Por qué el Wi-Fi no funcionará según lo planeado y por qué saber qué teléfono usa el empleado

Hola

Hablemos de lo que realmente afecta la velocidad de transferencia de datos en las redes inalámbricas modernas, disipe un par de mitos y responda si es hora de cambiar su antiguo enrutador a un extraterrestre con cuernos con MU-MIMO a bordo.

Para un calentamiento es una tarea pequeña. Imagine una red inalámbrica Wi-Fi que consta de un punto de acceso (AP) y dos dispositivos cliente idénticos (STA1 y STA2).

Leemos las inscripciones en las cajas:
AP: 1733.3 Mbps
STA1, STA2: 866.7 Mbps

Atención, una pregunta. Ambos clientes comienzan simultáneamente a descargar un archivo grande del servidor. ¿Qué ancho de banda puede esperar cada dispositivo?

Haremos una reserva de inmediato: por simplicidad y claridad, llamaremos al rendimiento (velocidad del canal) simplemente velocidad . Sí, la velocidad de los protocolos de la capa de transporte puede ser dos veces menor que nuestra velocidad , pero ya lo sabe todo. Ahora sobre algo más.

Nuestra tarea es recordar la principal limitación de las redes inalámbricas.
Un medio compartido implica que solo un dispositivo debe transmitir por unidad de tiempo.

Este hecho nos lleva a una respuesta contradictoria: a pesar del hecho de que el punto de acceso es capaz de soportar 1733.3 Mbit / s, cada uno de los dispositivos funcionará, en promedio, a una velocidad de 433.3 Mbit / s.



¿A dónde fueron los 866.7 Mbps restantes? Vamos a hacerlo bien.

Es conveniente utilizar la métrica de utilización de tiempo aire para describir cómo funcionan las redes inalámbricas. Muestra cuánto tiempo el éter está ocupado transmitiendo datos.

Ahora atencion! Para desarrollar los 1733.3 Mbit / s reclamados, el dispositivo debe ocupar el aire sin ayuda todo el 100% del tiempo. En este caso, el segundo dispositivo (receptor) también debe admitir esta velocidad.

Hacemos hincapié una vez más: la conexión entre dispositivos que admiten diferentes velocidades se lleva a cabo a la velocidad más rápida del par.

Todo se vuelve más triste si el máximo del dispositivo, por ejemplo, es 72.2 Mbit / s. Tendrás que pedir prestado el mismo 100% del éter, pero el resultado no es para nada impresionante.

Por cierto, 72.2 Mbit / s: la velocidad no es aleatoria. La mayoría de los teléfonos inteligentes modernos pueden no contar con más, pero más con eso más adelante.

Ahora volvamos a STA1 y STA2. Según las condiciones, comenzaron a cargar el archivo al servidor al mismo tiempo. Recordamos que solo un dispositivo puede transmitir por unidad de tiempo.
Coordina CSMA / CA - Acceso múltiple de detección de operador con prevención de colisión a través de Wi-Fi. En resumen, su tarea es dar consistentemente el derecho de voto a todos los dispositivos, mientras que, si es posible, no permitir la transmisión simultánea desde dos o más dispositivos (colisiones).

Puedes leer Wikipedia si quieres más detalles.
Y es mejor . O, aquí , si eres muy serio.

¿Y dónde está la utilización de tiempo aire? Y a pesar del hecho de que como resultado del trabajo de CSMA / CA para este caso, cada uno de los dos dispositivos cliente listos para la transferencia recibirá aproximadamente la mitad del tiempo aire, o el 50% del tiempo aire, para sus necesidades.

100% de tiempo aire - 866.7 Mbps;
50% de tiempo aire: 433.3 Mbps para cada uno de los dispositivos.

Esta imagen no cambiará, incluso si el punto de acceso admite todos los 6933.3 Mbit / s. La comunicación entre el AP y el STA siempre está limitada por la velocidad de los dispositivos menos rápidos.

Por curiosidad, puedes jugar un poco con las condiciones del problema:
Cambie la velocidad para STA2 - 72.2 Mbps;
Agregue STA3, la velocidad es de 72.2 Mbps.
¿Qué queda de los reclamados 1733.3 Mbps?

Importante aclaración número 1

Para ser justos, agregamos que estos cálculos son correctos cuando se habilitó la funcionalidad Airtime Fairness en la BS, sin ella todo sería mucho peor: los dispositivos de clientes lentos conducirían a la distribución más ineficiente de Airtime. Es bueno que la tecnología haya sido implementada por casi todos los proveedores que se respetan a sí mismos.

Pero hay una advertencia: Airtime Fairness solo funciona en Downlink (de AP a STA). El enlace ascendente todavía tiene anarquía.

