为什么Wi-Fi无法按计划工作，为什么知道员工使用什么电话

你好

让我们谈谈真正影响现代无线网络中数据传输速度的因素，消除一些误解，并回答是否是时候将您的旧路由器更改为带有MU-MIMO的波光粼粼的有角外星人了。

热身是一个小任务。 想象一下由接入点（AP）和两个相同的客户端设备（STA1和STA2）组成的无线Wi-Fi网络。

我们阅读了包装盒上的铭文：
AP：1733.3 Mbps
STA1，STA2：866.7 Mbps

注意，一个问题。 两个客户端同时开始从服务器下载大文件。 每个设备可以期望什么带宽？

我们将立即进行预订-为简便起见，我们将吞吐量（通道速度）简称为speed 。 是的，传输层协议的速度可能比我们的速度低两倍，但是您已经知道了这一切。 现在谈谈其他事情。

我们的任务是回顾无线网络的主要局限性。
共享介质意味着每单位时间只应广播一个设备。

这个事实使我们得出了一个与直觉相反的答案：尽管事实上，该接入点能够支持1733.3 Mbit / s，但每个设备平均可以以433.3 Mbit / s的速度工作。



剩余的866.7 Mbps传送到哪里？ 让我们做对。

使用“通话时间利用率”指标可以方便地描述无线网络的工作方式。 它显示了以太正在忙于传输数据的时间。

现在注意！ 为了开发所要求的1733.3 Mbit / s，设备必须单手独占100％的时间。 在这种情况下，第二个设备（接收）也必须支持该速度。

我们再次强调-支持不同速度的设备之间的连接以一对中速度最快的速度进行。

例如，如果设备的最大值为72.2 Mbit / s，则一切都会变得更糟。 您将不得不借用相同的100％的醚，但是结果一点都不令人印象深刻。

顺便说一下，72.2 Mbit / s-速度不是随机的。 大多数现代智能手机可能不会指望更多，但以后会更多。

现在回到STA1和STA2。 根据条件，他们开始同时将文件上传到服务器。 我们记得，每单位时间只能播放一台设备。
协调CSMA / CA-运营商感测多路访问，并通过Wi-Fi避免冲突。 简而言之，他的任务是始终赋予所有设备投票权，同时，如果可能的话，不允许同时从两个或多个设备（冲突）进行传输。

如果需要更多详细信息，可以阅读Wikipedia 。
而且更好。 或者-如果您很认真，请在这里 。

通话时间利用率在哪里？ 并且尽管由于CSMA / CA在这种情况下工作而导致的结果，但准备转移的两个客户端设备中的每一个都将获得大约一半的通话时间，或50％的通话时间，以满足其需求。

100％通话时间-866.7 Mbps;
50％的通话时间-每个设备的433.3 Mbps。

即使接入点支持全部6933.3 Mbit / s，此图像也不会改变。 AP和STA之间的通信始终受最慢设备速度的限制。

出于好奇，您可以对问题的状况有所了解：
更改STA2的速度-72.2 Mbps；
添加STA3，速度为72.2 Mbps。
所声称的1733.3 Mbps的剩余容量是多少？

重要说明编号1

公平地说，我们补充说，当在BS上启用“ 通话时间公平性”功能时，这些计算是正确的，如果没有此功能，一切将变得更糟-缓慢的客户端设备将导致通话时间分配效率最低。 最好由几乎所有尊重自己的供应商来实施该技术。

