未连接的大通信量 Wi-Fi 设备


探测电话示例

HTC 电话:每秒 173 个探头数为 330 字节/探头。1 Mbps 的 2640 位/秒 = 0.00264 秒/帧。W/ 173 探头/分 = 空中时间 0.45672 探头秒/分钟 + 40 微秒/帧 (0.00956 秒) = 0.46628 秒/分钟(每个通道、每个电话空中时间的 0.777%)

如果要查找使人们联网的触发词,可以用比“BYOD”还糟糕的词。BYOD 意为“自带设备”,其概念为允许员工、供应商、访客及所有其他人在访问企业 Wi-Fi 时使用自己选择的设备。它引入了通常与联网无关的各种概念,包括移动性、缺少设备控制、临近网络干扰和访客身份验证等。

好消息是负责联网的专业人员已经习惯了 BYOD。近十年来 — 自从智能电话迅速发展以来 — 企业一直致力于为用户的个人 Wi-Fi 设备提供网络和 Internet 连接。尽管各组织的 BYOD 政策有所不同,但允许外部设备接触网络的概念已得到认可。

坏消息是 BYOD 发展期间出现了另一种无线趋势:手机数据速度更快。在许多情况下,受困于企业 Wi-Fi 的用户可以简单地连接至手机提供商的网络并轻松访问在线应用,网络不再成为瓶颈。

为什么说用户被手机数据吸引是个坏消息?因为手机设备会影响 Wi-Fi 设备的网络性能。有些设备的 Wi-Fi 无线电在设备未连接 Wi-Fi 网络时仍保持很活跃的状态,即使用户正在愉快地访问手机数据时也是如此。如果不是足够困扰,行为会有所变化。在未使用 Wi-Fi 有效连接时,有些设备可能会很礼貌地交谈。其他设备在未通过 Wi-Fi 连接时则可能会与少量窃听器通信。


本文将说明启用 Wi-Fi 的设备在未通过 Wi-Fi 连接时到底会对性能产生什么不利影响。本文还将详细讨论如何使用 NETSCOUT 的最佳 Wi-Fi 分析应用 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 来诊断大通信量的 Wi-Fi 设备是否引起了性能问题。


首先,对问题进行解释。

通常,问题是带宽。具体说是 Wi-Fi 带宽。这意味着带宽问题不同于网络管理员通常认为的带宽。

Wi-Fi 设备与访问点 (AP) 共享一个通道。在任意给定时刻,只有一台设备可通过该通道进行传输,否则可能出现冲突。

通常情况下,通道共享适用于 Wi-Fi。当一个设备或 AP 开始传输时,其他设备和 AP 会保持安静。然后,只要一传输数据,所有设备和 AP 都将通过一个称为“仲裁”的流程来确定下一条数据的发送者。仲裁的获胜方发送数据,从而开始整个流程。





类似于:
Wi-Fi 仲裁保持了通过通道的数据流,同时将冲突保持在最小状态。通常情况下,仲裁工作状态良好。“带宽”划分相对平等。如果一个通道中有四台设备并且该通道能够处理 100 Mbps 的总吞吐量,则每台设备最终可以访问各自吞吐量的 25 Mbps。


Wi-Fi 带宽的问题在于它会波动。Wi-Fi 设备使用称作动态速度切换 (DRS) 的协议,该协议允许设备根据需要在不同数据速率之间进行切换。

由于不同设备可能需要不同的数据速率,因此 DRS 对于 Wi-Fi 而言是个利好。当通道情况恶化时,即使高速率的流量失败,低速率的 Wi-Fi 流量仍会成功。无论是距离、墙壁、移动性、干扰还是其他因素引起通道情况不稳定,低数据速率都允许 Wi-Fi 连接保持可用状态。





DRS 的最终结果是同一通道中的设备可能使用不同速率,例如:
一旦使用不同速率,Wi-Fi 带宽便开始变化。由于在处理相同数据量时,低速率流量会占用更多通道时间,因此整个通道会损失数据容量。