Aclaración importante no 2

En una red real, debido a la congestión de aire, colisiones y características del protocolo, el nivel máximo alcanzable de Utilización de tiempo aire está en el rango de 70% a 80%.
La velocidad calculada por nosotros cambiará en consecuencia.

¿Por qué tanto preludio? Sepa qué dispositivos cliente se utilizan en su red. Su impacto en el rendimiento en un entorno de datos compartidos se subestima de manera crítica. A continuación, entenderemos cuánto.

Parte 1 - Los clientes lo culpan a todos

O dispositivos cliente, si lo desea. ¿De qué son culpables y qué, de hecho, los distingue de los puntos de acceso?



Todo es simple Muy a menudo, los clientes son compactos, autónomos y móviles. Todos los problemas se derivan de esto.

Elegante carcasa de metal con un grosor de 7 mm. Para la colocación de 4 rutas de radio MIMO, no puede imaginarse nada mejor.

¿La transferencia de datos multiproceso y los canales anchos consumen demasiado energía? Nada, déjelos cargar el dispositivo varias veces al día.

¿Los clientes se mueven constantemente? Tonterías: desenrosca la potencia en los puntos al máximo.

En tales circunstancias, los desarrolladores se ven obligados a comprometerse.

¿Recuerdas el poderoso punto de acceso (1733 Mbps) de la introducción al artículo? Vamos aún más lejos. El estándar 802.11ac nos permite acelerar a un impresionante 6933 Mbps.

Las condiciones para esto son las siguientes:

1. 5 GHz;
2. 8 corrientes espaciales (MIMO 8x8: 8);
3. 160 MHz - ancho de canal;
4. 256QAM - modulación.

Los puntos de acceso compatibles en el mercado están representados incluso en el segmento de consumidores. ¿Qué pasa con los clientes?

Para mayor claridad, realicemos un experimento mental: conecte a nuestro punto abstracto un teléfono inteligente muy específico: iPhone 8. Veamos de lo que es capaz.

2.4 GHz vs 5 GHz

Las observaciones a largo plazo confirman que hay más y más dispositivos trabajando en los "cinco". Y eso es maravilloso.

La única ventaja de 2,4 GHz, menos atenuación, hoy se ha convertido casi en un inconveniente.

Al diseñar redes densas, una de las tareas es combatir la interferencia. Luchamos, entre otras cosas, aislando las áreas de cobertura AP entre sí. Se utilizan paredes, se subestima la potencia del transmisor y el "rango" de los dos es claramente superfluo.

De una forma u otra: el futuro de Wi-Fi está en los "cinco", si no considera casos muy limitados.
Las estadísticas, sin embargo, no proporcionan datos inequívocamente confiables sobre la distribución de dispositivos: hay demasiadas variables (país, región, ubicación, evento y otras).

Quizás hoy podamos decir con cautela que en Rusia hemos alcanzado una proporción de 50/50 para el soporte en dispositivos de clientes de la banda de 5 GHz.

Cómo será en su red es otra pregunta.
Nuestro iPhone 8 imaginario, por cierto, es compatible con los "cinco", bien y bien.

Mimo

La capacidad de transmitir simultáneamente múltiples flujos de datos en un solo canal de frecuencia apareció en 802.11n. Sin embargo, las cosas siguen ahí:

• MIMO 8x8: 8 clientes aún no son compatibles. En absoluto;
• Ausencia casi completa de dispositivos cliente con MIMO 4x4: 4 - vea el comentario a continuación;
• Portátiles superiores que admiten MIMO 3x3: 3;
• Teléfonos inteligentes y tabletas de alta gama compatibles con MIMO 2x2: 2;
• La gran mayoría de los dispositivos son SISO 1x1: 1.

Y todo porque la tecnología MIMO es muy exigente:




Los dispositivos cliente con MIMO 4x4: 4 comenzaron a aparecer en el mercado recientemente. Estos son principalmente adaptadores de Wi-Fi dedicados, pero Samsung nos ha sorprendido recientemente al indicar en la descripción de su nuevo Galaxy Note 9 - MIMO 4x4. Es muy inapropiado, porque queríamos escribir que todavía no hay dispositivos móviles con características similares en el mercado.

En este sentido, una competencia.


Como dicen, las excepciones confirman la regla.

Dispositivos con MIMO 4x4: 4: casi ninguno. MIMO 3x3: 3 es el lote del raro Macbook Pro. MIMO 2x2: 2 - en teléfonos inteligentes y tabletas de alta gama. La mayoría estadística son dispositivos que no son compatibles con MIMO.

No seremos como la mayoría. Nuestro iPhone 8 es un teléfono inteligente de alta gama que admite la transferencia de hasta dos transmisiones espaciales.

¿Cómo sabemos que esta es una pregunta importante? Lo diremos en la última parte del artículo.

Como recordamos, la comunicación entre dispositivos que admiten diferentes velocidades se lleva a cabo a la velocidad del par menos rápido.

