無線路由器主流開源系統(tǒng)比較與分析

成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 汝金星 葛良全

無線路由器主流開源系統(tǒng)比較與分析

成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 汝金星 葛良全

由于通信網(wǎng)絡(luò)的大力發(fā)展和應(yīng)用，追求高性能和良好易用性的路由器系統(tǒng)已成為當(dāng)前無線傳輸行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)主流第三方無線開源路由器系統(tǒng)OpenWrt、DD-Wrt、Tomato和M0N0wall進(jìn)行了研究，以原廠無線路由器固件為測(cè)試參照，從系統(tǒng)性能、功能特點(diǎn)、可用性、對(duì)象性等方面對(duì)四種固件的性能和特點(diǎn)進(jìn)行了量化的比較和分析。得出第三方無線路由器固件的優(yōu)勢(shì)不在于本身性能強(qiáng)弱而在于固件功能強(qiáng)大的結(jié)果，并根據(jù)分析結(jié)果和功能特點(diǎn)指出了各自的適用領(lǐng)域和人群。

路由器系統(tǒng)；開源固件；無線傳輸；MW310R

0　前言

路由器是互聯(lián)網(wǎng)最重要的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，處于ISO/OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層。自Linksys于2003年底推出第一個(gè)無線路由器固件的產(chǎn)品WRT54G后，基于Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的WRT54G使得Cisco公司迫于GNU通用公共許可證和外界共同的壓力公布了WRT54G的源代碼［1］。至此以后，用戶們根據(jù)自己的需求，在原有的固件上面修改和開發(fā)新的固件，繼而一大批功能豐富、性能獨(dú)特的路由器第三方固件及眾多衍生版本紛紛出現(xiàn)。此后十多年的快速發(fā)展使得無線通信設(shè)備走向了一次次的高峰。目前在眾多無線路由器固件中，主流的開源系統(tǒng)主要有四種：DD-WRT、OpenWrt、Tomato和M0N0wall。

1. 四種開源系統(tǒng)的介紹

2014年初OpenWrt固件項(xiàng)目開始實(shí)施，開發(fā)的第一個(gè)版本是基于buildroot項(xiàng)目的“stable”版。自此衍生版本的層出不窮使得OpenWrt固件風(fēng)靡一時(shí)［2］。OpenWrt的高度模塊化和高度自動(dòng)化的特性使其發(fā)展穩(wěn)步向前，OpenWrt固件提供SSH隧道、銳捷認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)及流量整形監(jiān)控［3］、U盤支持等多樣化功能。

DD-Wrt是基于Linux為內(nèi)核和GPLV2授權(quán)發(fā)布的無線路由固件。在2003年興起。適用于廣泛硬件設(shè)備和自行編譯系統(tǒng)的DDWrt固件提供了許多一般路由器軟體所沒有的功能，如對(duì)無線分散式系統(tǒng)、基于守護(hù)進(jìn)程的服務(wù)［4］、XLink Kai游戲協(xié)議、QoS寬帶設(shè)置、電驢下載等功能的支持。

Tomato由于固件體積小、系統(tǒng)穩(wěn)定和功能強(qiáng)大使得其逐漸流行并為大眾所接受。自2008年發(fā)布以來，Tomato固件由于本身靈巧的腳本應(yīng)用功能、用戶自定義腳本、管理設(shè)置響應(yīng)及時(shí)和監(jiān)管項(xiàng)目齊全等特點(diǎn)使其功能獨(dú)具特色，如：流量實(shí)時(shí)管理、高級(jí)QoS/IP限速、VPN（PPTP）服務(wù)器和客戶端、ARP綁定等。

M0n0wall系統(tǒng)是一款基于FreeBSD版本嵌入式的免費(fèi)防火墻系統(tǒng)，可作為防火墻或路由器來使用［6］。M0n0wall固件因其精巧的Web界面和系統(tǒng)的高安全性成為眾多派生版本的基礎(chǔ)，適用于成熟的PC式系統(tǒng)，而不是嵌入式系統(tǒng)［7］，因此它極大地減少了用戶工作量，并支持常見的路由器應(yīng)用和功能。

