mesh伪概念和无线漫游原理讨论

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最近在折腾超低成本全屋wifi，搜“无线mesh”，会发现网上有大量抄来抄去的错误的文章，少量的正确的文章。

省流：无线漫游只依赖802.11 k/v/r，和mesh没有任何关系。

省流2：mesh概念在家用路由器领域被大量误用，实际上应该是EasyMesh，而mesh和EasyMesh是两个完全不同的东西。

场景和概念预设

本文讨论的是家用场景，在墙壁较厚的情况下使用多个路由器覆盖全家，终端设备在不同路由器的覆盖范围内进行切换时，能够无缝地、自动地、快速地切换到其他高质量路由器，用户完全无感知，该需求被定义为“无线漫游”，或“全屋 WiFi”。

802.11s 和 mesh组网

802.11s

先看官方文档：

IEEE 802.11s 标准是 IEEE 802.11 标准的一个扩展，802.11s 允许多个无线节点之间直接互相连接，而无需再在中间添加新的 AP 。这里举一个简单的例子：比如你家里有一个 AP ，有两个笔记本 A 和 B 都连接到了这个 AP 上，那么笔记本 A 拷贝一个文件到 B 的过程就是这样的：A 将数据传输到 AP ，然后 AP 再将这些数据传输给 B 。在该场景中，A 和 B 之间所有的通信都是经过 AP 进行的。

IEEE 802.11s 则允许 A 和 B 在没有 AP 的情况下直接进行通信，而这并非 IEEE 802.11s 的最大用处 —— 无线多节点场景才是 IEEE 802.11s 真正大显身手的地方。通过 802.11s mesh 标准，网络节点能够在全无线的情况下组成多跳网络（ multi-hop network ），这就意味着建立网络不再需要有线的基础设施了，这在很多场景下都能带来更便捷的体验——例如，一个救灾队伍中的多个支持 IEEE 802.11s 的笔记本电脑之间，即使无法直接相连，也能通过中间的其他节点实现通信。

IEEE 802.11s 标准定义了一个无线分布式系统（Wireless Distribution System, WDS） 。在大学中就有 WDS 具体实现的例子：校园里中一般都会装很多的 AP ，这些 AP 都有着相同的 SSID 。AP 通过 Ethernet 这类有线网络实现互联，用户能够无线连接到 AP 。802.11s 就相当于是把上面这个场景中连接各个 AP 的物理电缆换成了无线连接。这样就能够省下布线及维护等基础设施的开销，也提高了移动 AP 或添加新 AP 的灵活性。

参考官方链接：https://wireless.wiki.kernel.org/en/developers/documentation/ieee80211/802.11s

推论1：它是一种组网方式，让各个终端或AP之间能够通过MAC地址相互通信。

推论2：校园里多个AP之间可以通过mesh连接起来，省下电缆。

因此，802.11s关注的是 设备之间的连接协议 ，没有任何关于 漫游 的概念。

无线mesh

mesh组网是基于 802.11s 的上层实现，用于建立各个AP之间相互通信的通道，是一种去中心化的模型，在附近AP足够多的情况下，任意一个AP掉线后，其下的终端设备都可以通过其他AP继续上网，但如果关键位置的AP掉线了，可能没有一条合法的上网路径，从而整个子网瘫痪掉。

同样，无线mesh 关注的是 AP之间的连接，没有任何关于 漫游 的概念。

下面这个gif图形象解释了无线mesh的冗余容灾和多跳网络的特性。

有线mesh（常见伪概念）

常见错误观点：无线mesh是多个AP通过无线的方式连到同一个LAN下，因此多个AP通过有线方式连接到同一个LAN下，就称之为有线mesh。

最根本的在于 802.11 是无线协议，只要用到了网线，那必然不是 802.11、必然不是mesh，就不可能有“有线mesh”这个概念。

“抛开事实不谈”，我们继续讨论 mesh 的网状结构，在无线的情况下，10个AP放一起可以组成45组连接，在有线的情况下，将10个交换机用45根网线连起来，才能达到无线mesh同样的效果。这样的东西才能被称为有线mesh，这么高的成本，这概念难道不荒谬么。