En resumen, y 1733.3 Mbps permanecieron. Triste Pero divertido: ¡son casi dos gigabits!

Ancho de canal

802.11ac nos permite usar canales con un ancho de 160 MHz.
Por favor no hagas esto.

Además, los canales de 80 MHz tampoco se recomiendan categóricamente para su uso.


La cuestión es que, al expandir la banda, de hecho, abrimos las puertas para la interferencia de todas las franjas: arruinamos el aire para nosotros y nuestros vecinos.

No analizaremos en detalle por qué sucede esto: se trata de un artículo separado, pero puede familiarizarse independientemente con las recomendaciones y guías de mejores prácticas de los principales proveedores, solo 20 MHz, con raras excepciones.

Solo se permiten 40 MHz en los "cinco", si la densidad de clientes y la situación en el aire lo permiten.

Pero somos optimistas: asumiremos que nuestra red es solo eso.
Entonces, a partir de 1733.3 Mbit / s, quedan 400 Mbit / s, para un canal con un ancho de 40 MHz.


Ok, ya no es tan impresionante, pero aún así no está mal, ¿verdad?

PD: Si vives en un bosque y entiendes muy bien lo que estás haciendo, bueno, enciende 160 MHz. No es el hecho de que tenga sentido. Por ejemplo, el notorio iPhone 8 no admite ese ancho de canal, aunque fue lanzado hace apenas un año.

Lea hasta el final para descubrir de qué es capaz su dispositivo.

Modulación

Un dato curioso: los dispositivos cliente son las principales fuentes de interferencia en la red.
Para que sirve Y el hecho de que incluso una red perfectamente planificada y configurada no garantiza el funcionamiento con modulaciones máximas, porque 256QAM tiene requisitos muy altos para la calidad de la señal: RSSI y SNR.

Hablaremos más sobre RSSI, y SNR sufre directamente de clientes con antenas omnidireccionales, tales como móviles e impredecibles. Bueno, y no solo de ellos, por supuesto.



Como resultado, espere que la mayoría de las veces los clientes usen una modulación menos exigente. Por ejemplo, 64QAM.

En nuestro experimento, esto reduce despiadadamente la velocidad a 300 Mbps.


En cuanto a RSSI, este es nuestro parámetro favorito. No hay descripciones y requisitos para ello en el estándar 802.11, por lo que cada proveedor ve esta métrica a su manera. En consecuencia, diferentes dispositivos de cliente mostrarán diferentes RSSI en el mismo lugar.

Por cierto, ¿qué nivel estás planeando? -67 dBm? ¿Y para qué dispositivo?

Subtotal # 1

Incluso con un escenario muy optimista, el cliente recibirá solo 300 Mb / s de ancho de banda, en lugar de 6933 Mb / s. ¡Y esto si el cliente es solo uno! ¿Conoces muchas de esas redes?

Recuerda los acertijos. Cuantos más clientes, peor. No querían molestarse antes de tiempo, pero la dependencia no es lineal. Con el creciente número de dispositivos en la red, aumenta el porcentaje de sobrecarga.


En pocas palabras: el rendimiento depende en gran medida de los clientes conectados. Lo más probable es que sus habilidades sean muy limitadas.

El escenario optimista es 300 Mb / s (5 GHz, 40 MHz, 2SS, 64QAM).
Escenario realista: 72 Mbps (2.4 o 5 GHz, 20 MHz, 1SS, 64QAM).

Parte 2 - ¿Qué más está mal con los dispositivos del cliente?

Sí, todo recién comienza.

Se pueden distinguir tres problemas principales:

• Variedad;
• Imprevisibilidad;
• Vulnerabilidad

Analicemos con más detalle.

Variedad

¿Recuerdas nuestro iPhone 8? Buen teléfono, por cierto. ¿Sabías que Apple ha dejado de recibir la certificación de Wi-Fi Alliance desde el iPhone 6?
Puede verificarlo usted mismo: la información está abierta. . Al mismo tiempo, escriba en los comentarios sobre otros descubrimientos sorprendentes.

¿Qué tipo de organización es la Alianza Wi-Fi?
Los chicos están tratando de mantener el orden en el zoológico. El ícono de Wi-Fi Certified significa que se ha verificado que el dispositivo cumple con los puntos principales del estándar 802.11. La verificación se lleva a cabo en laboratorios acreditados, todo más o menos en serio.

¿Por qué surgió esta necesidad?
Con el fin de garantizar la compatibilidad con millones de dispositivos diferentes que funcionan en diferentes conjuntos de chips y desarrollados por personas con diferentes grados de calificación y pautas morales.

¿Ayudó?
En realidad no Como muestra la práctica, cada proveedor tiene su propia visión única y se permite desviarse del estándar (bien intencionado, por supuesto).

