はじめに
ルーターについて1週間ほど調べてみました。せっかく費やした時間を記録に残さないと無駄になってしまうと思い、この記事を書くことにしました。
以前、私の家庭ネットワークトポロジーという記事を書いたことがあります。当時使っていたルーターは中国聯通のブロードバンド契約で付いてきたZTEのWiFi6デュアルバンドルーターでした。速度は正直言って悪くなく、有線接続では500Mbpsほど出ていましたが、無線はあまり良くありませんでした。リビングにルーターを置くと、寝室では信号が満タンにならず、トイレに至ってはまったく繋がらない状態でした。さらに、妻から「淘宝や抖音をスクロールしていると突然開かなくなる（通信が切れる？）」とよく苦情が出ていました。そこで、ダブルイレブンのセールを機に新しいルーターを購入しようと考えました。
私の要件
購入を決意したら、まずは要件を明確にすることです。新しいルーターに必須の条件をリストアップしました：
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強い電波強度。これがルーターを交換する主な理由です。
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5つのLANポート（すべてギガビット対応）。家ではMac、PS、Switchなどネットワーク速度が要求される機器があり、すべて有線接続が必要です。さらにR4Sソフトウェアルーターがあるため、合計4つのLANポートを使用します。したがって、光回線終端装置に接続するための5つ目のLANポートが必須です。
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安定性（低いカスタマイズ性）。すでにR4Sソフトウェアルーターがあるため、UUアクセラレーター内蔵やOpenwrtフラッシュ可能など、ルーターの追加機能は必須ではありません。むしろ、カスタマイズ性が高いと価格も高くなり、さらに不安定になる可能性があります。
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WiFi 6対応。これはトレンドなので説明は不要でしょう。
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予算は500元以内。
技術調査
上記の要件をもとに、ルーターの調査を開始しました。
私は技術職ですが、ネットワークハードウェアには詳しくありません。手っ取り早く済ませたいと思い、同僚がAX3000を購入したのを見て、私も小米のルーターを買おうと考えました。京東での各種宣伝やフォーラム、百科事典を見て回り、いくつかの基本概念を理解しました。以下に分かりやすく説明します：
- AX NNNNの「NNNN」は無線速度を表します。AX3000、AX5400、AX6000などで検索すると様々なブランドの製品がヒットします。つまりこれは特定のモデル名ではなく、速度のクラスを表しており、数字が大きいほど価格も高くなります。また、AXはIEEE 802.11AX技術（WiFi6）を使用したルーター、ACはIEEE 802.11AC技術（WiFi5）を使用したルーターを指します。
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meshネットワーク：基本的にはローカルエリアネットワークのローミング機能です。家が広い場合（300平米と誇張していますが、100平米以上でも必要になることがあります）、1台のルーターではカバーしきれないため、複数台のルーターが必要になります。しかし、異なるルーター間で切り替える際には一旦切断して再接続する必要があります。そこでmeshネットワークが登場しました。複数のルーターが相互に接続し、データを共有することで、シームレスな接続が可能になります。
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2.5G/1G LANポート：1Gは1ギガビットで、そのポートが伝送できる最大帯域幅を表します。現在の家庭用ブロードバンドは500～1000Mbpsが主流で、10GポートはLAN内のNAS転送など特殊な用途に限られます。家庭用メディアサーバーなどの需要がない場合は不要です。
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リンクアグリゲーション：WANポートのリンクアグリゲーションでは、例えば500Mbpsのブロードバンド回線を2本接続することで速度を向上させることができます。LANポートのリンクアグリゲーションも同様ですが、私はこの機能は必要ないので深く調査しませんでした。
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デュアルバンド：2.4GHzと5GHzの両方の周波数帯をサポートしています。5GHzが速いのに2.4GHzが必要な理由は、古い機器やスマートホームデバイスの多くが2.4GHzのみに対応しているためです。