继续“抛开事实不谈”，正常人布线，将10个交换机连到一个大交换机上，如果强行称之为mesh，这种星型拓扑，也和 mesh 的常见网状拓扑大相径庭。

EasyMesh协议

它是WiFi联盟提出的协议，背景是各个厂商对于自动配置mesh组网的实现都是私有协议，缺少统一的规范。

不同于802.11s的网格多跳复杂组网及低功耗考虑，EasyMesh采用树形组网，更强调易用和互联互通性。实际体验中，将所有的AP都通过有线或者无线的方式接到同一个LAN下，Controller角色的AP就会向所有的Agent角色的AP发送WPS（Wi-Fi Protected Setup Specification）消息，让所有的Agent都保持同一个SSID和Password。

除了自动配网功能外，还会交换各自的负载信息，从而指导AP进行 无线漫游 。

EasyMesh指定了 Backhaul，指Agent通过何种方式连接到Controller，可以使用有线或无线，称之为“有线回程”和“无线回程”。

例如：有线回程，Agent 和 Controller 都插在了同一个交换机下。

例如：无线回程，Agent只接了电源，通过隐藏的SSID与Controller建立连接。

EasyMesh不是mesh，EasyMesh不是mesh，EasyMesh不是mesh。重要的话说三遍

总结

mesh组网和 漫游 无关，802.11s和 漫游 无关。

802.11k/v/r 和 无线漫游

远古时期的同名WiFi

很久很久以前，会有这样一个现象：使用两台路由器，将SSID和密码都保持一致，使用电脑或手机查看附近的 WiFi，会发现列表中有两个一模一样的 WiFi，二者只是同名而已，没有关联性，相互之间切换需要数秒，体验极差。

近代的同名WiFi——例如“双频合一”功能

随着5G Wifi的普及，经常会看到这种一个SSID下挂着 2.4G 和 5G 两个频段的 Wifi。（iPhone直接就只有一个SSID）

2.4G穿墙好速度慢、5G穿墙差速度好，终端会自动选择合适的 Wifi 进行连接和切换，基本也是用户无感知的，因此在2.4G和5G之间进行切换属于一种“无线漫游”。

它基于 802.11k，例如部分路由器在关闭“双频合一”功能后，802.11k 的支持也会被关掉。

802.11 k

802.11k协议在 802.11k-2008 发布，后被合入到 802.11-2012 作为其中的特性，包含 Radio Resource Measurement of Wireless LANs 无线电资源度量。

在无线漫游的场景中，AP会周期性地对外发送 beacon，报文中部分 Information Element 是 802.11k 约定的，终端记录该AP的各项信息，最核心的是 RM Enabled Capabilities 的 neighbor report 标志位。

见 《802.11-2012》 8.4.2 Information elements

在终端认为当前信号较差的情况下，会向 AP 发送查询请求（neighbor report request），收到返回（neighbor report response），在返回数据里，解析出附近其他接入点的信息，从而选择保持现状或连入高质量的接入点。

见 《802.11k-2008》7.4.6.5 Neighbor Report Request frame format 和 11.10.9 Usage of the Neighbor Report

因此，在仅有 802.11k 的情况下，其实是能实现无线漫游的。但由于不同终端的策略不同，有的设备信号比较弱就会主动切换，有的设备信号很差时才会切换，此时可能已经卡得不行了，所以体验并不是非常好。

802.11 v

802.11v协议在 802.11v-2008发布，后被合入到 802.11-2012 作为其中的特性，包含无线网络管理Wireless Network Management，最核心的是 Network Assisted Roaming，允许 AP 向终端推送无线漫游的建议信息，因此很适合配合 802.11k。

除此之外，还用于和待机状态的手机通信，极低功耗下保持链接和心跳，从而省电。

802.11 r

似乎是快速认证，无所谓，家用用处不大，适用于 802.11x 企业级身份管理和认证情况下的加速认证。

如何验证路由器是否支持 802.11 kvr

PC端：下载软件 WinFi，这软件有 BUG，需要将日期设置到2022年4月之前，然后运行。（有生之年去研究一下，应该也不难，我不大熟Windows的 API）