Un ejemplo divertido es el KRACK del año pasado. No todos los dispositivos eran vulnerables, ya que muchos fabricantes interpretaron el procedimiento de intercambio de claves a su manera. En particular, cómo comportarse si no hay respuesta al tercer mensaje en la secuencia de Apretón de manos de 4 vías. Lea más si está interesado.

Cual es el resultado?
El zoologico.

La forma más fácil, por razones obvias, es con Apple. Aunque no certifican sus nuevos productos, la flota de dispositivos sigue siendo limitada. Por lo tanto, puede probar el comportamiento en varios escenarios.

Luego viene Android. Aquí, mucho depende del fabricante, pero en general, aún más incógnitas. Agrega los chinos aquí.

Aquí es donde terminan las ideas de clasificación. Sistemas operativos, controladores, dispositivos heredados, multicookers, cerraduras de puertas, cámaras CCTV: BYOD e IoT en todo su esplendor.

El problema se agrava por el hecho de que los dispositivos del cliente toman muchas decisiones críticas por sí mismos y no se puede influir directamente en ellos.
¿Conectarse a los "cinco" o al "deuce"?
¿Roaming o quedarse en un viejo AP?
¿En qué modulación trabajar?

Más sobre esto en el próximo capítulo.

Imprevisibilidad

Wi-Fi está diseñado para que los dispositivos del cliente intenten hacer frente a las dificultades por su cuenta. Estas soluciones no siempre son óptimas.



Si le parece al dispositivo que es mejor sentarse en el sexto canal con un nivel de -85 dBm que reconectarse a un punto adyacente con un nivel de -50 dBm trabajando en un "cinco" libre, entonces será así.

No existen mecanismos efectivos para controlar directamente el comportamiento de los dispositivos del cliente. Esta es la diferencia, por ejemplo, de las comunicaciones celulares.

Usted objeta, pero ¿qué pasa con el 802.11k (Mejoras de medición de recursos de radio) y 802.11v (Administración de red inalámbrica), adoptados en 2008 y 2011, respectivamente?

Estos estándares están teóricamente destinados a resolver el problema. Prácticamente, nada funciona.

Sí, el punto puede enviar una Solicitud de equilibrio de carga: solicite cortésmente al cliente que deambule. Nadie está obligado a satisfacer esta solicitud. Además, todavía hay pocos clientes que admitan 802.11k y v.

La aplicación principal de los estándares descritos anteriormente es ayudar en el mecanismo de itinerancia rápida 802.11r (transición BSS rápida). El cliente recibe una lista de los puntos de acceso más cercanos a los que debe volver a conectarse, y el dispositivo extravagante ya decide qué es lo mejor para él.

Se han roto muchas copias sobre itinerancia, se pueden encontrar buenos artículos aquí en Habré.
Uno Dos.
Todavía hay un estudio monumental (pero incompleto) del hermoso Andrew von Nagy:
tres.

No nos repetiremos, solo enfatice una vez más: cambiar de AP depende de la conciencia del cliente. De esto y de la mayoría de los problemas.

Los vendedores están tratando de luchar contra la independencia de los clientes. Las herramientas estándar no ayudan, por lo que se utilizan trucos. Es como en los libros de negocios: no intentes persuadir, haz que el cliente mismo tome la decisión correcta.

Entonces, por ejemplo, Band Steering funciona (un mecanismo para transferir clientes de los "dos" a los "cinco" más libres):

1. El dispositivo está intentando conectarse a la red. Lo más probable es que sea precisamente 2,4 GHz: el controlador del dispositivo cree que esto será mejor. ¡Mira, qué señal tan fuerte!
2. El AP verifica si el dispositivo admite 5 GHz. MAC-, «» ;
3. DualBand- ( ) 2,4 ;
4. , ;
5. Voila!

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• MDM (Mobile Device Management), NAC (Network Access Control) , , , . , , .
  

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№2

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iPhone 8:


Apple.

802.11ac Wi-Fi with MIMO… - . ? ? 802.11r, k, v? MU-MIMO?

Samsung Galaxy S9 :


Samsung.

1024QAM ( 802.11ax), - .

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2.

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— Mike Albano.



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• MU-MIMO;
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, . — How To Contribute . , Association Request, AP.

3.

, — AP, . , — Wi-Fi «» 802.11-. , .
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— , , iPhone 8 MU-MIMO. .

, PCAP-, , clients.mikealbano.com

4.

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FCC — Federal Communications Commission ( ). FCC ID — , FCC .

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SAR Report — , . !

№3

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Conclusión

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25.10.2018 «» . .

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CWNP : si desea no solo tener una buena comprensión de las redes inalámbricas, sino también obtener un reconocimiento oficial en forma de certificado;

Revolution Wi-Fi - el sitio de Andrew von Nagy - un compañero autorizado que le dio al mundo el planificador de capacidad Revolution más conveniente;

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