但有一个警告：“通话时间公平性”仅适用于下行链路（从AP到STA）。 上行链路仍然存在无政府状态。

重要说明二

在实际网络中，由于空气拥塞，冲突和协议的功能，“空时利用率”的最大可达到水平在70％到80％的范围内。
我们计算的速度将相应变化。

为什么这么长的前奏？ 了解您的网络上使用了哪些客户端设备。 严重低估了它们对共享数据环境中的性能的影响。 接下来，我们将了解多少。

第1部分-客户责备一切

或客户端设备（如果需要）。 他们有什么罪名，实际上使他们与接入点有什么区别？



一切都很简单。 大多数情况下，客户是紧凑的，自主的和移动的。 所有问题都随之而来。

厚度为7毫米的时尚金属外壳？ 对于放置4条MIMO无线电路径，您无法想象更好的选择。

多线程数据传输和宽通道是否太耗能？ 没事，让他们每天为设备充电几次。

客户在不断移动吗？ 废话-拧开最大点的力量。

在这种情况下，开发人员不得不妥协。

还记得本文介绍中功能强大的接入点（1733 Mbps）吗？ 让我们走得更远。 802.11ac标准使我们可以加速到令人印象深刻的6933 Mbps。

条件如下：

1. 5 GHz；
2. 8个空间流（MIMO 8x8：8）;
3. 160 MHz-通道宽度；
4. 256QAM-调制。

市场上符合标准的接入点甚至在消费类产品中都有代表。 客户怎么了？

为了清楚起见，让我们进行一次思想实验：将非常特殊的智能手机-iPhone 8连接到我们的抽象点。让我们看看它的功能。

2.4 GHz和5 GHz

长期观察证实，“五个”中有越来越多的设备在工作。 那太好了。

如今，2.4 GHz的唯一优势-衰减较小-几乎已成为一个缺点。

在设计密集网络时，任务之一就是消除干扰。 除其他外，我们通过将AP覆盖范围彼此隔离来进行斗争。 使用墙壁，低估了发射机的功率，两者的“范围”显然是多余的。

一种或另一种方式-如果您不考虑非常狭窄的情况，Wi-Fi的未来就是“五个”。
但是，统计数据并未提供有关设备分布的明确可靠的数据-变量太多（国家，地区，位置，事件等）。

也许今天我们可以谨慎地说，在俄罗斯，支持5 GHz频段的客户端设备已达到50/50的比例。

它将如何在您的网络上出现是另一个问题。
顺便说一下，我们假想中的iPhone 8很好地支持了“五个”。

美美

802.11n中具有在单个频道中同时传输多个数据流的功能。 但是，事情仍然存在：

• MIMO 8x8：尚不支持8个客户端。 根本
• 具有MIMO 4x4的客户端设备几乎完全不存在：4-参见下面的注释；
• 支持MIMO 3x3的顶级笔记本电脑：3；
• 支持MIMO 2x2的高端智能手机和平板电脑：2；
• 绝大多数设备是SISO 1x1：1。

所有这些都是因为MIMO技术的要求很高：




具有MIMO 4x4：4的客户端设备是最近才开始出现在市场上的。 这些主要是专用的Wi-Fi适配器，但三星最近在其新的Galaxy Note 9-MIMO 4x4的描述中使我们震惊。 这是非常不合适的，因为我们要写的是，市场上尚无具有类似特征的移动设备。

对此，有竞争。


正如他们所说-例外确认了规则。

具有MIMO 4x4的设备：4-几乎没有。 MIMO 3x3：3是稀有的Macbook Pro的代表。 MIMO 2x2：2-在高端智能手机和平板电脑中使用。 统计多数是不支持MIMO的设备。

我们不会像大多数人那样。 我们的iPhone 8是高端智能手机，支持多达两个空间流的传输。

我们怎么知道这是一个重要的问题。 我们将在文章的最后部分讲述。

我们记得，支持不同速度的设备之间的通信是以对中最慢的速度进行的。

简而言之-仍然有1733.3 Mbps。 伤心 但是很有趣-这几乎是两个千兆字节！

通道宽度

802.11ac允许我们使用宽度为160 MHz的信道。
请不要这样做。

此外，绝对不建议使用80 MHz信道。


事实是，扩大乐队，我们实际上为所有条纹的干扰打开了大门-我们为自己和我们的邻居破坏了空气。

我们不会详细分析发生这种情况的原因-这是另一篇文章，但是您可以独立地了解领先厂商的建议和最佳实践指南-仅20 MHz，很少有例外。

如果用户密度和空中情况允许，则仅在“五个”中允许40 MHz。

但是我们很乐观-我们将假设我们的网络就是这样。
因此，对于带宽为40 MHz的信道，从1733.3 Mbit / s到现在仍为400 Mbit / s。


好吧，现在不再那么令人印象深刻了，但还算不错，对吧？

PS：如果您生活在森林中，并且非常了解自己在做什么-好的，打开160 MHz。 没有任何意义的事实。 例如，臭名昭著的iPhone 8尽管仅在一年前发布，却不支持这种通道宽度。

