Как смартфоны убивают скорость корпоративного WiFi?

Если вы ищете ключевое слово для обозначения людей, проводящих много времени в сети, невозможно найти хуже, чем BYOD. BYOD означает «bring your own device» (приносите ваше собственное устройство) и представляет собой концепцию, позволяющую сотрудникам, поставщикам, гостям и всем остальным использовать при доступе к корпоративной сети WiFi устройство по своему выбору. Эта концепция внедряет всё то, что традиционно было чуждо сетям, включая мобильность, отсутствие контроля устройств, помехи от соседних сетей и аутентификацию гостя.

Хорошие новости заключаются в том, что сетевые специалисты привыкли к использованию концепции BYOD. В течение почти десятилетия, фактически с момента начала роста использования смартфонов, предприятия всё чаще предоставляли свои сети и подключение к Интернету для персональных WiFi устройств пользователей. В то время как политика BYOD может быть различной в разных организациях, признание получила концепция разрешения использования сетей сторонними устройствами.

Плохие новости заключаются в том, что по мере роста и расширения применения концепции BYOD в области беспроводной связи сформировалась еще одна тенденция – возросла скорость передачи данных в сетях сотовой связи. Во многих случаях пользователи, разочарованные недостаточно высокими скоростями корпоративных сетей WiFi, могли просто подключаться к сети своего сотового оператора и получать доступ к онлайн-приложениям.

Почему привлекательность для пользователей передачи данных по сетям сотовой связи относится к плохим новостям? Просто потому что устройства сотовой связи могут снижать скорость сети WiFi. Некоторые устройства имеют радиочастотные модули WiFi, которые сохраняют свою высокую активность даже тогда, когда устройство не подключено к сети WiFi, а пользователь прекраснейшим образом передает данные по сетям сотовой связи. И хотя этого недостаточно для полного разочарования, характер работы сети меняется. Некоторые устройства ведут себя корректно, когда не используют активно сети WiFi. Другие же способны быть чрезвычайно активными – «болтливыми», даже когда не подключены к сети WiFi.

В этой статье рассказывается, как именно устройства с поддержкой WiFi могут приводить к снижению пропускной способности сети WiFi даже при отсутствии к ней подключения. Также будет подробно описано использование приложения для анализа сетей WiFi - NetScout AirMagnet WiFi Analyzer PRO для диагностики того, вызывают ли «болтливые» устройства WiFi проблемы с пропускной способностью сети.

Разбираемся с проблемой

Проблема, как это часто бывает, заключается в пропускной способности WiFi сети. Это означает, что проблема с пропускной способностью отличается от того, что о пропускной способности обычно думают сетевые администраторы.

Устройства WiFi и точки доступа WiFi (AP) имеют доступ к одному разделяемому каналу передачи данных – радиоэфиру на определенной частоте. В любой конкретный момент по каналу может осуществлять передачу только одно устройство, в противном случае очевидно возникновение коллизии.

Большую часть времени совместное использование канала WiFi работает отлично. Когда одно из устройств или точка доступа начинает передачу, другие устройства и точки доступа замолкают. Затем, после передачи данных, все устройства и точки доступа проходят через процесс, называемый «арбитраж», чтобы определить, кто будет осуществлять передачу следующим. Победитель арбитража передает данные, начиная, таким образом, весь процесс заново.

Совместное использование канала WiFi

Арбитраж WiFi поддерживает передачу данных по каналу таким образом, чтобы обеспечивать минимальные коллизии. Как правило, всё это работает хорошо. «Пропускная способность» разделяется относительно равномерно. Если канал используют четыре устройства и этот канал способен обеспечивать пропускную способность не менее 100 Мбит/с, то каждому устройству в конечном итоге будет доступна индивидуальная пропускная способность около 25 Мбит/с.

Проблема с пропускной способностью WiFi заключается в том, что она может колебаться. Устройства WiFi используют протокол DRS (динамическое переключение скорости), что позволяет им по мере необходимости переключаться между различными скоростями передачи данных.