2. 固件系統(tǒng)分析與對(duì)比

2.1無線路由器系統(tǒng)性能

因?yàn)闊o線路由器是采用數(shù)據(jù)包的形式傳輸數(shù)據(jù)，再由防火墻對(duì)每個(gè)包數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，無線傳輸中數(shù)據(jù)的吞吐量是確定無線路由器性能的重要因素，也是衡量路由器最大數(shù)據(jù)收發(fā)能力的指標(biāo)。吞吐量是指數(shù)據(jù)在傳輸中沒有幀丟失的情況下，路由設(shè)備能夠接受的最大速率［8］，一般采用FDT（Full Duplex Throughput）衡量，即64字節(jié)數(shù)據(jù)包的全雙工吞吐量，F(xiàn)DT既包含吞吐量指標(biāo)，而且也涵蓋了報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)率指標(biāo)。

我們采用300M無線寬帶路由器水星MW310R作為測(cè)試硬件，硬件配置為：AR9341芯片、處理速度2.4GHz、64MB的RAM、FlASH為8MB。測(cè)試網(wǎng)卡為Intel的5350。測(cè)試系統(tǒng)為原廠固件和第三方固件，第三方固件以DD-Wrt、OpenWrt、Tomato和M0N0wall為例，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 原廠固件與第三方固件無線端PAIR性能測(cè)試（吞吐量單位：Mbps）

原廠固件的吞吐量為67Mbps左右，而第三方固件的吞吐量就有所下降，為41Mbps，所以第三方固件相比于原廠的固件，優(yōu)勢(shì)在于功能強(qiáng)大，而非無線路由器本身的性能。

2.2QOS服務(wù)質(zhì)量控制

QoS是網(wǎng)絡(luò)能夠利用各種基礎(chǔ)技術(shù)為指定的網(wǎng)絡(luò)提供更好的服務(wù)，是網(wǎng)絡(luò)傳輸中的一種安全機(jī)制［8］，同時(shí)為網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞提供了更好的解決手段，QOS使得實(shí)時(shí)程序能高效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。QOS確保主要業(yè)務(wù)量不受延遲或阻塞，并保證網(wǎng)絡(luò)環(huán)境運(yùn)行流暢。

2.3流量整形

流量整形是采用GTS（Generic Traffic Shaping）技術(shù)主動(dòng)調(diào)整流量輸出速度的一種措施［11］，流量整形通過削減外出流量的速率來強(qiáng)迫流量遵照某種帶寬的分配限制，作用是限制流出某一網(wǎng)絡(luò)的某一連接的流量與突發(fā)，使這種報(bào)文以比較勻稱的速度向外發(fā)送，形成平穩(wěn)的流量輸出。

2.4虛擬專用網(wǎng)絡(luò)

虛擬專用網(wǎng)絡(luò)即VPN（Virtual Private Network），以PPTP、L2TP為連接協(xié)議，通過加密數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)包目標(biāo)地址的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問，用于公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行加密通訊［11］。VPN按協(xié)議分類方式眾多，因其實(shí)現(xiàn)方式多樣、成本低廉、易用性好的特點(diǎn)而廣泛用于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

2.5路由器防火墻

防火墻是依照特定規(guī)則允許或限制傳輸數(shù)據(jù)通過的一種位于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，路由器防火墻被劃分為兩種，一種是用于Internet連接的低端防火墻和傳統(tǒng)的高端防火墻［2］。防火墻的吞吐量是判斷路由器防火墻安全穩(wěn)定的重要指標(biāo)，吞吐量是指數(shù)據(jù)包在單位時(shí)間內(nèi)不被路由器防火墻丟棄時(shí)的數(shù)量，吞吐量也是區(qū)分低高端防火墻和路由器防火墻性能的重要因素。