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160MHz帯域幅：WiFi6で新たに導入された機能で、従来の80MHzよりも高速です。私が使っていたZTEのルーターは5GHzでも80MHzまでしか対応していませんでした。帯域幅は広いほど良いです。
- 4K QAM：ダウンロード速度を向上させると言われていますが、現時点では小米のスマートフォンで20%の向上が見られるだけで、他のスマートフォンは対応していないようです。
- OFDMAとMU-MIMO：複数のデバイスでゲームをプレイする際の遅延を低減すると言われていますが、具体的な仕組みは分かりません。奇妙なことに、TP-Linkのルーターではこの機能がデフォルトで無効になっています。
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マルチコア：コア数が多いほど良い（当然ですが）、暗号化・復号の速度が向上します。専門家の意見では、Qualcommのチップセットが成熟しており、BroadcomやMediaTekのソリューションは避けるべきとのことです。
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信号増幅器：その名の通り、信号を増幅するためのものです。
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1Gの大容量メモリ：メモリが大きいほどカスタマイズ性が高くなります。例えばOpenwrtをインストールして遊ぶことができます。一方、16MBしかメモリがないルーター（XDR5480など）ではこうした遊びはできません。
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USB 3.0ポート：外付けHDDを接続して家庭内ファイル共有を行うためのポートです。
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内蔵ゲームアクセラレーター：ほとんどがNetEaseのUUと提携しており、SwitchやPS5のオンラインゲームを高速化するプラグインが内蔵されています。私のようにソフトウェアルーターでVPNを構築する必要がありません。
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アクティブ冷却：ファンが搭載されています。パッシブ冷却：何も搭載されておらず、冷却は自然任せです。
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IPv6、基本的に使われておらず、ルーターにこの機能があってもオフにすることを推奨。普及していない技術は存在しないのと同じ。
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バックホール（回程）、有線バックホールと無線バックホールに分かれる。メッシュネットワーク構築に必要なもので、伝送効率と安定性を向上させるためと言われているが、詳細は不明。
- マルチバンド統合、2.4GHzと5GHzを1つのネットワーク信号に統合する機能。デバイス接続時にまず5GHz対応か試し、非対応なら2.4GHzに接続させる。調べた限りでは、この機能は有効にしないことが推奨されており、有効にすると一部のスマートホーム機器が使えなくなる。
技術選定
以上がルーター購入時にメーカーが宣伝する内容だが、実際には自分のニーズに合わせて購入した。他のルーターと比較した結果、TP-Link XDR5480を購入した。選定理由は以下の通り：
- 最初はXiaomi製品を検討していた。同価格帯で最もスペックが高く、同スペックで最も安いと評判だったが、最終的に見送った理由：
- 旧モデルAX3600を販売終了し、AX6000を「アップグレード版」として発売したが、分解調査でAX3600より低スペックと判明。
- LANポートが4つしかなく、しかもそれらが共有のギガビット接続という設計。Xiaomi製品の他の特性も考慮し即断念。
- 販売数が多いためか、主要プラットフォームで接続断続の報告多数。同僚のAX3000でも同様の現象が発生（原因が自宅ネットワークかルーターか不明）。「買わない方がマシ」の原則で選択除外。
- 次に同僚が使用するASUS AC86U（WiFi5時代の強力モデルで評価が高い）を検討：
- ASUSは専門ルーターメーカーで、OEM製品ではない。
- 高価格帯（1万円以上）の高機能モデルが多く、評価が高い。MerlinやOpenWRTのカスタムファームウェア対応で玄人ユーザーに人気。
- 却下理由：
- 価格が高い。
- カスタマイズ性が高すぎる（自分には不要）。それに伴う「高価格」が最大の障壁。
- 各種フォーラム（V2EX、acwifi等）でXDR5480が頻繁に推薦されていたため、最終的に選択：
- 問題報告がほとんど見当たらない。
- TP-Linkは老舗メーカーで、従来は低価格帯が主体だったが、5480は巻き返しを図ったモデル（CPUは通常1万円超の機種に搭載される高性能チップを使用）。
- カスタマイズ性が低い＝安定性が高い（自分に必要な要件）。
- 4つのギガビットLANポートに加え、SFPインターフェースを装備（光モジュール直接接続や2.5Gbpsポートとして使用可能）。