DRS является преимуществом для сетей WiFi, потому что различным устройствам может требоваться различная скорость передачи данных. Когда состояние канала ухудшается, низкоскоростной трафик WiFi будет продолжать успешно передаваться, даже когда это будет невозможно для высокоскоростного трафика. Независимо от причины нестабильной работы канала (расстояние, стены, мобильность, помехи или что-то другое), подключение WiFi будет оставаться пригодным для использования на более низких скоростях передачи данных.

Конечным результатом работы DRS является то, что устройства на одном и том же канале
могут использоваться разные скорости передачи данных

Так как используются различные скорости передачи данных, пропускная способность сети WiFi начинает меняться. Весь канал теряет пропускную способность, поскольку низкоскоростной трафик занимает больше времени канала на передачу того же объема данных.

Как сеть WiFi может обрабатывать данные с различными скоростями

Когда каждый кадр данных занимает больше времени, через канал может проходить меньшее количество кадров данных. В конечном итоге вся сеть становится медленнее.

Все это напрямую возвращает нас к неподключенным устройствам WiFi.

Почему неподключенные WiFi устройства создают проблемы в работе WiFi сети?

Проблема заключается в том, что многие устройства WiFi поддерживают радиочастотные модули WiFi в активном состоянии, чтобы пользователи не имели перерывов в связи при переходе из зоны, где имеется только сотовая связь, в зону действия сети WiFi.

Процесс осуществляется следующим образом. Сначала устройство включается (или выходит из состояния сна), затем ищет соединение с сетью WiFi. Если соединение с WiFi недоступно, устройство начинает использовать для доступа в Интернет свой радиочастотный модуль сотовой связи (если он имеется). Но и находясь в режиме сотовой связи устройство в том случае, когда перемещается в зону, где имеется доступная сеть WiFi, продолжает искать сеть WiFi.

Процесс поиска соединения с сетью WiFi – даже при наличии подключения к сети сотовой связи – это то, что заставляет устройства сохранять активность на канале WiFi, когда оно не подключено к сети WiFi.

Поиск устройствами сети WiFi может приводить к большим проблемам. Для поиска доступных сетей WiFi устройства используют сообщения, называемые зондирующий кадр запроса (Probe Request). Кадры Probe Request относительно большие (как правило, значительно больше 100 байт) и очень, очень медленные. Такие кадры предназначены для достижения как можно большего количества точек доступа, поэтому должны передаваться на самой низкой из возможных скоростей передачи данных. Современные устройства WiFi передают кадры Probe Request на скорости 1 или 6 Мбит/с. По сравнению с современными смартфонами, которые могут получить доступ к WiFi на скоростях передачи данных до 867 Мбит/с, это на самом деле очень и очень медленно.

Как будет выглядеть WiFi канал при передаче Probe Request

Типовой запрос Probe Request будет иметь длину не менее 150 байт, а, возможно, будет растягиваться до 360 байт. Это означает, что каждый запрос Probe Request будет занимать от 240 до 2920 микросекунд времени канала. (Для интересующихся математикой это приблизительно 40 микросекунд стандартной инкапсуляции физического уровня 802.11n/аc, а также от 200 до 2880 микросекунд для 150 – 360 байт [от 1200 до 2880 бит] кадра запроса Probe Request с использованием либо 0,000001 [1 Мбит/с] или 0,0000001667 [6 Мбит/с] секунды на бит.)

В большинстве случаев кадры запроса Probe Request используют больше времени канала, чем кадры данных. Даже большой кадр данных в 1546 байт (1500 байт полезной нагрузки плюс 8 байт инкапсуляции верхнего уровня и 38 байт заголовка 802.11), используя относительно низкую скорость передачи данных 52 Мбит/с, займет только 280 микросекунд времени канала, включая заголовки и инкапсуляцию. По существу, в самом наилучшем случае запрос Probe Request использует примерно такое же время канала, что и кадр данных в самом наихудшем случае.

