M

1000M

1000M

ITV

950M

光猫

ITV

Internet

Vlan交换机1

主路由器

AP1

Vlan交换机2

机顶盒

AP2

  1. 楼层弱电箱:光猫
  2. 户内弱电箱:主路由器拨号,交换机1聚合ITV线与网络信号
  3. 客厅:交换机2分离出ITV信号和网络信号,机顶盒连接ITV信号
  4. 其他房间:AP扩展无线信号。

特点

  • 只需购买交换机,最大化的利用现有路由器,节省成本
  • 路由器需要放在弱电箱,弱电箱空间捉急

2.2.3. 拓扑图2

拓扑图2

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50m

100M

100M

100M

1000M

1000M

ITV

1000M

1000M

光猫

ITV

Internet

Vlan交换机1

AP

Vlan交换机2

机顶盒

主路由器

  1. 楼层弱电箱:光猫
  2. 户内弱电箱:交换机1聚合ITV线和网络信号
  3. 客厅:
    1. 交换机2分离出ITV信号和网络信号
    2. 主路由器拨号后,再从LAN口输出将网络信号传回交换机2。
    3. 机顶盒连接ITV信号
  4. 其他房间:AP扩展无线信号。

特点
和图1 类似,区别在于:

  • 主路由器放在客厅,能使用性能强劲但是体积庞大的路由。
  • 释放弱电箱空间,便于操作。

2.2.4. 拓扑图3

拓扑图3

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50m

100M

100M

100M

1000M

1000M

ITV

光猫

ITV

Internet

Vlan交换机

AP

Vlan路由器

机顶盒

  1. 楼层弱电箱:光猫
  2. 户内弱电箱:交换机聚合ITV线和网络信号
  3. 客厅:
    1. VLAN主路由器:Vlan路由器 = 主路由 + VLAN交换机,直接拨号,并分离出ITV信号,
    2. 机顶盒连接ITV信号
  4. 其他房间:AP扩展无线信号。

特点

  • 结构最简单,灵活性最好,弱电箱空间最大。
  • Vlan路由器很贵,大都是企业路由,家用的很少。

2.2.5. 我的选择

拓扑结构来说,方案3应该是最优,但实际情况是,VLAN路由器一般都是商业路由器,家用路由器的官方固件一般都没有,或者价格很贵,喜欢折腾的同学可以刷第三方固件。

总之,如果路由器有vlan功能,就用图3,如果没有,就用图2。

我已经过了喜欢折腾的年龄。。。所以选择图2

2.3. 硬件准备

  • 交换机一定要支持Trunk功能的Vlan路由,我自己买的NETGEAR GS 105E,5口千兆交换机,269元一个,挺贵的。。但是做工不错,买的人多,对于不太熟悉的人来说,买大家都用的最靠谱。
  • 路由器只要是千兆路由就可以。我用的是荣耀pro2和荣耀pro以及TP-Link的一款路由器,HiLink自动连接,TP使用有线桥接,简单方便。

2.4. 网络连接(拓扑图2)

接口按照下图连接:
在这里插入图片描述

  1. 楼层弱电箱:光猫
  2. 户内弱电箱:交换机聚合ITV线和网络信号
  3. 客厅:
    1. 交换机2分离出ITV信号和网络信号,网络信号连接主路由
    2. 主路由器拨号后,再从LAN口输出将网络信号传回交换机2。
    3. 机顶盒连接ITV信号
  4. 其他房间:AP扩展无线信号。

2.5. VLAN划分

交换机分为3个vlan:

  1. vlan1是局域网
  2. vlan2是ITV
  3. vlan3是Internet拨号

具体划分看下表:

  • vlan划分按照802.1Q标准,trunk口,标记tag或者t,非trunk口标记untag或者u,不在该vlan范围的接口则不标记。
  • id可以自己随便定,但是两个交换机的id必须一一对应。

表1:

vlan id port remark
vlan1 1 1t 4u 5u 局域网(公用线路)
vlan2 2 1t 2u ITV信号
vlan3 3 1t 3u Internet信号

如果把交换机1的接口前加上a,交换机2的接口前加上b。则整个vlan的划分应该为:

表2:

id port
vlan1 1t a4u a5u b4u b5u
vlan2 1t a2u b2u
vlan3 1t a3u b3u

表2只是为了便于理解,实际设置中当按照表1的设置,没有a或者b的标记。

2.6. VLAN数据流

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50m

100M

光猫

ITV

Internet

a2u

1t

b2u

机顶盒

a3u

b3u

主路由

b4u

局域网vlan1

这样一来,ITV信号则由a2u进入,转发到b2u出到机顶盒,完成ITV信号的传输。

Internet信号则由a3u进入,到b3u出,连接主路由器进行拨号,成功后路由再连线到b4u或者b5u上进行局域网内的联网

设置好以后,测试下,能看电视,能上网,实现了单线复用,改造结束。

3. 带宽改造

前面虽然解决了户内宽带的问题,但是由于户外到户内也只有一根网线,所以光猫出来的线也是经过物理分线的过程,也就是说,无论网络供应商提供你多少宽带,你只能享受到最高100M的带宽。

目前的状况,理论上对外网络最高带宽只有100M,因为光猫到室内的网线只有4股100M带宽。

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100M

100M

100M

100M

光猫

ITV

Internet

机顶盒

路由器

下面讨论如何提高宽带的方法

3.1. 明线改造

最简单的方式,就是请师傅从户外到户内直接搭一根明线,这种方式简单,没有技术含量,容易理解。
但是一般需要打洞、布线、破环现有装修,影响美观。而且价格也不便宜。

当然如果能在不破换装修的情况下直接从光猫处引1-2根网线进入室内,就可以完美解决以后带宽升级的问题。

理想中的状况:

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1000M

1000M

1000M

1000M

光猫

ITV

Internet

机顶盒

路由器

3.2. 单线复用

如果想要不破坏装修的情况下扩充宽带,还是只有使用单线复用的策略。
光猫处接VLAN交换机,但是光猫和交换机都必须从电表直接搭电使用,很危险,非专业人士不要自己去操作,而且放外面也会有设备意识、维护不方便、容易老化等问题。

:root { --mermaid-font-family: "trebuchet ms", verdana, arial;}

1000M

1000M

1000M

1000M

1000M

1000M

1000M

光猫

ITV

Internet

交换机

室内交换机

机顶盒

路由器

4. 总结

  • 交换机必须带有vlan功能,而且必须是至少支持802.1Q标准的,因为只有这个标准才支持不同vlan间的数据通讯,也就是trunk功能。有些vlan交换机(廉价的)只支持port based vlan,也就是简单的物理划分vlan,实际上就和物理分线是一个道理,不能达到单口复用的目的。
  • 整套方案下来一共花费 269 * 2 = 538元。其实网上还有一款mercury的vlan交换机卖,99元,看规格应该是可以支持trunk vlan的,但是问客服,回答不行。。。所以没敢尝试。不然的话200元就能搞定。

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