- 500元未満の価格で予算内。
- LANポートをIPTVポートとして使用可能（光猫を撤去できるが自分は実施せず）。
購入決定！
さらなるカスタマイズ
ルーター到着後、管理画面を確認したが特に設定変更する項目はなかった。しかし高性能ルーターをそのまま使うのは勿体ないため、さらに調整を開始。
現在のネットワーク構成：
- 光回線→光猫（1次ルーター）→TP-Linkルーター（2次ルーター）
- 家電は全てTP-Linkの有線/無線接続
- トラブルシューティング用に光猫のWiFi機能は有効化
- 光猫の空きLANポート（2ポート中1つはTP-Link接続用）にSonyテレビを直結
- Android TV版ClashをインストールしYouTube視聴可能に（ルーター調整中もテレビは常時利用可能）
光猫-ルーター接続方式
用語解説
NATアドレス変換
- なぜ直接公網接続せずNATが必要か？IPv4アドレス不足のため、ISPは各家庭にグローバルIPを割り当てない。家庭内ネットワークはISPのLAN内に存在するため、デバイス→ルーター→光猫で1段、光猫→ISPでさらに1段のNAT変換が発生（ルーター→光猫の変換は本来不要）。
ネットワークセグメント
- IPv4アドレスの第3オクテットが異なると別セグメント扱い（例：
192.168.1.1と192.168.0.1は第3オクテットが1と2で別セグメント）。異なるセグメント間は直接通信不可。
DHCP
- IPアドレスを動的に割り当てるサービス。1セグメントに1つしか存在できず、複数あると競合で接続不能になる。
光猫ルーティング - ルータールーティング
これは一般的なデフォルトモードで、光ファイバーを光猫に接続し、光猫のLANポートから出たケーブルをルーターのWLANポートに接続し、1次・2次ルーターを構成します。
メリット：
- シンプルで、特別な設定は不要。
デメリット：
- デバイスが公衆網に到達するまでに2段階のNATアドレス変換が必要で、不要な遅延が発生する可能性があります。
光猫ルーティング - ルーターAPモード
ルーターを光猫の信号増幅器として使用し、複数のネットワークを接続できます。ネットワーク間を相互接続することも可能です。
メリット：
- シンプルで、簡単な設定のみで利用可能。
デメリット：
- 光猫の負荷が大きくなり、PPP接続、DHCP、NATなどの機能を担う必要があり、ルーターの性能を無駄にします。
光猫ルーティング - ルーターブリッジモード
APモードとほぼ同じで、光猫の信号を増幅するために使用されます。複数のネットワークを接続できますが、相互接続はできません。メリットとデメリットは上記と同じです。
光猫ブリッジ - ルーターPPPoE
光猫は光ファイバー信号を電気信号に変換するデバイスとしてのみ機能し、他のすべてのタスクは性能の高いルーターに任せます。これが現在私が使用している構成です。
メリット：
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性能の低い光猫は光電変換（前述のSFP猫棒の役割）のみを担当し、他の機能は行いません。
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家庭ネットワーク内で単一のネットワークセグメントを使用するため、管理が容易です。
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公衆IPアドレスを申請し、ルーターのポートフォワーディング機能（一般的なルーターに搭載）を利用することで、外部からLAN内のデバイスやソフトウェアルーターアプリケーションを管理しやすくなります。
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ルーターでの1回のNATアドレス変換のみで、遅延が少なく、帯域幅を最大限に活用できます。
デメリット：
- やや手間がかかり、プロバイダに光猫の設定変更を依頼する必要があります。ネット上のように自分でこっそり変更すると、プロバイダが自動的に設定を配信して元に戻す場合があるため、多少のネットワーク知識が必要です。
ルーター直接光ファイバー接続
これには前述のSFP猫棒が必要で、直接猫棒に接続し、猫棒をルーターのSFPポートに挿入します。これにより、ルーターが光電変換とPPPoE接続の両方を担当します。ただし、この方法ではSFPが非常に高温になり、リスクが1台のデバイスに集中するため合理的ではありません。私はこの方法を採用していません。可能ではありますが、必要性が低いためです。また、XDR 5480というデバイスはTP-Link純正の猫棒のみ使用可能で、市販のHuawei製猫棒は使用できないという情報があります（真偽不明）。猫棒には2.5Gと10G（10ギガ）の種類があり、速度が高いほど高価です。
ルーターでPPPoE接続する方法
北京聯通の場合。ネットで多くの記事を検索しましたが、ほとんどが古い情報で、当時は聯通の技術者から光猫のスーパーパスワードを入手し、光猫の設定をルーティングモードからブリッジモードに変更できました。
また、地域によっては光猫のブリッジモードを一切許可しない場合もあります。
しかし、2022年現在、私は聯通に電話をかけ、以下のような会話をしました：
