家庭网络设计与FTTR解决方案

想写这篇很久了,大概是 2022 年的某篇提到的?

嘛,不重要了。在懒得动笔的这段时间里家里的一些设备选型也有变化,去年年底借着组内分享的机会把这篇文章写了,就也算借这个机会备份下本就属于自己的文章。

一转眼买房装修也过去快四年了。装修这件事非常感谢夫人精心设计了全屋的工作区,以及两边父母轮流抽空来帮忙盯装修和搬运东西。装修那会儿正是我在现在这组最忙的时候,现在这个组也到了“飞鸟尽良弓藏”的日子了,大概最近几个月就尘埃落定了。所以,也是时候来回顾下人生第一次买房和装修了。

(可能回顾完就该去刷题了?哈哈。)

买房

我是大概在 2020 年开始决定要买房的。结婚是其次,主要是跟家里长谈了几次之后觉得经济趋紧,家里又没有非常强的理财技能,最好还是把家里的固定的资产从老家借助我在北京的工作迁移到一线城市,虽然都在跌,至少跌幅不会太离谱。 2025 年回看这个决定,当年 1.2 万/平卖掉的老家市中心房子至今也就在 8000 /平 左右徘徊(-35%~),重要的是成交量也很感人,我现在在住的地方虽然也在跌,也不过只是亏掉了装修的钱(之前算了下扒了重装 + 所有家具家电一共 60w rmb 左右),总体来说作为保值的目的还是达成了。

扯远了,反正总之在权衡了自己能挣多少钱、家里有多少钱和未来能有多少钱这件事之后,选了现在的地方。

大体上是一个南向的两居,我俩在客厅正中间的位置打了一道镂空隔离门,门里面有窗的部分算书房,外面是客厅,勉勉强强算是做成了三室。

这个户型勉强还算方正,但是因为厨房整体是个承重墙,所以还是要考虑屋内的无线方案。至于有线,因为之前某些工作已经上了万兆多模 850nm+ 的方案,因此也算是已经选过型了。

FTTR 是什么?

FTTR 是英文「Fiber to The Room」的缩写,意为“光纤到房间”。随着中国家庭宽带事业的发展,中国的家庭宽带从早期占用电话线的拨号上网,进化到网线到楼的PPPoE,再到最高支持百兆宽带的 ADSL,再到光纤到楼,直到现在的光纤入户,宽带带宽也从16.7kbps-56kpbs到了现在的万兆宽带到家。

光纤入户可以提供高达10Gbps(北京联通现售最高带宽产品)理论值25Gbps+的下行宽带,此时家庭内的普通网线就变成了限制宽带速率的瓶颈。因此,无论是极客社区还是运营商,都纷纷开始推行光纤到房间,即在入户光猫拨号完成后,到各终端部分使用调制解调器+光纤来提供远超家用普通网线带宽的装备。

现代超六类、七类网线也可以提供超过10G的带宽,但因为电线粗大且屏蔽要求高,电模式的交换机、路由器和有线网卡费用高昂,在一般家庭内部署成本太高,所以没有铺开。

为什么要组建家庭网络?

在公司写这个是因为公司的大部分年轻人还是合租单间,除非非常 geek 的同学基本都没怎么接触过家用组网方案选型。放到互联网上,这个问题就很显而易见了:我 200T 的硬盘总不能都插一台台式机上吧?

因为需要有数据存储分离+高内网带宽诉求。

作为一个混迹互联网20年+的老登,个人数据规模(不含影视频、音频)已经超过6TB+,而且还在增长中;除此之外还有很多PT站资源、站点备份等数据,都占用了大量资源。在2021年买房之后我就在规划网络布局,考虑到个人在家使用设备习惯,有两个点需要做重点考虑:

1、个人存储数据(含PT等大型资料)约20TB左右,机械硬盘工作噪音大需独立存放:台式机长期开机电费消耗高,机械硬盘频繁启停故障率高。

2、内网数据交换比较频繁,需要大内网带宽

在局域网内实现超过2.5G的网络有光、电、无线三种方案,一起对比看下。

方案对比

项/方案光/单模光/多模无线
速率10000M/上下行对等10000M/上下行对等10000M/上下行对等9000M/上下行对等
布线难度高单模要实现超过5G需要多路布线中多模只有成品线中线长超过30m需铺设超六类及以上电缆线,并做屏蔽处理,且面板、模块都需做定制高本质上无线万兆也强依赖布局+点位,到中心路由器还是需要以有线为主,如果全无线 Mesh 家庭环境无法解决干扰问题
设备成本高双口万兆/25G双口(一收一发)贵,而且交换机(终端多设备接入)成本高低单口万兆模块、接口成熟,近些年百元级别的万兆交换机也逐渐铺货高外设成本还好,但为了保证能至少跑到万兆需要做全链路的屏蔽,成本较高低仅需普通AC6000+的无线路由器若干即可
稳定性
升级空间高模块对换普通单模线可跑到12.5G/单路 - 25G无线模块决定了性能上限中随电协议升级最高可到15G无wifi协议升级设备要全换

因此,有线方案选择了光多模方案。

为什么不用各大运营商的“FTTR”方案?

中文社区里面已经有很多很成熟的 FTTR 自建和运营商方案对比,可以参考:https://post.smzdm.com/p/ao94n4l6/

其实本文探讨的也是 FTTR (光纤到屋内)的一种,相比起上面社区的文章,本文因为使用成品多模线,因为成品线端子巨大,在一定程度上牺牲了布线的灵活性,但是降低了很多施工的复杂度。

扯远了,来回答一下标题上的内容。

最重要的一点是,运营商提供的方案。主流的运营商的 FTTR 套餐需要捆绑2年合约期+超过200元的每月低消,比目前我用的套餐要高很多。另外,大部分现行方案都是基于 GPON 的单模方案,该方案到终端节点只有 2.5G 的速率,如果还要兼顾无线流量,那很难满足有线部分的速度需求。

又及,本文在实际部署中实际上是光电混合方案,电网线的大部分线路是提供给 AC + AP 使用(有线2.5G,单程1.25Gbps),因此也具备了无缝漫游的能力。

再及,在写这篇文章的今天,我刚跟北京联通签了全新的 3 年 FTTR 合约,但我不打算使用他们的 FTTR 设备。因为我现在的套餐方案算上副卡,跟升级后的套餐费率一致,相当于免费获得了上行 30M -> 上行 100M 的升级。

不过这次升级之后,北京联通给我更换了华为 F50 至尊版 光猫+路由 一体机,而且明确不能通过业务员途径更换桥接拨号。现在淘宝上有大概 240 元左右的第三方路由器可以实现桥接功能,或者也可以选择能修改 MAC 地址的猫棒(北京联通仍然只使用 MAC 地址进行绑定)来进行路由器拨号。

无线布局方案(Wifi 和 IoT 网关)

既然主干网络没有选择无线,那就要单独给无线布局考量一下。

结合户型图看一下,可以看到两个明显的问题:

1、房子户型是L型,且有贯穿承重墙,传统无线布点会有盲区

2、部分 IoT 设备位于房间边缘,需要考虑无线稳定性

因此,依靠PoE的 AC+AP 方案可以有效扩展网络覆盖布局。

无线设备我倒是没怎么纠结,因为国内、国际做AC+AP的从顶级到末端就那么几家。姑且报个菜名

CiscoArubaUbntTP-Link/水星/netcoreRuijieH3CHuaweiiKuai

因为我装修的时候刚好看公司全都升级了 Aruba 的设备,而且网络改善非常明显;且 Aruba 刚好在同年推出了相对便宜、使用简单的 InstantOn 系列家用云AC 设备,于是也没怎么纠结,直接AP11d x2 搞起。

无线 IoT部分主要解决的是一些智能设备不具备 wifi 能力,将它们扩展成为可离家管理/通知的设备。目前家庭内需要漫游的智能设备主要有蓝牙协议的家庭门锁、Zigbee协议的墙壁开关和一些无线传感器。因为都是小米系的,所以也没什么可选型的,直接小米网关就行了。