阅读最后以了解您的设备的功能。

调制方式

一个奇怪的事实：客户端设备是网络上干扰的主要来源。
这是为了什么 甚至一个经过完善规划和配置的网络也无法保证以最大调制率运行，因为256QAM对信号质量-RSSI和SNR的要求很高。

我们将进一步讨论RSSI，SNR会直接受到具有全向天线的客户的困扰-这种移动和不可预测的特性。 好吧，当然，不仅限于他们。



结果，期望大多数时候客户端将使用要求较低的调制。 例如，64QAM。

在我们的实验中，这无情地将速度降低到300 Mbps。


对于RSSI，这是我们最喜欢的参数。 802.11标准中没有对此的描述和要求，因此每个供应商都以自己的方式看待此指标。 因此，不同的客户端设备将在同一位置显示不同的RSSI。

顺便说一句，您正在计划什么级别？ -67 dBm？ 和哪个设备？

小计＃1

即使在非常乐观的情况下，客户端也将仅接收300 Mb / s的带宽-而不是6933 Mb / s。 这就是如果客户只有一个！ 你知道很多这样的网络吗？

记住难题。 客户越多，效果越差。 他们不想提前感到沮丧，但是这种依赖性是非线性的。 随着网络上设备数量的增加，开销的百分比也随之增加。


底线：性能在很大程度上取决于所连接的客户端。 他们的能力很可能会非常有限。

乐观的情况是300 Mb / s（5 GHz，40 MHz，2SS，64QAM）。
实际情况-72 Mbps（2.4或5 GHz，20 MHz，1SS，64QAM）。

第2部分-客户端设备还有什么问题

是的，一切才刚刚开始。

可以区分三个主要问题：

• 品种;
• 不可预测性；
• 漏洞。

让我们更详细地分析它们。

品种

还记得我们的iPhone 8吗？ 顺便说一句，好电话。 您是否知道自iPhone 6以来，苹果已停止获得Wi-Fi Alliance认证？
您可以自己检查-信息已打开。 。 同时写下有关其他惊人发现的评论。

Wi-Fi联盟是什么样的组织？
这些家伙正试图在动物园维持秩序。 Wi-Fi认证图标表示已检查设备是否符合802.11标准的要点。 检查是在认可的实验室中进行的，或多或少都是认真的。

为什么会出现这种需求？
为了确保与使用不同芯片组并由不同资格和道德准则的人开发的数百万种设备兼容。

有帮助吗？
不完全是 正如实践所示，每个供应商都有自己独特的愿景，并允许自己偏离标准（当然是出于良好的意愿）。

一个有趣的例子是去年的KRACK。 并非所有设备都容易受到攻击，因为许多制造商以自己的方式解释了密钥交换过程。 特别是，如果在4向握手序列中对第三条消息没有响应，该如何表现。 如有兴趣，请阅读更多内容 。

结果如何？
动物园。

出于显而易见的原因，最简单的方法是使用Apple。 尽管他们不对新产品进行认证，但设备数量仍然有限。 因此，您可以测试各种情况下的行为。

接下来是Android。 这在很大程度上取决于制造商，但总的来说，甚至还有更多的未知数。 在此处添加中文。

这就是分类思想的结局。 操作系统，驱动程序，旧设备，多功能炊具，门锁，闭路电视摄像机-BYOD和IoT的所有荣耀。

由于许多关键决策是由客户端设备自行制定的，因此您无法直接影响它们，这使问题更加复杂。
是连接到“五个”还是“减少”？
漫游还是停留在旧的AP上？
要进行什么调制？