安卓端：https://github.com/VREMSoftwareDevelopment/WiFiAnalyzer/releases 。至少需要安卓11，之前的版本没有该功能，我开发了该功能 https://github.com/VREMSoftwareDevelopment/WiFiAnalyzer/pull/459 ，预计在3.1.3以上版本会带上该功能。

iOS：想什么呢，高贵的 iOS 会开放这种不入流功能给你？？？

如何验证终端是否进行了漫游

Android/iOS：WiFi魔盒。原理是一边ping网关，一边查看连入的WiFi的BSSID，BSSID发生了变化即可认为进行了漫游。

无线漫游原理

做了那么多铺垫，无线漫游其实只需要如下三个条件：

  1. 所有的AP都使用相同的SSID和加密方式
  2. 所有的AP都开启至少 802.11k
  3. 客户端接入任意一个AP后，在网络拓扑中的角色不会发生变化。（例如所有AP都不开启DHCP、使用上一级路由的DHCP，客户端在AP之间切换时IP不变）

实践过程中，每个厂商的路由器设置都不一样，绝大部分成品路由器不提供 802.11k 的开关，没有上文说的术语。

例如浙江电信宽带送的九联路由器UNR030H1，开启双频合一才会有 802.11k，不然只有 802.11v。例如 https://www.acwifi.net/9909.html 《无线路由器支持漫游协议k、v、r查询库》中的记载。

如图，这就是关了双频合一的后果，802.11k直接没了

参考：

学习总结802.11kvr
https://zhuanlan.zhihu.com/p/653814009

How to verify whether 802.11k and 11r are enabled (via a capture) https://mac-wifi.com/how-to-verify-whether-802-11k-and-11r-are-enabled-via-a-capture/

CWSP-802.11r FT Association https://mrncciew.com/2014/09/06/cwsp-802-11r-ft-association/

方案对比

手动配无线漫游 vs 现代mesh路由器一键配网

2024年同品牌的路由器经常可以使用mesh一键配网的功能，和EasyMesh的功能差不多，相当于把手动配置的步骤全都自动地做一遍。由于没有使用过类似产品，所以只能脑补。

下同。

手动配无线漫游 vs AC+AP

场景1：买一堆杂牌路由器，关闭DHCP，连到同一个LAN下，配置SSID、密码、802.11k。

场景2：买正规的AC+AP产品（例如华为q6子母路由），直接一键使用。

既然消费者的直接需求是“无线漫游”，那么二者都是能满足基本要求的，只能说理想情况下，二者没有区别，实际体验下来有如下的差异：

  • 配置方便程度。丐版：麻烦，不知道插LAN口还是WAN口。ACAP：便捷。
  • 漫游临界区。丐版：各个路由器之间（可能）不会产生交互，漫游完全由客户端决定，实测下来经常信号很差也不给切换。ACAP：效果拔群，全程没有一点抖动，应该是AC可以收集所有AP的信息，从而使用802.11v做出最优决策。

网上常见的错误观点

错误1：厂商混淆视听的宣传，本路由器是 mesh路由器、支持mesh组网 等等等。

修正：错误宣传，mesh 是多个AP进行的冗余容灾组网，家用路由器【不可能】为这种场景设计。假设支持mesh，那在WinFi里的 's' 标记应当显示为 enabled，实际上显示为 disabled。实际上 “mesh路由器” 这个概念代表的功能是 “一键自动配网”、 “私有EasyMesh协议” 的意思。再次强调，mesh 和 EasyMesh 是两个完全不同的东西。

在这个错误的概念预设下，我们讨论如下的问题：

错误2：不同品牌的路由器不能mesh组网，因此不同品牌的路由器无法做全屋wifi。

修正：前半句勉强算对，但后半句是不对的，全屋wifi（无线漫游）和mesh无关，手动配置即可实现。

错误3：mesh分为有线mesh和无线mesh。

修正：mesh只能是无线的，且仅用于设备之间点对点通信，有线无线是无稽之谈。这里很可能本意是 EasyMesh 标准支持 有线回程 和 无线回程。有线的比无线的更稳定，因为无线需要占用信道中的带宽，无线和中继勉强有点像。

总结

  • 802.11 k/v/r 是 无线漫游相关的协议
  • 不同路由器，只要支持 802.11k，就能无线漫游，不支持802.11k，就不能无线漫游
  • 802.11 s 是 mesh相关的协议，家用网络中很少见
  • 网上经常说的mesh其实是厂商自研的EasyMesh类似物，属于自动配网的方案，不是mesh
  • 没有有线mesh，只有无线mesh，即使是无线mesh，在家用网络中也很少见