Конкатенация пакетов Wi-Fi, что это такое

Обновлено: 21.11.2024

В этом разделе описывается, как настраивать соединения Wi-Fi и управлять ими.

9.1. Установка регулятивного домена беспроводной связи

В Red Hat Enterprise Linux пакет crda содержит Центральный агент регуляторного домена, который предоставляет ядру регуляторные правила беспроводной связи для данной юрисдикции. Он используется некоторыми сценариями udev и не должен запускаться вручную, кроме случаев отладки сценариев udev. Ядро запускает crda, отправляя событие udev при изменении нового регулятивного домена. Изменения регулятивного домена инициируются беспроводной подсистемой Linux (IEEE-802.11). Эта подсистема использует файл регламентации.bin для хранения информации своей нормативной базы данных.

Утилита setregdomain устанавливает регулятивный домен для вашей системы. Setregdomain не принимает аргументов и обычно вызывается через системный скрипт, такой как udev, а не вручную администратором. Если поиск кода страны не удался, системный администратор может определить переменную среды COUNTRY в файле /etc/sysconfig/regdomain.

Дополнительные ресурсы

справочная страница setregdomain(1)
справочная страница crda(8)
справочная страница regulatory.bin(5)
справочная страница iw(8)

9.2. Настройка подключения Wi-Fi с помощью nmcli

Эта процедура описывает, как настроить профиль подключения Wi-Fi с помощью nmcli.

Предпосылки

Убедитесь, что радиомодуль WiFi включен (по умолчанию):

Процедура

Чтобы создать профиль подключения Wi-Fi со статической конфигурацией IP:

Установите DNS-сервер. Например, чтобы установить 192.160.100.1 в качестве DNS-сервера:

Чтобы проверить определенное свойство, например mtu :

Чтобы изменить свойство параметра:

Чтобы проверить изменение:

Этапы проверки

Используйте утилиту ping, чтобы убедиться, что этот хост может отправлять пакеты другим хостам.

Пропинговать IP-адрес в той же подсети. Например:

Если команда не удалась, проверьте настройки IP и подсети.

Эхо-запрос IP-адреса в удаленной подсети. Например:

Если команда не удалась, пропингуйте шлюз по умолчанию, чтобы проверить настройки.

Используйте утилиту хоста, чтобы убедиться, что разрешение имен работает. Например:

Если команда возвращает какую-либо ошибку, например превышение времени ожидания подключения или отсутствие доступа к серверам, проверьте настройки DNS.

Дополнительные ресурсы

9.3. Настройка соединения Wi-Fi с помощью центра управления

При подключении к сети Wi-Fi сетевые настройки предварительно заполняются в зависимости от текущего сетевого подключения. Это означает, что настройки будут определяться автоматически при подключении интерфейса к сети.

Эта процедура описывает, как использовать центр управления для ручной настройки параметров Wi-Fi.

Процедура

Нажмите клавишу Super, чтобы войти в Обзор действий, введите Wi-Fi и нажмите Enter. В левой части меню вы видите список доступных сетей.

Выберите значок шестеренки справа от имени подключения Wi-Fi, которое вы хотите изменить, и появится диалоговое окно редактирования подключения. Окно меню «Подробности» показывает сведения о подключении, где вы можете выполнить дальнейшую настройку.

Параметры

Если выбрать Подключаться автоматически , NetworkManager автоматически подключается к этому соединению всякий раз, когда NetworkManager обнаруживает, что оно доступно. Если вы не хотите, чтобы NetworkManager подключался автоматически, снимите флажок. Обратите внимание: когда флажок снят, вам нужно выбрать это подключение вручную в меню значка сетевого подключения, чтобы оно установилось.
Чтобы сделать подключение доступным для других пользователей, установите флажок Сделать доступным для других пользователей.

Вы также можете контролировать использование данных в фоновом режиме. Если оставить параметр Ограничить использование фоновых данных неуказанным (по умолчанию), то NetworkManager попытается загрузить данные, которые вы активно используете. В противном случае установите флажок, и NetworkManager установит подключение как лимитное и применит ограничение на использование данных в фоновом режиме.

Чтобы удалить соединение Wi-Fi, нажмите на красное поле «Забыть соединение».

Выберите пункт меню Identity, чтобы просмотреть основные параметры конфигурации.