下一章将对此进行更多介绍。

不可预测性

Wi-Fi的设计旨在使客户端设备能够自行应对各种困难。 这些解决方案并不总是最佳的。



如果在设备上看起来以-85 dBm的电平坐在第六个信道上比以-50 dBm的电平重新连接到相邻点以自由的“五个”工作更好，那将是这样。

没有有效的机制来直接控制客户端设备的行为。 例如，这就是与蜂窝通信的区别。

您反对-但是分别在2008年和2011年采用的802.11k（无线电资源测量功能）和802.11v（无线网络管理）呢？

这些标准在理论上旨在解决问题。 实际上-没有任何效果。

是的，该点可以发送负载平衡请求-礼貌地要求客户端漫游。 不需要任何人来满足这一要求。 此外，仍然很少有客户端支持802.11k和v。

上述标准的主要应用是协助快速漫游机制802.11r（快速BSS过渡）。 客户端收到他应重新连接到的最近的AP的列表-并且进一步，这种奢侈的设备将决定最适合他的AP。

关于漫游的许多副本已被破坏，可以在Habré上找到不错的文章。
一个 二
对美丽的安德鲁·冯·纳吉（Andrew von Nagy）的研究仍然不完整（但不完整），
三。

我们不会重复自己，只需要再次强调：在AP之间切换取决于客户的良心。 由此和大多数问题有关。

供应商正在努力争取客户的独立性。 标准工具无济于事，因此使用了技巧。 就像在商业书籍中一样：不要试图说服-让客户自己做出正确的选择。

因此，例如，Band Steering起作用（一种将客户从“两个”转移到较自由的“五个”的机制）：

1. 设备正在尝试连接到网络。 最有可能的是精确到2.4 GHz：设备驱动程序认为这会更好-看，多么强的信号！
2. AP检查设备是否支持5 GHz。 MAC-, «» ;
3. DualBand- ( ) 2,4 ;
4. , ;
5. 瞧！

不幸的是，某些设备非常固执。该信念无效，并且他们继续坚持选择的范围，直到该点下降并确认连接为止。
您必须放弃，因为否则您可能会遇到意想不到的效果-被拒绝和烦恼的客户端只是将该SSID标记为不可靠，并停止自动连接到网络（例如，注意到类似行为的Apple设备）。

清单不胜枚举：

• 意外而良好的睡眠（PowerSave实施的功能）；
• 研究显然不符合以太条件的调制；
• 未经授权的流量着色（QoS）；
• 授权门户上的特定脚本（在公共场所连接Wi-Fi是否有问题？）。

我们修复：无法直接管理客户端设备驱动程序解决方案。现有的机制仅允许间接地激励客户做出正确的选择。客户并不总是正确的，但他不在乎。

脆弱性

如您所知，整个系统的安全性处于其最弱元素的级别。在正确配置的无线网络中，客户端设备不可避免地成为这种元素。怎么了

• 没有控制或打击可疑活动的资源或资源有限；
• 安全策略更新不可用或显示较晚；
• 制造商有选择地满足标准的要求；没有通用性；
• 传统设备不符合当前的安全要求；
• 管理员无法控制客户端设备。
  
• 人们（设备用户）容易受到社会工程的影响。

以下是公司网络中使用的解决方案的示例：

• 禁止BYOD。为员工提供了预装软件的设备；管理员策略控制安全策略；
• MDM（移动设备管理），NAC（网络访问控制）和其他解决方案，可以以不同程度的效率来控制客户端设备。例如，您可以远程禁止在智能手机上使用相机。
  

普通用户经常完全忽略安全问题。

无线安全性的主题很广泛。在本文中，我们将自己限制在以下事实：网络犯罪分子的主要攻击媒介是所谓的低落果实。大多数情况下，客户端设备就是这种成果。



如果足以访问一个员工的智能手机，而该员工非常自豪地没有在其操作系统上安装更新，那么为什么要尝试直接进入安全网络呢？

小计＃2

这些问题（客户端设备的多样性，不可预测性和易受攻击性）给无线设计人员和管理员带来了严峻的挑战。
完善的计划，完整的无线电勘测和高质量的安装并不能保证网络的稳定运行。