因为我和夫人都比较反感随时监听(哪怕是本地监听)的设备,所以我们全屋都没有智能音箱/智能屏。

Wifi的话(橙色圈),下面那个圈基本能 cover 我的大部分需求,上面那个圈的盲区部分基本都是有线,而且是电视区域,很少有无线设备诉求。

蓝色的IoT 网络,因为全家的智能设备基本是小米,所以选择了小米智能网关2。这个没什么好说的,就是各个 zigbee/蓝牙 设备的中心点。

介绍完了选型,下面就是我目前的家庭网络拓扑。

设备拓扑(202408版)

互联网宽带选择

在北方,特别是北京,目前为止还没有其他宽带可以选择,只能选择联通宽带。

如果想听宽带通、长城、北京移动、北京电信这几家的爱恨情仇,可以回头详细说说。

硬件(202501)
北京联通从2022年开始,已经给千兆宽带用户换用 2.5G 设备,算上线损额外预留的带宽,现在的1000M带宽基本可以跑到 1300M 左右。

F50软文介绍:https://ithome.com/0/752/323.htm

所以基本网络连接也很简单,使用2.5G电模块直接连接即可。

为什么不上10G宽带?

10G家庭宽带是今年的新产品,需要社区骨干线支持,且费用过于高昂(内测999元/月,正式上线1399/月),还需要再等等。

为什么不使用“猫棒”?

“猫棒”是一种将宽带商入户光纤直接转换为电信号,使具有 SFP+ 端口的路由器不使用光猫直接可以拨号上网的模块。

通过猫棒,可以直接使用通过SFP+接口的路由器不经过光猫直接拨号上网,省去了光猫转接这一道,可以节约多媒体箱空间并省去修改光猫桥接,直接将家庭局域网网关暴露在运营商公网中,省去联系运营商修改桥接的步骤。

北京联通提供直接修改桥接、获取独立IP地址的反馈通道,必要性不高;

2024年10月起,北京联通已经拒绝所有新装/移机客户的桥接请求,但是仍然可以通过购买第三方设备(包括不限于第三方光猫、猫棒等)来实现桥接。

现在的设备选型

明确需求

目前家庭宽带主要是两人使用,其中每人有两部手机,一个移动设备(ipad或者其他移动终端),每人一台台式机电脑,家庭有一台万兆 NAS。

新装修的大部分家电都可以连wifi,加上摄像头监控和传感器等大概有30+的常驻在网设备。

总结一下的话就是需要一个带机性能和稳定性都较好的路由来承载家庭骨干网络。

当然,现在相对稳定的设备选型自然不是一次就能搞定的。在正式介绍上面拓扑图的一些设备之前,我先给大家介绍一些之前使用过但是淘汰掉的网络节点设备。

上一代方案关键组件介绍

路由器

因为有万兆,加上社区的熏陶,我第一版自然而然就想到了软路由。因为 FTTR 需要至少4个 SFP+ 网口,因此常见的社区 ARM 软路由几乎都被放弃,初期我选择了一台 X86 台式机来承载主路由。出于稳定性考虑使用了 Windows Base + HyperV ,并在上面运行了 Openwrt X86 。

这东西闲鱼二手的企业淘汰机很便宜,几百块就可以。

它提供了足够多的 PCIE 插槽让我安装 SFP+有线网卡,而且联想的工作站做工比一般品牌和自己组装要好很多。直到我淘汰它之前,在 UPS 的帮助下它甚至都没有停过机。

以及,因为 Openwrt 足够开放,我甚至可以在没有开通 IPTV 的情况下,借助一些教程,直接通过我电视上的 kodi 来白嫖 北京联通的 iptv 看电视。

它很好,但是它仍然被淘汰了。为什么?

