给力的网络 有道的性能——802.11n与WLAN(1)(2)

三、 WLAN接入业务应用感受

802.11n技术将WLAN网络带到了一个高速时代，一个11N的网络的理论性能整体要高于同等条件下11G的WLAN网络，实际的应用效果肯定会得到一定的改善。

通过对常用的网络工具，及对校园网流量的抓包分析发现：在实际的网络流量中大部分的报文并不是我们期待的1500Bytes的报文，而偏偏都是小于100Bytes的小报文，而100字节报文的性能要比1500bytes字节的报文的性能差得远。通过多次分析发现实际网络中的大小报文可以参考下面的经验如表3所示）：

表3. 报文大小分类统计

报文大小分类统计在这样的网络应用条件下，一个11a或者11g的WLAN网络中一个信道，即使在干净的环境条件下，也只能够支撑的如下数据传输性能如表4所示）：

表4. 非11N网络应用性能分析

非11n网络应用性能分析看到这里也许会考虑11n网络的A-MPDU报文聚合将WLAN的性能带到了一个新的高度，整体的应用性能应该会有非常大的改善。但是，所有性能的分析和测试都是在尽可能发送大的数据报文的前提下获取的，只能在一定程度上体现出对业务应用的支持能力。具体11n网络实际应用情况又会怎样？下面以H3C公司自身应用为例如表5所示），统计WLAN网络所有11n客户端报文聚合情况目前按照聚合报文的个数直接映射到参考的报文大小）：

表5. H3C公司WLAN网络所有11n客户端报文聚合情况的统计

从11n客户端的数据传输来看，一般的报文聚合个数集中在3-4个左右，也就是说在此网络中一个40Mhz捆绑信道的最好的性能可能只能达到60Mbps左右。这个分析还是考虑整个网络都是11n客户端的情况，如果网络中同时存在11a或者11g的客户端则总的性能肯定要远小于这个性能。

也可以想象实际11n网络，其聚合能力也应该和上面的统计相当基本相当，而且对于11a和11g的兼容、干扰和冲突的存在，以及其他非有效报文的信道消耗，实际的信道性能会远远低于60Mbps。

为了更好的理解网络的性能，可以将11n网络中的A-MPDU报文聚合的情况进行分类统计。针对11gn的网络20MHz应用）完成如下三种网络应用情况下的信道实际应用性能，整体表现而言，11n技术在实际应用中相对于11g可能带来WLAN信道性能2-3倍的提升如表6所示）

表6. 11n网络应用性能分析

四、 影响和制约WLAN网络实际应用的因素

但是，无论速率和性能如何发展，802.11自身的特点极大的制约和影响着整个网络的实际应用，使得实际的感受并不能达到理论的期望。

例如，在一个固定的位置，信道媒介的空间资源就是100%，所有的WLAN设备、任何的WLAN报文都会消耗这个资源，非业务报文消耗的信道越多，整体的网络的性能就会下降，在一定程度上也会影响到网络的稳定运行：

·任何的一台AP如果要提供WLAN接入服务，都需要定期发送Beacon报文，默认情况下每一个AP的一个接入服务一秒钟需要发送10个beacon报文；

·无线客户端无论是否接入到WLAN网络中，都会定期发送probe request报文请求周围的无线服务；

·通常情况下，AP收到probe request请求报文都需要回应对应的probe response报文，而且如果一个AP有多个无线接入服务则需要发送多个probe response报文；

·而所有的这些管理报文，都需要使用强制速率发送，而且通常需要使用最低物理速率发送；

·如果一个环境中AP数量比较多，无线客户端数量非常多，这些非业务的管理报文就可能会消耗5%-20%的信道资源。

再如， WLAN网络为无线客户端提供了随时随地的便捷，同时也必须承接不同信号强度的客户端的接入。WLAN协议认为，低速率发送报文时携带的信息要比高速率少，所以发送成功的概率就会高。所以当无线客户端的信号强度比较低时，数据报文的发送通常会使用较低的物理速率发送，这样会使得整个WLAN网络的性能下降。

以下是一个校园网络中的无线客户端的情况分析如表7和表8所示），该网络中有30%的用户的信号强度低于25，而AP有一半的报文发送的物理速率达不到最大物理速率的60%，按照粗略评估由于这个因素带来的性能的降低超过40%。

表7. 无线客户端信号强度情况分析

表8. 报文发送速率分析

在WLAN网络的部署、优化和分析中，可以确定以下的环境和网络等因素都会制约着整个WLAN网络的应用性能和实际感受：

·在实际网络环境中，可能存在多个WLAN网络，所有的这些网络实际上共享一个信道资源和性能；

·实际应用中，一个信道中众多的WLAN设备会造成冲突避免效果减弱，而有可能演变成干扰和冲突，导致报文的重传和丢弃，造成无谓的信道资源消耗，降低整个WLAN网络的性能；

·AP设备和无线终端随意的位置会带来众多的隐藏节点，同样会带来冲突和干扰，造成信道资源消耗，降低网络性能；

·众多的无线终端和AP，为了完成WLAN服务的发现，会带来信道中出现大量的管理报文，这些报文通常按照较低的物理速率发送，需要消耗信道资源；

·网络中始终充斥着大量的广播报文，所有的广播报文通常按照较低的物理速率发送，需要消耗信道资源；

·WLAN的物理速率不是固定的，而是一个速率集合，一个报文可以使用这个速率集合的任何速率发送，根据经验，，一个比较好的网络中，信号强度非常好的客户端若能够有60%之上的报文采用高速率发送已经是非常理想；

·默认大部分的AP设备不会控制WLAN网络信号覆盖边缘地带的客户端接入，这些客户端的信号强度非常低，会造成大部分甚至超过70%的报文都会按照较低的物理速率进行发送。

五、 结束语

802.11技术的发展整体提升了WLAN网络的应用性能，会极大地提升实际业务应用的感受。但是还需要谨慎的理解到实际WLAN网络应用的复杂性，各种意想不到的环境、因素和干扰同时作用和影响，可能使得网络的实际应用效果和理论性能存在较大的偏差，而且这些原因往往扑朔迷离、难于分析和量化。所以，在实际的WLAN网络接入的应用中，需要根据业务的需求和流量的变化而长期不断地进行优化。

参考文献

IEEE standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications [ANSI/IEEE Std 802.11, 1999 Edition]

IEEE standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications Amendment 5: Enhancement for Higher Throughput [IEEE Std 802.11n-2009]

缩略语

GI       Guard Interval

编辑推荐】