私：こんにちは、自宅のブロードバンドで公衆IPアドレスが必要です。
カスタマーサービス：承知しました。少々お待ちください、技術専門の担当者におつなぎします。
技術担当者：公衆IPアドレスが必要ですか？
私：はい。
技術担当者：わかりました。こちらで設定を変更しますので、10分後に光猫を再起動してください。
私：わかりました、ありがとうございます。
以上で完了しました。
公衆IPアドレスの変更後、光猫をブリッジモードに変更する必要がありました（同時に依頼するのを忘れました）。そこで、再度カスタマーサービスに電話をかけました：
私：こんにちは、自宅の光猫をブリッジモードに変更したいのですが、どうすればよいですか？
カスタマーサービス：修理技術者を手配しますので、明日8時30分までに連絡させます。
私：直接バックエンドで操作して、こちらで設定することはできないのでしょうか？技術者の訪問は必須ですか？
カスタマーサービス：はい。
私：わかりました。
翌日、技術者から連絡がありました：
技術者：ブリッジモードに変更したいのですね？
私：はい、外部からLAN内のデバイスやサービスにアクセスしたいためです。
技術者：承知しました。少々お待ちください、5分後にバックエンドで変更し、こちらから設定を配信します。
私：訪問は必要ないのでしょうか？
技術者：いいえ、訪問が必要なことはありますか？ブリッジ設定を行うなら、この知識はお持ちでしょうから、ご自身で操作できますよ。
私：知識はありますが、光猫の設定は技術者の操作が必要ではないですか？
技術者：いいえ、バックエンドで設定を配信するだけです。光猫の再起動も不要で、ルーターに光猫内のブロードバンドアカウントとパスワードを入力するだけです。設定変更後、再度連絡します。
私：わかりました。
2分後、技術者から設定完了の連絡があり、私はTP-Linkの接続方式でPPPoEを選択し、ブロードバンドアカウントとパスワードを入力して接続しました。ブロードバンドアカウントとパスワードがわからない場合は、聯通の技術者に問い合わせるか、光猫の設定画面で確認できます。パスワードは暗号化されていますが、F12でinput要素のtypeを変更すれば問題ありません。
TP-Linkの簡単な活用方法
DDNSとポートフォワーディングが主な活用方法ですが、私にとってはこれで十分です。R4Sを所有しており、外部からTP-LinkのDDNSサービスとポートフォワーディングを利用して、R4Sのインターフェースや各種サービスにアクセスできるため、非常に便利です。以下はTP-Linkの設定方法です。
DDNS
仕組みの概略図：
公網IPは取得したが、プロバイダが家庭用ブロードバンドに割り当てるIPアドレスは固定ではなく、毎回アクセスする際にIPを確認する必要がある場合、どうすれば便利にアクセスできるでしょうか？その答えがDDNSです。ルーターは確実にあなたの家の公網IPアドレスを知っており、ルーター内でドメイン名とこのアドレスをバインドしておけば、このドメイン名にアクセスするたびに最新の家庭用ブロードバンドの公網IPアドレスにアクセスできます。
参考：
仮想ポートマッピング
図解：
プロバイダはセキュリティのため、公網IPに対して一般的にWebサービスで使用される80や8080ポートをブロックしています。また、内部ネットワーク内には複数のサービスが異なるポートに分散しているため、ポートマッピングが必要です。つまり、外部ネットワークからアクセスするポートを内部ネットワーク内のポートにマッピングします。設定は以下の通りです：
参考：
効果：
実際の応用
現在使用しているものには、qBittorrentでのダウンロード、FileBrowserでのファイル管理、Aria2でのダウンロードがあります。阿里雲盤についてはポートを開放していません。なぜなら、内部ネットワーク内でのアクセス需要しかないからです：
Aria2は通常のダウンロードに使用し、Chromeブラウザのデフォルトのダウンロードツールの代わりとして利用できます。マルチスレッドダウンロードは速度が段違いで、同じリソースでの比較：
日常的な使用シナリオとしては、妻が私にダウンロードを依頼したものをダウンロードした後、FileBrowserの共有機能を通じて彼女に渡します。共有リンクの有効期限も設定できるので、非常に便利です：
終わりに
ネットワークトポロジーの知識は本当に興味深いものです。インターネットが誕生した当初、誰も現在のような姿に発展するとは想像もしていませんでした。そして、すべてのシステムは単純なものから複雑なものへ、低次元から高次元へと段階的に発展してきたため、簡単なデバイスの中にも、インターネット設計当初の設計者たちがどのように考え、どのような問題（例えばIPv4枯渇とそれに対する解決策であるNATアドレス変換技術）に直面し、どのように解決したのかを探ることができます。もしあなたなら、どう解決するでしょうか？非常に興味深いものです。
ブログ主より：
人生の重要な選択に直面したとき、最善の方法を誰かが教えてくれて、貴重な時間を無駄にせずに済めばと、私はよく願っています。だからこそ、自分の経験を踏まえて頻繁にブログを書き、広大なインターネットのこの小さな片隅に、私にとって一度きりの人生経験を記録し、助けを求める人々の力になれればと思っています。
