我買了個超快的路由器,可為什麼家裡 Wi-Fi 還這麼慢?

ADVERTISEMENT

以下內容編譯自 Ars Technica,原文標題為 802.eleventy what? A deep dive into why Wi-Fi kind of sucks,內容略有刪改。

上世紀九十年代後期,支援 802.11b 無線網路標準的裝置首次出現在大眾消費市場。

802.11b 號稱可以提供「11 Mbps」的傳輸速率,這可要比最初的有線乙太網 10 Mbps 的傳輸速率還高。稍微懂點數學的人應該都會認為,802.11b 要比 10 Mbps 的有線乙太網還要快一點。

不過在那個時候,由於智慧手機還沒有出現,膝上型電腦的售價還異常昂貴,並且效能糟糕、體型笨重,因此我手上並沒有什麼可以使用無線網路的裝置。當我真正接觸到無線網路的時候,我的辦公室和家裡都已經裝上了 100 Mbps 的有線網路,這時候傳輸速率只有 1/10 的 802.11b 對我來說並沒有什麼吸引力。

在 20 世紀初,隨著內建 Wi-Fi 的膝上型電腦變得更加小巧、輕薄和便宜,一些小公司盯上了 802.11b「高達」11Mbps 的傳輸速率:既然原來的辦公樓裡 10 Mbps 的有線乙太網都足夠用了,那在佈置新辦公樓的時候,為啥不直接用上「更快」的 802.11b 無線網路?

而這也是我第一次真正用上 Wi-Fi。

不過和 Wi-Fi 的第一次「親密接觸」並沒有給我留下什麼好印象。那時候我才知道,原來 11 Mbps 僅僅只是最大的物理層速率,而不是你的資料從一臺裝置傳輸到另一臺裝置實際傳輸的速率。

在實際使用中,802.11b 的傳輸速率和可靠性並沒有比撥號上網強多少,即使你把兩臺裝置靠得特別近,並且都放在內建 AP 的無線路由器附近,最大傳輸速率也就是 1 Mbps(也就是 125 KB/s)。要知道這可是最好的情況,如果你有 10 臺 PC 同時試圖訪問一個伺服器,125 KB/s 就變成了每臺 PC 12.5 KB/s。

ADVERTISEMENT
D-Link DI-514 無線路由器,在當時算是一款挺不錯的產品,不過那些用 802.11b 的日子真的不堪回首……

當我們逐漸接受了 802.11b 是個「垃圾」這個事實的時候,802.11g 來了。

802.11g 號稱可以提供驚人的 54 Mbps 傳輸速率,儘管這個數字只有當時的高速乙太網(100 Mbps)的一半,不過卻是最初的乙太網(10 Mbps)的 5 倍之多!

不過就像 802.11b 一樣,802.11g 號稱的 54 Mbps 傳輸速率實際上只是物理層速率,和下載進度條上顯示的那個實際傳輸速率是兩碼事。和 802.11b 一樣,802.11g 在日常使用中最快的傳輸速率差不多只有 54 Mbps 的 1/10,也就是 5 Mbps 左右。如果再把 5 Mbps 分給同一網路的多臺 PC,每一臺 PC 的網速仍舊非常「感人」。

2000 年左右,802.11n 的裝置首次出現在消費級市場,號稱可以提供最大 600 Mbps 的傳輸速率!

雖然這個傳輸速率相比當時逐漸興起的千兆乙太網還有些差距,不過卻是當時使用者普遍使用的 100 Mbps 有線乙太網的 6 倍啊!

當然,不出意外的是,在現實使用中,即使使用環境非常理想且隻連線一臺裝置,802.11n 的實際傳輸速率大概也只能達到宣傳的 1/10。

當 802.11ac 產品在 2013 年底登陸市場後,幾乎每一款路由器產品都在「歇斯底裡」地宣傳自己的傳輸速率有多高。

剛開始是 1.3 Gbps,然後是 2.7 Gbps,再到 5.3 Gbps!這個數字已經超越了大部分有線乙太網。不過在經歷了 802.11b/g/n 後,我早已看穿一切:經銷商的宣傳都是謊言,甭指望 Wi-Fi 能像有線乙太網那麼快。

ADVERTISEMENT

那麼號稱最大 5.3 Gbps 的傳輸速率究竟是怎麼回事呢?