表2 無線第三方固件功能比較

2.6支持的硬件

OpenWrt、DD-WRT、Tomato和M0N0wall這四種無線路由器系統(tǒng)由于適用的設(shè)備型號(hào)有所區(qū)別，所以支持的嵌入式CPU各不相同，從ARM架構(gòu)到64位×86架構(gòu)，閃存大小從4MB到64MB品類多樣?？偟膩碇v，4種系統(tǒng)對(duì)硬件的要求雖然千差萬別，但整體需求比較低，也比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。固件移植和操作的難易性也隨其衍生種類和所需硬件設(shè)備而變化，普遍來說，DD-WRT固件移植與操作簡(jiǎn)單，而OpenWrt、Tomato和M0N0wall移植性與操作性有所降低（見表2）。

3. 結(jié)論

這4種第三方路由器固件在無線傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，但是各自又具有不同的特點(diǎn)。根據(jù)上述的比較分析，可以看出各固件的適用領(lǐng)域。

（1）OpenWrt固件的高度模塊化和高度自動(dòng)化［7］的特性使得其固件版本較為成熟，支持硬件豐富和文件系統(tǒng)的可寫和固件的靈活性是OpenWrt的成功之處。但它的優(yōu)點(diǎn)卻恰恰也是其最大缺點(diǎn)，基于Linux的系統(tǒng)內(nèi)核編譯，使得OpenWrt入門門檻較高。該固件適合于操作限制少、積極嘗試不同硬件和善于推出個(gè)性化Linux發(fā)行版本的開發(fā)者用戶。OpenWrt適用于專業(yè)開發(fā)者、中小型企業(yè)及個(gè)人。

（2）DD-WRT固件憑借追求完美的功能和最佳的易用性贏得多數(shù)用戶的喜愛，DD-WRT固件不僅支持面廣、功能齊全、衍生數(shù)量較多、具有良好的配置界面、操作簡(jiǎn)單并且支持多種語(yǔ)言，是一款比較受歡迎的路由器第三方固件，不僅業(yè)余開發(fā)愛好者和破解高手喜愛它，而且也獲得了很多路由器廠商和企業(yè)的青睞。

（3）Tomato是一款小巧、簡(jiǎn)單易用的第三方固件，其衍生版本眾多，追求高穩(wěn)定性，與DD-WRT固件相比，Tomato固件允許用戶自定義腳本，盡管Tomato固件的安裝過程較為復(fù)雜，但刷寫設(shè)置后操作簡(jiǎn)單和較好的易用性深受國(guó)內(nèi)玩家喜愛。但由于Tomato過于局限于硬件設(shè)備，所以使得它的兼容性大打折扣，以至于只適合十分熟悉路由器固件的用戶和小型企業(yè)。

（4）追求高安全性的M0N0Wall固件是眾多派生版本的基礎(chǔ)，M0N0wall支持的芯片數(shù)量較少，但是BSD驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)為其提供了很強(qiáng)的兼容性，因此可與常見的PC硬件兼容。所以當(dāng)把嵌入式路由器設(shè)計(jì)成多用途的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)，M0N0wall為大多數(shù)用戶和大中心企業(yè)所選擇。

［1］Mike Petullo.Building Custom Firmware with OpenWrt［J］.Linux journal，2010（Aug.TN.196）.

［2］徐魯魯，李榮，呂顏峰.基于DD-WRT路由器的代理服務(wù)器搭建［J］.硅谷，2011（23）.

［3］趙修慶，饒淑珍.路由器第三方固件Tomato的應(yīng)用［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（19）.

［4］程治國(guó).基于M0n0的插件式防火墻系統(tǒng)開發(fā)與研究［J］.河北大學(xué)學(xué)報(bào)，2012.

汝金星（1990—），男，甘肅人，碩士研究生，研究方向：信息處理。

葛良全（1962—），男，安徽人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：信號(hào)采集與處理。