利用Vlan实现家庭网络单线复用
前言
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，8股线接通，则网线可以承载1000M的带宽，但是由于很多房屋因为装修年代久远，没有考虑到时代的发展，经常都不能保证所有房间都有网线，导致现在很多家庭出现网线不够用的状况，比如我家。
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。这样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。
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。
一般家庭网络拓扑结构
目前家庭网络中，主流应该是电信的100M Internet + 50M ITV
在有些家庭，由于装修老旧，没有考虑到时代的发展，所以客厅电视墙只有一个网口，这种情况下，如何既能使用ITV看电视，又能连接其他设备上网，就成为一个值得研究的课题，
本文主要讨论弱电箱到客厅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。
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。
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。
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？
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。
而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。
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。
几种拓扑结构
拓扑图1
- 弱电箱：主路由器弱电箱拨号，接交换机耦合ITV线
- 客厅：交换机2分离出ITV信号和网络信号，副路由器（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
拓扑图2
- 弱电箱：VLAN交换机1，耦合ITV和Internet。
- 客厅：VLAN交换机2分离出ITV信号和网络信号，分别接入机顶盒以及主路由器
- 主路由器：WAN口连接完成拨号后，再从LAN口输出将网络信号回流入交换机2。
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。
拓扑图3
- 弱电箱：VLAN交换机1，耦合ITV和Internet。
- 客厅：Vlan路由器 = 主路由 + VLAN交换机
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。
总结
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
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。
交换机设置
接口按照下图连接：
交换机分为3个vlan:
- vlan1是局域网
- vlan2是ITV
- 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。
拓扑结构
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。
带宽改造
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。
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：
或在光猫处接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，而且放外面也不安全。
目前来说100M带宽已经足够使用，如果能拉线进来固然好，如果不能，考虑到改装难度，只好暂时不考虑。
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。