Во всем этом имеется несколько хороших моментов. Устройства WiFi стали менее грубыми. Три или четыре года назад неподключенные устройства WiFi были чрезвычайно «болтливыми». Использующий для передачи данных сеть сотовой связи смартфон мог передавать достаточное количество кадров Probe Request, чтобы занимать многократно большее время канала WiFi, чем используется типовым подключенным устройством WiFi. В средах с высокой плотностью устройства WiFi могут разрушать работу сети WiFi, даже никогда не подключаясь к ней. В наши дни такого не происходит. Устройства WiFi передают гораздо меньше кадров Probe Request, если не подключены к сети WiFi.

В то время как снижение «болтливости» устройств WiFi является хорошим фактором, неподключенные устройства WiFi по-прежнему остаются проблемой. Некоторые устройства WiFi могут быть достаточно «активными» для создания проблем пропускной способности и стабильности сети WiFi, особенно в зонах плотной концентрации пользователей.

В некотором смысле проблема еще сложнее из-за меньшей определенности. ИТ специалисты обычно говорят, что им нужно, чтобы все WiFi устройства были подключены или им нужно заставить пользователей выключить их радиочастотные модули WiFi. Теперь же это больше похоже на «мы должны выяснить, не слишком ли активны эти неподключенные устройства, потому что они как могут быть проблемой, а могут и не быть».

Как решить проблему, используя AirMagnet WiFi Analyzer PRO?

Всякий раз, когда в контексте WiFi возникает «если», ситуация требует использования WiFi анализатора. И NETSCOUT имеет такой анализатор, который позволяет быстро и просто отслеживать скорости передачи данных и активность запросов Probe Request.

Разработанное компанией NETSCOUT программное обеспечение AirMagnet WiFi Analyzer PRO представляет собой уникальный специализированный анализатор WiFi. На рынке аналогов вы не найдете, как не будете пытаться. Высказать это утверждение компании NETSCOUT позволяет тот факт, что AirMagnet WiFi Analyzer PRO имеет несколько специализированных функций. И совсем не случайно некоторые из этих функций WiFi можно использовать для оценки того, как излишняя активность неподключенных устройств приводит к возникновению проблем на сетях WiFi.

Доступ к экрану Infrastructure в AirMagnet WiFi Analyzer PRO

Определение влияния устройств на пропускную способность сети WiFi начинается с того места, в котором AirMagnet WiFi Analyzer PRO объединяет несколько своих наиболее полезных функций – с экрана Infrastructure (инфраструктура). Доступ к экрану Infrastructure, как и ко всем экранам AirMagnet WiFi Analyzer PRO, можно получить, коснувшись кнопки в левом нижнем углу устройства.

Для доступа к наиболее важным функциям WiFi анализатора AirMagnet WiFi Analyzer Pro можно просто нажать на точку доступа или устройство на экране Infrastructure (инфраструктура). При выборе точки доступа или устройства анализатор сразу же начинает захват данных именно на том канале, который занят выбранной точкой доступа или устройством.

Способность анализатора AirMagnet WiFi Analyzer автоматически захватывать данные на канале выбранного устройства значительно экономит время по сравнению с ситуациями, когда каналы для захвата данных необходимо выбирать вручную.

Прежде всего, устройство необходимо идентифицировать. Чтобы AirMagnet WiFi Analyzer PRO отобразил список всех устройств, в разворачивающемся списке в верхнем левом углу экрана Infrastructure (инфраструктура) выберите STA List (список станций).

Как можно использовать экран инфраструктуры устройства AirMagnet WiFi Analyzer
для оценки «болтливости» устройств WiFi

Станции в списке могут исчисляться сотнями, так что будьте готовы потратить некоторое время для поиска нужного устройства по MAC-адресу, IP-адресу или имени хоста. Способность устройства AirMagnet WiFi Analyzer Pro захватывать и анализировать любую и всю активность WiFi великолепна во многих отношениях, но когда наступает время поиска определенного MAC-адреса, потребуется потрудиться вручную.