下面对于以上 Wi-Fi 网络如何处理不同速率数据进行了说明:
当每个数据帧占用更多时间时,能够遍通过通道的数据帧较少。最终结果是整个网络变慢。

不断循环,便会真的回到未连接的 Wi-Fi 设备的状态。

问题是很多 Wi-Fi 设备都保留了活动的 Wi-Fi 无线电,这样用户在从仅移动区域移至存在 Wi-Fi 的区域时可以获得无缝体验。

以下为此过程:
首先,设备通电(或从睡眠状态醒来),然后,设备开始查找 Wi-Fi 连接。如果没有可用的 Wi-Fi 连接,设备将开始使用其蜂窝无线电(如果存在)来访问 Internet。在蜂窝网络中,设备继续不断寻找 Wi-Fi,以防设备移至存在可用 Wi-Fi 网络的区域。

查找 Wi-Fi 的过程 — 即使是在通过蜂窝无线电连接时 — 使得设备在未连接至 Wi-Fi 网络时仍在 Wi-Fi 通道中保持活动状态。

设备查找 Wi-Fi 会产生很大的问题。设备使用名为“探测请求”的消息来查找可用的 Wi-Fi 网络。探测请求帧相对而言很大(通常大于 100 字节),并且速度非常慢。探测请求帧设计为访问尽量多个 AP,因此它们必须以尽量低的数据速率来传输。当今的 Wi-Fi 设备以 1 或 6 Mbps 的速率发送探测请求帧。与可以使用 867 Mbps 数据速率访问 Wi-Fi 的现代智能电话相比,这个速度确实很慢。




这会导致通道出现以下问题:
通常的探测请求至少为 150 字节长,可能拉伸至 360 字节长。这意味着,每个探测请求会用掉 240 至 2,920 微秒的通道时间。(如果您对数学感兴趣,根据 802.11n/ac 标准,大约 40 微秒用于物理层封装,加上 200 至 2,880 微秒用于使用 0.000001 [1 Mbps] 或 0.0000001667 [6 Mbps] 秒/位的探测请求帧的 150 至 360 字节 [1,200 至 2,880 位])。

在大多数情况下,探测请求帧使用的通道时间都多于数据帧。即使是 1546 字节的大型数据帧(1,500 字节有效负载,加上 8 字节的上层封装以及 38 字节的 802.11 标头),使用相对低的数据速率 52 Mbps 只占用 280 微秒的通道时间,包括标头和封装。本质上,探测请求的最佳情况与数据帧的最差情况使用的通道时间相同。

在所有领域都有一些好消息:Wi-Fi 设备变得不那么粗鲁了。三、四年以前,Wi-Fi 设备在未连接时属于极其“大通信量设备”。使用移动电话连接获取数据的智能电话可能会传输足够多的探测请求帧,所占用的 Wi-Fi 通道时间可能是常见的已连接 Wi-Fi 设备的很多倍。在高密度环境中,Wi-Fi 设备可能还未连接至 Wi-Fi 网络便毁坏了网络。现在,不会出现这种情况。Wi-Fi 设备在未连接至 Wi-Fi 网络时发送的探测请求帧要少得多。

尽管一个好现象是,通常情况下,Wi-Fi 设备的通信量要比之前小了,但未连接的 Wi-Fi 设备仍然是个问题。有些 Wi-Fi 设备的通信量可以变得足够大,以至于导致 Wi-Fi 性能和稳定性出现问题,特别是在人员密度较大的区域。


从某些方面看,由于确定性差,这个问题更加难以捉摸。Wi-Fi 专业人员通常会说,“我们需要连接所有 Wi-Fi 设备,或者让用户关闭 Wi-Fi 无线电”。现在,他们通常会这么说,“我们需要了解这些未连接设备的通信量“是否”过大,因为它们可能会也可能不会构成问题。”

只要 Wi-Fi 中存在“如果”情况,便会调用 Wi-Fi 网络分析仪。而且,NETSCOUT 还有一款企业级 Wi-Fi 网络分析仪,借助它可以快速、简单地跟踪数据速率并探测请求活动。

NETSCOUT 的 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 是最初的 Wi-Fi 专用分析仪。实际上,它仍然是唯一的 Wi-Fi 专用分析仪。NETSCOUT 之所以这样认为,是因为 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 具有若干项 Wi-Fi 专用功能。并非偶然的是,其中一些 Wi-Fi 专用功能可用于测量未连接设备的通信量是否因过大而引起 Wi-Fi 问题。

确定 Wi-Fi 设备的性能影响开始于 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 存放其若干个最常用 Wi-Fi 专用功能的位置:“Infrastructure”(基础设施)屏幕。“Infrastructure”(基础设施)屏幕 — 与 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 中的所有屏幕一样 — 可通过单击 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 左下角的一个按钮来访问:






从“Infrastructure”(基础设施)屏幕上,只需单击 AP 或设备便可访问 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 的签名 Wi-Fi 专用功能之一。只要一选择 AP 或设备,AirMagnet WiFi Analyzer PRO 便立即开始捕获选定 AP 或设备占用的确切通道。

与必须手动选择捕获通道相比,AirMagnet Wi-Fi Analyzer 自动捕获选定设备通道的功能可节省大量时间。

此处为使用 AirMagnet Wi-Fi Analyzer 的“Infrastructure”(基础设施)屏幕测量 Wi-Fi 设备通信量大小的示例:
首先,必须先识别设备。要使 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 显示所有设备的清单,必须从 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 的“Infrastructure”(基础设施)屏幕左上角的下拉框中选择“STA List”(STA 列表)。





工作站列表的编号可能达上百,因此要准备花些时间按照 MAC 地址、IP 地址或主机名来查找设备。AirMagnet WiFi Analyzer PRO 捕获分析及所有 Wi-Fi 活动的能力在很多方面都非常卓越,但在查找单个 MAC 地址时,需要人工参与。




工作站列表的编号可能达上百,因此要准备花些时间按照 MAC 地址、IP 地址或主机名来查找设备。AirMagnet WiFi Analyzer PRO 捕获分析及所有 Wi-Fi 活动的能力在很多方面都非常卓越,但在查找单个 MAC 地址时,需要人工参与。

工作站按字母顺序列出,因此便于搜索。但请注意,由于 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 足够智能可以识别出供应商 OUI(MAC 地址的前六位),因此设备的 MAC 地址可能必须使用设备制造商或 Wi-Fi 无线芯片制造商的名称来识别。

在工作站列表中找到未连接的 Wi-Fi 设备后,下一步是使用 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 的另一个 Wi-Fi 专用功能来测量设备的通信量大小:“Stats”(统计)窗口。在 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 的“Infrastructure”(基础设施)屏幕中选择设备或 AP 时,“Stats”(统计)窗口(位于屏幕右下角)中的所有信息都仅反映该设备或 AP 的活动。这是一项神奇的功能,尤其是在网络专业人员需要循环切换许多 Wi-Fi 设备以便搜索出通信量最大的设备。

借助 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 时,无需查看已捕获的无数个帧或等待分析软件执行复杂的显示过滤器。相反,一旦点击了设备,便可方便地在“Infrastructure”(基础设施)屏幕右下角查看有关探测请求活动的统计信息。





关于分析未连接 Wi-Fi 设备的探测请求活动,还有一个事情要注意。Wi-Fi 网络分析仪 — 包括 AirMagnet WiFi Analyzer PRO — 一次在一个通道中捕获,但设备将在多个通道中发送探测请求帧。




上图中显示的 146 个探测请求帧由单个智能电话在几分钟内通过一个通道来传送。几乎可以肯定的是,该智能电话也在其他通道中发送探测请求帧。如果在 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 的“Infrastructure”(基础设施)屏幕中选定了其他设备,则可能会看到相似数量的探测请求帧。

在分析 Wi-Fi 环境的探测请求阻塞情况时,通常最好的方法是查找增加的数字。如果某设备的探测请求数持久增加,则问题很可能是由该设备引起的。如果多个设备都显示探测请求数增加,则需要采用更高级别的解决方案。

已连接的 Wi-Fi 设备通常是通信量较小的设备,至少在涉及探测请求帧时是这样。鼓励用户连接至访客 Wi-Fi 网络(并使连接简单、快速,以便于采用)可以缓解该问题。

有关分析大通信量设备需要注意的一个要点是,要捕获每个单个探测请求通常是不可能的。准确预测将在哪个通道中发送探测请求也是不可能的。如果发送探测请求帧的通道与 AirMagnet 捕获的通道不同,将错过探测请求帧。

分析未连接设备的通信量大小是一种不精确的科学。不同设备发送的探测请求帧长度不同、采用不同的规则和不同的通道模式。这样会带来一定的不确定性,Wi-Fi 专业人员可通过 AirMagnet WiFi Analyzer PRO 获得未连接设备与与探测请求帧进行通信时所遇到问题的合理范围。

 
 
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