我們以 D-Link DIR-895L/R 為例,在其官網的產品簡介中,我們可以看到下面這段描述:

「突破性的三頻段 Wi-Fi 技術可以提供最高 5332 Mbps 的驚人無線傳輸速率,而憑藉 4x4 資料傳輸,波束賦形以及 MU-MIMO 技術,提高進一步提高無線網路的可靠性和覆蓋範圍。」

除了 D-Link,在 Netgear、Linksys、ASUS、TP-Link 等主流品牌的 AC5300 路由器產品上,我們也可以看到類似的描述。

D-Link DIR-895L/R 是一臺三頻段路由器,它可以支援兩個 5 GHz 頻段和一個 2.4 GHz 頻段,其中 5 GHz 頻段最高傳輸速率 2166 Mbps, 2.4 GHz 頻段最高傳輸速率為 1000 Mbps,而 2166 Mbps ×2 + 1000 Mbps = 5332 Mbps,5.3 Gbps 的傳輸速率就是這麼算出來的。

具體到每一個頻段中,則是把該無線頻段在物理層的最高速率,然後乘以該頻段支援的最大 MIMO 串流數量得出的(中高階路由器通常是 4 個)。不過仔細一算,這裡似乎有些問題。

D-Link DIR-895L/R 的 5 GHz 頻段(80 MHz 頻寬)在物理層的最大傳輸速率為 433 Mbps,乘以 4 之後是 1732 Mbps,相比 D-Link 官方宣傳 2166 Mbps 的傳輸速率還差了 108.5 Mbps,這是怎麼回事呢?

關於這個問題,路由器廠商的解釋通常是「使用了專用的資料壓縮技術」這種有些含糊的說法,因此這個 108.5 Mbps 更像是一種市場營銷手段。需要說明的是,這種「提速」的方式在路由器行業已經變成了「新常態」,近期有不少 3x3 的雙頻路由器就突然從「AC1700」變成了「AC1900」。

另外,在 2.4 GHz 頻段上,情況還要更麻煩一點。

D-Link 號稱 2.4 GHz 頻段可以達到 1000 Mbps 的傳輸速率。不過在 801.11n 2.4 GHz 頻段(40 MHz 頻寬)下的最大傳輸速率是 150 Mbps,乘以 4 個 MIMO 串流也才 600 Mbps,距離 1000 Mbps 還差了整整 400 MMbps……

關於這一點,路由器廠商一般會這麼解釋:由於採用了 256-QAM 調製模組,可以為每一個串流增加 50 Mbps 的傳輸速率,這樣原來的 600 Mbps 就變成了 800 Mbps(儘管 256-QAM 是一個非標準、沒有經過 IEEE 批準且幾乎沒有什麼終端裝置支援的東西)。至於剩下這 200 Mbps,就和 5 GHz 頻段通過「資料壓縮」的提速方法基本是一個意思。

看到這裡,大家應該已經感覺到了,所謂的 5332 Mbps 基本就是個謊言。下面我們就看看在實際使用中,D-Link DIR-895L/R 這種 5332 Mbps 無線路由器的傳輸速率究竟能有多少。

在這之前,我們有必要先聊聊 4×4 MIMO。

MIMO 的全稱是 Multiple Input Multiple Output(多輸入多輸出),MIMO 技術可以理解為將網路資源進行多重切割,然後經過多重天線進行同步傳送,從而提高單一裝置的資料傳輸速度,4×4 MIMO 就代表擁有 4 根發射天線和 4 根接收天線。

路由器支援 4×4 MIMO 自然是件好事,不過問題是,現在我們身邊幾乎所有的終端裝置,包括膝上型電腦、平板和智慧手機,都不支援 4×4 MIMO。根據我的瞭解,截止到 2017 年 2 月,市面上可以買到的終端裝置要麼是單流的,要麼是 2×2。在你的終端裝置不支援的情況下,這意味著路由器的 4×4 MIMO 就沒有什麼「卵用」了。

你可能會這麼想了,不是有 4 個 MIMO 串流嘛,我可以把其中兩個分給膝上型電腦,另外兩個分給平板。遺憾的是,這也是不可能的。這種一臺路由器同時將資料傳送給多個裝置的技術叫做 MU-MIMO,這項技術你家裡的路由器或許支援,不過你的終端裝置極有可能不支援。(三星 Galaxy S7 等旗艦手機支援 MU-MIMO,但支援該技術的膝上型電腦幾乎沒有。)