了解订户使用的设备非常重要。仍然需要了解此设备或该设备的特征。

突然，这不是一件容易的事。

第3部分-制造商隐藏了某些东西

方法1。逻辑

似乎更容易-我们访问制造商的网站，查看设备的详细规格。

让我们尝试一下熟悉的iPhone 8的示例：


在Apple网站上。

带有MIMO的802.11ac Wi-Fi ...信息不足。有多少空间流？最大通道宽度是多少？是否支持802.11r，k，v？ MU-MIMO？

三星可以更轻松地共享有关其Galaxy S9的信息：


在三星网站上。

即使我们放弃了对1024QAM的神秘调制（正式它将仅出现在802.11ax中），我们对该设备仍然知之甚少。

制造商的开放程度差异很大-有令人愉快的例外。基本上，他们不会让任何人进入内部厨房（当然，也是为了我们的利益），因为很多知识就是很多悲伤。

并非所有人都对此表示赞同。

方法2.实用

不满意的用户长期维护自己的数据库，他们在其中记录提取的设备特征。

一个引人注目的例子是受人尊敬的Mike Albano。



在这里您可以找到以下信息：

• 设备可用的频道列表；
• 支持标准
• 空间流的数量；
• 支持MU-MIMO；
• 最大发射功率。

信任或不信任此信息是每个人的职责。
任何关心的人都可以通过与公众分享研究结果来尽自己的一份力量。有关说明，请参见如何贡献。从本手册中，您可以发现我们感兴趣的所有信息都包含在客户端设备连接到AP时发送的关联请求帧中。

方法3。对于极客

所需要的只是拦截初始连接所伴随的订户与AP之间的消息传递。此流量未加密，但是可能会出现问题-并非所有的Wi-Fi适配器都允许您“嗅探” 802.11帧。操作系统还可以在不同程度上促进任务或使任务复杂化。
该主题是伟大的谷歌，所以我们不会提供链接。

幸运的人将能够观察到以下图片：



朋友，一切皆有。
令人好奇的是，iPhone 8非常无聊，不支持MU-MIMO。但是我们不会破坏您的快乐。

顺便说一下，用户收到的现成的PCAP文件可以下载到相同的客户端上。mikealbano.com

方法4.奖金

还有另一种很好的方法来找出设备的整体信息。杰出之处-无需注册和SMS。

在美国销售的所有设备都必须获得FCC-联邦通信委员会的认证。结果，该设备被分配了一个FCC ID-一个唯一的编号，通过它您可以直接在FCC网站上获取大量信息。

代码本身（FCC ID）通常可以在设备上或设备的包装箱中找到。作为最后的手段，互联网会有所帮助。

该代码由两部分组成：受赠者代码和产品代码。如图输入：



我们可以访问包含在认证过程中使用的数据的大量文档档案。甚至提供设备的内部照片-在某些情况下，您甚至可以看到芯片的型号。

请特别注意SAR报告文件-在此报告的基础上，您不仅可以确定箔帽的厚度，还可以获取有关设备特性的详细信息。宾果！

小计＃3

制造商不急于披露有关客户端设备特征的完整信息。不过，由于社区的活动，开源和个人的毅力，人们可以获得所有必要的数据。

结论

为什么您需要知道员工正在使用哪个电话？现在该更换旧路由器了吗？

当然，这完全取决于任务。如果您想建立可靠且可预测的网络，则将无法关闭客户端设备。在计划和维护时考虑其功能-您将获得更低的成本和更高的用户满意度。

以上所有这些并不能消除使用高质量访问点的需要：领先供应商的许多成就确实是有效的-请阅读我们的博客以了解更多信息。
再说一遍-考虑客户的特征，以花钱在可行的解决方案上。
希望本文对您有所帮助。

祝你好运

作者：Leonid Tekanov，CompTek无线工程师。
基于文章的演示文稿于2018年10月25日在我们的年度“对话”会议上举行。不要错过以下内容。

有用的资源：

CWNP-如果您不仅想对无线网络有一个很好的了解，还希望以证书的形式获得官方认可；

Revolution Wi-Fi -Andrew von Nagy的网站-一位权威同志，为世界提供了最方便的Revolution Capacity Planner；

Divergent Dynamics-受人尊敬的Devin Akin的站点，他是一位毫不妥协的专家，并撰写了许多有价值的文章；

WLAN专业人员 -Keith Parsons的心血结晶-真正的Wi-Fi资深人士。认真的人有很多有用的材料和整个年度会议；

badfi.com是一个有关不良Wi-Fi的好网站。