首先自然是发热量。它毕竟是一台台式电脑,在夏天发出的巨大热量使多媒体柜附近的空调要额外长时间工作才能将屋内温度进行平衡。这一系列下来带来的附加作用就是高昂的电费。我家一直是五档电费的常客。

其次,虽然我不需要AC(因为 Aruba InstantOn 是云AC设备),但是这种软路由不具备PoE(网线供电)能力,这使得 AP 部分需要额外附加电源。分散的电源带来了更高的故障率。

光纤和再布线

在初期布线的时候,我选了运营商 FTTR 同款的单模光纤,随着网线一起埋在了墙里。后来经过学习调研发现它在单模单线情况下只能跑到2.5G。

于是又手动全屋部署了多模线。

当前方案下的关键设备介绍

路由器

经过长时间的市场调研,我发现了一款完全符合我要求的路由器,就是现在正在用的R6812TP-AC。一方面,它提供了四个 PoE 的有线网线接口(虽然只有1Gbps,但是对于 Aruba 来说足够了),另一方面它提供了高达 8 个 SFP+ 接口,通过 SFP+ 接口我可以安装光模块来满足房间内的光纤接入要求,也可以使用 SFP+转万兆电口来给 NAS 提供足够的上下行带宽。

有线

万兆设备低价选择

2019年可以说是家庭万兆的普惠元年。彼时商业机房设施大量更新,使昂贵的光纤模块、光纤网卡一下子变成了“图拉丁”垃圾价。

但是,彼一代的万兆网卡都是基于服务器标准的 OCP 2.0 接口。不过,好在 OCP 2.0 其实也是走的 PCIE 标准,那只需要做转接卡就可以了。

当然,肯定不需要自己从头设计,万能的社区可以解决一切。

如果不愿意购买成品,使用社区开源方案去 嘉立创 洗点板子回来也是非常好的。

有线网卡升级

已经被商业淘汰的设备自然很难获得驱动更新。Mellanox 从2021年起就停止对 CX-3 系列的网卡进行驱动支持,在 Windows 10/11 的新版本中会有各种稳定性问题。不过还是能磕磕绊绊用的。

最近,我也在看新的设备升级,方向是要么过渡到下一代版本的淘汰设备(CX-4,CX-5系列),要么就使用其他公司的方案(如aqc117/103)。不过这部分我也刚开始研究,等有了新的方案再分享吧。

最近从闲鱼上淘了 CX-4x 系列芯片的华为 SP333 系列万兆卡,Win10 / Win11 免驱。先这么用吧,下次搞估计就是全屋 25G 了,努力挣钱吧。

有线的其他部分

网线

有线的网线可以委托装修公司在水电布线阶段完成,但需要注意的是,如果有条件建议自行购买网线。很多装修公司提供的所谓“六类线”很多都是没有屏蔽标准的,在实际使用中很难达到标称年限。

另外,装修公司是不负责弱电的安装的(比如网线、有线电视线、光纤),自己接面板对于动手能力强的人可以,但我选择在宽带移机安装的时候请宽带师傅顺便帮我装了。据我了解,北京的大部分宽带上门装机时候都可以提供一定程度的装机部署服务,如果你自己准备网线钳+网线头,手工费也很便宜。

入户光纤

我做了入户点位移动,所以实际上联系了两次宽带师傅上门(入户线熔接、装机)。但是其实在付了装机/移机费用后,多少次都是可以的,只要提前跟宽带师傅说好就行。

无线部署

这部分倒是没什么说的,PoE网口很好用。

NAS

这部分也没什么好说的,虽然群晖这些年有些举步不前(像〇果一样),但是 DSM 仍然是这个世界上最好用的 NAS 操作系统。

白群晖可以使用 quickconnect 和平滑购买摄像头授权,而且入正属于天然正义。

UPS

https://item.jd.com/60694084041.html

参考阅读

https://cloud.tencent.com/developer/news/1310957

https://www.haoyizebo.com/posts/6a0c2301/

https://github.com/Turnedback/OCP2-Pcie

https://github.com/KCORES/OCP2PCIe/blob/master/doc/DevGuide_zh.md

https://zhuanlan.zhihu.com/p/114822136

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