上世紀九十年代后期,支持 802.11b 無線網絡標準的設備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以太網 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 的有線以太網還要快一點。
不過在那個時候,由于智能手機還沒有出現,筆記本電腦的售價還異常昂貴,并且性能糟糕、體型笨重,因此我手上并沒有什么可以使用無線網絡的設備。當我真正接觸到無線網絡的時候,我的辦公室和家里都已經裝上了 100 Mbps 的有線網絡,這時候傳輸速率只有 1/10 的 802.11b 對我來說并沒有什么吸引力。
在 21 世紀初,隨著內置 Wi-Fi 的筆記本電腦變得更加小巧、輕薄和便宜,一些小公司盯上了 802.11b「高達」11Mbps 的傳輸速率:既然原來的辦公樓里 10 Mbps 的有線以太網都足夠用了,那在布置新辦公樓的時候,為啥不直接用上「更快」的 802.11b 無線網絡?
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」并沒有給我留下什么好印象。那時候我才知道,原來 11 Mbps 僅僅只是最大的物理層速率,而不是你的數據從一臺設備傳輸到另一臺設備實際傳輸的速率。
在實際使用中,802.11b 的傳輸速率和可靠性并沒有比撥號上網強多少,即使你把兩臺設備靠得特別近,并且都放在內置 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 同時試圖訪問一個服務器,125 KB/s 就變成了每臺 PC 12.5 KB/s。
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,盡管這個數字只有當時的高速以太網(100 Mbps)的一半,不過卻是最初的以太網(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 分給同一網絡的多臺 PC,每一臺 PC 的網速仍舊非常「感人」。
2000 年左右,802.11n 的設備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以太網還有些差距,不過卻是當時用戶普遍使用的 100 Mbps 有線以太網的 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只連接一臺設備,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 年底登陸市場后,幾乎每一款路由器產品都在「歇斯底里」地宣傳自己的傳輸速率有多高。
剛開始是 1.3 Gbps,然后是 2.7 Gbps,再到 5.3 Gbps!這個數字已經超越了大部分有線以太網。不過在經歷了 802.11b/g/n 后,我早已看穿一切:經銷商的宣傳都是謊言,甭指望 Wi-Fi 能像有線以太網那么快。
那么號稱最大 5.3 Gbps 的傳輸速率究竟是怎么回事呢?
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,而憑借 4x4 數據傳輸,波束賦形以及 MU-MIMO 技術,提高進一步提高無線網絡的可靠性和覆蓋范圍。」
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,它可以支持兩個 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 的傳輸速率就是這么算出來的。
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,然后乘以該頻段支持的最大 MIMO 串流數量得出的(中高端路由器通常是 4 個)。不過仔細一算,這里似乎有些問題。
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 之后是 1732 Mbps,相比 D-Link 官方宣傳 2166 Mbps 的傳輸速率還差了 108.5 Mbps,這是怎么回事呢?
關于這個問題,路由器廠商的解釋通常是「使用了專用的數據壓縮技術」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……
關于這一點,路由器廠商一般會這么解釋:由于采用了 256-QAM 調制模組,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(盡管 256-QAM 是一個非標準、沒有經過 IEEE 批準且幾乎沒有什么終端設備支持的東西)。至于剩下這 200 Mbps,就和 5 GHz 頻段通過「數據壓縮」的提速方法基本是一個意思。
看到這里,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絡資源進行多重切割,然后經過多重天線進行同步傳送,從而提高單一設備的數據傳輸速度,4×4 MIMO 就代表擁有 4 根發射天線和 4 根接收天線。
路由器支持 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設備,包括筆記本電腦、平板和智能手機,都不支持 4×4 MIMO。根據我的了解,截止到 2017 年 2 月,市面上可以買到的終端設備要么是單流的,要么是 2×2。在你的終端設備不支持的情況下,這意味著路由器的 4×4 MIMO 就沒有什么「卵用」了。
你可能會這么想了,不是有 4 個 MIMO 串流嘛,我可以把其中兩個分給筆記本電腦,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數據發送給多個設備的技術叫做 MU-MIMO,這項技術你家里的路由器或許支持,不過你的終端設備極有可能不支持。(三星 Galaxy S7 等旗艦手機支持 MU-MIMO,但支持該技術的筆記本電腦幾乎沒有。)
此外,即使路由器和終端設備都支持 MU-MIMO(MU 即 Multi User,多用戶),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。我使用一臺支持 MU-MIMO 的路由器以及兩臺支持 MU-MIMO 的終端進行了測試,相比在路由器上關閉 MU-MIMO,打開 MU-MIMO 后這兩臺終端的數據吞吐量只提高了 20%。
再次強調下,我們日常使用的絕大多數終端都只能支持 SU-MIMO(SU 即 Single User,單用戶),在同一時間 AP 只能和一臺終端進行通訊,換句話說,如果你最快的終端設備支持 2×2,那么這個 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。然后我們知道了「數據壓縮」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,由于終端設備的限制,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,沒有中間沒有隔墻等干擾物,沒有額外干擾),一臺優秀的終端設備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設備支持的 MIMO 收發串流數量就是實際的網絡傳輸速率。
我日常使用的這臺 Acer C720 Chromebook 筆記本電腦采用的是高通 Atheros AR9462 802.11n 適配器(支持 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(都是支持 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 支持 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」的范圍。
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,并且經常會有墻壁等各種干擾物。當你距離路由器 30 米,中間再間隔兩堵墻的時候,即使你的 AP 和終端設備品質都很高,并且沒有其他人和設備和你「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,因為很多的設備的上傳和下載速率會有明顯的差異。
在我測試的這幾款設備中,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…… 即使內部采用同一款芯片,由于內部設計的不同,終端設備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。
盡管在過去二十多年里,基于 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,高速有線以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能手機、平板電腦以及眾多 IoT 設備包圍的情況下,單純依靠「古老」的有線以太網顯然是一件不現實的事情。而如果你家里的終端設備太多,現有的多頻 AC 路由器依然無法滿足需求,除了多使用有線以太網這種辦法之外,以 eero、Google Wifi 為代表的基于 mesh 網絡的新一代路由器是個不錯的選擇,這也是繼雙頻和三頻 AC 路由器之后,路由器廠商下一個發力的方向。
(審核編輯: 林靜)
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