Станции приводятся в алфавитном порядке, что упрощает поиск. Однако будьте аккуратны, потому что AirMagnet WiFi Analyzer PRO достаточно интеллектуален для того, чтобы распознать идентификатор (OUI) поставщика (первые шесть цифр MAC-адресов), так что MAC-адрес устройства, возможно, потребуется идентифицировать по названию производителя устройства или производителя чипсета радиочастотного модуля WiFi.

Следующим шагом после нахождения в списке станций неподключенного устройства WiFi будет использование еще одной специализированной функции AirMagnet WiFi Analyzer Pro для оценки «болтливости» устройства – окна Stats (статистика). Когда на экране Infrastructure (инфраструктура) анализатора выбрано устройство или точка доступа, вся информация в окне Stats (статистика) (которое находится в правом нижнем углу экрана) соответствует активности только этого устройства или точки доступа. Это удивительная функция, особенно когда сетевым специалистам требуется перебирать десятки устройств WiFi в поисках самого «болтливого» из них.

При использовании AirMagnet WiFi Analyzer PRO нет никакой необходимости смотреть на бесчисленные захваченные кадры или ждать, пока программа анализа выполнит сложные процедуры фильтрации. Вместо этого, сразу же после нажатия на устройство на дисплее можно будет легко просматривать статистические данные об активности запросов Probe Request в нижнем правом углу экрана Infrastructure (инфраструктура).

Данные об активности запросов Probe Request

Стоит отметить еще один момент, касающийся анализа активности запросов Probe Request неподключенных устройств WiFi. Анализаторы сетей WiFi (включая AirMagnet WiFi Analyzer PRO) осуществляют захват данных единовременно на одном канале, но устройства будут передавать кадры запросов Probe Request на нескольких каналах.

Показанные на приведенном выше рисунке 146 кадров запроса Probe Request были переданы одним смартфоном в течение нескольких минут на одном канале. Также почти наверняка смартфон передавал кадры  пробных запросов и на других каналах. Если выбрать в окне Infrastructure (инфраструктура) AirMagnet WiFi Analyzer PRO другие устройства, можно увидеть похожее количество кадров запросов Probe Request.

При анализе среды WiFi с точки зрения перегруженности запросами Probe Request, как правило, лучше искать возрастающие значения. Если подаваемое устройством количество запросов постоянно увеличивается, то это устройство вносит потенциальный вклад в данную проблему. Если большое количество устройств показывают рост количества запросов Probe Request, может потребоваться решение более высокого уровня.

Подключенные к сети WiFi устройства обычно менее «болтливы», по крайней мере, когда речь идет о кадрах Probe Request. Как одно из решений, призванных смягчить данную проблему, известно поощрение подключения пользователей к гостевой сети WiFi (с простым и быстрым установлением соединения).

При обсуждении анализа «болтливых» устройств следует отметить еще один важный момент. Речь идет о том, что никогда не будет возможно захватить каждый запрос Probe Request. Невозможно точно предсказать, по какому каналу будут отправлены запросы Probe Request. Если кадры Probe Request передаются не по тем каналам, на которых AirMagnet захватывает данные, то эти запросы будут пропущены.

Анализ активности неподключенный устройств не является точной наукой. Различные устройства передают кадры запросов Probe Request различной длины, с различной периодичностью и по разному набору каналов. Однако насколько это возможно AirMagnet WiFi Analyzer PRO позволяет специалистам по сетям WiFi получить разумную информацию о масштабе проблемы, связанной с передачей неподключенных к сети WiFi устройств кадров запроса Probe Request.

Материал подготовлен
техническими специалистами компании “СвязКомплект”.

См. также:

• Стандарт WiFi 802.11 ac: революция или эволюция?

• Практические рекомендации по строительству корпоративных Wi-Fi сетей!

• Поиск и устранение проблем в работе Wi-Fi сетей с помощью NETSCOUT AIRCHECK-G2

• Профессиональные анализаторы WiFi сетей