此外,即使路由器和終端裝置都支援 MU-MIMO(MU 即 Multi User,多使用者),目前這項技術對實際傳輸速率的提升可能也沒有我們想象的多。我使用一臺支援 MU-MIMO 的路由器以及兩臺支援 MU-MIMO 的終端進行了測試,相比在路由器上關閉 MU-MIMO,開啟 MU-MIMO 後這兩臺終端的資料吞吐量隻提高了 20%。

再次強調下,我們日常使用的絕大多數終端都只能支援 SU-MIMO(SU 即 Single User,單使用者),在同一時間 AP 只能和一臺終端進行通訊,換句話說,如果你最快的終端裝置支援 2×2,那麼這個 AP 最快就只能提供 2×2 的速度,僅此而已。

到現在為止,我們知道了「高達 5.3 Gbps 的傳輸速率」其實是三個頻段加一起得到的,單看一個頻段的話,最大的傳輸速率是 2.166 Gbps。然後我們知道了「資料壓縮」來獲取更高傳輸速率的做法基本是瞎扯,2.166 Gbps 變成了 1.732 Gbps。此外,我們還知道了,由於終端裝置的限制,路由器廠商在廣告中出現的 4 個 MIMO 串流通常只能用上兩個,1.732 Gbps 又變成了 866 Mbps。

不過遺憾的是,這還不算完。因為在實際使用中,是不可能達到物理層最大速率的。

在比較理想的使用場景中(距離路由器 3 米左右,沒有中間沒有隔牆等幹擾物,沒有額外幹擾),一臺優秀的終端裝置的傳輸速率可以達到物理層速率的 1/3 到 2/3,這個數字再乘以終端裝置支援的 MIMO 收發串流數量就是實際的網路傳輸速率。

我日常使用的這臺 Acer C720 Chromebook 膝上型電腦採用的是高通 Atheros AR9462 802.11n 介面卡(支援 2x2),我測試出的最大傳輸速率在 205 Mbps 左右。我還測試 TP-Link Archer T4U 和 Linksys WUSB-6300 這兩個 802.11ac USB 網卡(都是支援 2×2),最大傳輸速率可以達到 350 Mbps。

表現最好的是使用 Broadcom BCM94360CS 無線網卡的 MacBook Pro,最大傳輸速率可以達到 600 Mbps 左右,這是因為 Broadcom BCM94360CS 支援 3× 3 MIMO,換算下來,依然沒有逃脫我們上一段中提到的「物理層速率 1/3 到 2/3」的範圍。

不過需要注意的是,在絕大多數時候,我們距離路由器的距離會不止 3 米,並且經常會有牆壁等各種幹擾物。當你距離路由器 30 米,中間再間隔兩堵牆的時候,即使你的 AP 和終端裝置品質都很高,並且沒有其他人和裝置和你「搶網速」,實際的傳輸速率大概也只有 80 Mbps 了……

這依然還不算完,因為很多的裝置的上傳和下載速率會有明顯的差異。

在我測試的這幾款裝置中,Linksys WUSB-6300 比較「正常」,上傳和下載速率差不多,不過高通 AR9462 和 Archer T4U 都明顯傾向下載,上傳速率常常只有下載速度的 1/2 甚至不到…… 即使內部採用同一款晶片,由於內部設計的不同,終端裝置之間的表現常常有很大的區別(「正常」的 Linksys WUSB-6300 和「不正常」的 Archer T4U 用的都是 Realtek RTL8812au 無線網卡)。.

唉,測試 Wi-Fi 真鬧心。

儘管在過去二十多年裡,基於 802.11 協議標準的 Wi-Fi 技術已經有了長足的進步,不過如果你想獲得最快、最穩定的上網體驗,高速有線乙太網一直是更好的選擇,這一點從來都沒有改變過。

但在我們的生活被智慧手機、平板電腦以及眾多 IoT 裝置包圍的情況下,單純依靠「古老」的有線乙太網顯然是一件不現實的事情。而如果你家裡的終端裝置太多,現有的多頻 AC 路由器依然無法滿足需求,除了多使用有線乙太網這種辦法之外,以 eero、Google Wifi 為代表的基於 mesh 網路的新一代路由器是個不錯的選擇,這也是繼雙頻和三頻 AC 路由器之後,路由器廠商下一個發力的方向。

ADVERTISEMENT
ADVERTISEMENT