SSID — идентификатор набора служб (SSID) точки доступа (AP).

BSSID. Базовый идентификатор набора служб (BSSID) — это MAC-адрес, также известный как аппаратный адрес, конкретной точки беспроводного доступа, к которой вы подключаетесь, когда в режиме инфраструктуры. Это поле по умолчанию пусто, и вы можете подключиться к беспроводной точке доступа по SSID, не указывая ее BSSID. Если указан BSSID, это заставит систему ассоциироваться только с определенной точкой доступа. Для одноранговых сетей BSSID генерируется случайным образом подсистемой mac80211 при создании одноранговой сети. Он не отображается NetworkManager .

MAC-адрес. MAC-адрес позволяет связать определенный беспроводной адаптер с определенным соединением (или соединениями).

Клонированный адрес — клонированный MAC-адрес для использования вместо реального аппаратного адреса. Оставьте пустым, если не требуется.

Для дальнейшей настройки IP-адреса выберите пункты меню IPv4 и IPv6.

По умолчанию и IPv4, и IPv6 настроены на автоматическую настройку в зависимости от текущих настроек сети. Это означает, что такие адреса, как локальный IP-адрес, DNS-адрес и другие параметры, будут определяться автоматически при подключении интерфейса к сети. Если DHCP-сервер назначает IP-конфигурацию в этой сети, этого достаточно, но вы также можете указать статическую конфигурацию в настройках IPv4 и IPv6. В пунктах меню IPv4 и IPv6 вы можете увидеть следующие настройки:

Автоматически (DHCP) — выберите этот вариант, если сеть, к которой вы подключаетесь, использует объявления маршрутизатора (RA) или сервер DHCP для назначения динамических IP-адресов. Вы можете увидеть назначенный IP-адрес в пункте меню «Подробности».
Только локальная связь — выберите этот вариант, если в сети, к которой вы подключаетесь, нет DHCP-сервера и вы не хотите назначать IP-адреса вручную. Случайные адреса будут назначаться в соответствии с RFC 3927 с префиксом 169.254/16 .
Вручную — выберите этот вариант, если хотите назначать IP-адреса вручную.
Отключить — IPv4 отключен для этого подключения.

Если параметр «Автоматически» включен , а DHCP-сервер, который назначает DNS-серверы для этого подключения, недоступен, переключите его в положение «ВЫКЛЮЧЕНО», чтобы ввести IP-адрес DNS-сервера, разделяя IP-адреса запятой.

Обратите внимание, что в разделе «Маршруты», когда для параметра «Автоматически» установлено значение «ВКЛ», используются маршруты из объявлений маршрутизатора (RA) или DHCP, но вы также можете добавить дополнительные статические маршруты. Когда OFF , используются только статические маршруты.

Адрес. Введите IP-адрес удаленной сети, подсети или хоста.
Сетевая маска — маска сети или длина префикса IP-адреса, введенного выше.
Шлюз — IP-адрес шлюза, ведущего к удаленной сети, подсети или хосту, указанному выше.
Метрика – стоимость сети, значение предпочтения для этого маршрута. Более низкие значения будут предпочтительнее высоких.

Использовать это подключение только для ресурсов в своей сети

Установите этот флажок, чтобы соединение не становилось маршрутом по умолчанию.

Кроме того, чтобы настроить параметры IPv6 в соединении Wi-Fi, выберите пункт меню IPv6:

Автоматически — выберите этот вариант, чтобы использовать автоматическую настройку IPv6-адресов без сохранения состояния (SLAAC) для создания автоматической конфигурации без сохранения состояния на основе аппаратного адреса и объявлений маршрутизатора (RA).
Автоматически, только DHCP — выберите этот вариант, чтобы не использовать RA, а запрашивать информацию непосредственно у DHCPv6 для создания конфигурации с отслеживанием состояния.
Только локальная связь — выберите этот вариант, если в сети, к которой вы подключаетесь, нет DHCP-сервера и вы не хотите назначать IP-адреса вручную. Случайные адреса будут назначаться в соответствии с RFC 4862 с префиксом FE80::0 .
Вручную — выберите этот вариант, если хотите назначать IP-адреса вручную.
Отключить — IPv6 отключен для этого подключения.

Чтобы настроить параметры безопасности при подключении к сети Wi-Fi, выберите пункт меню "Безопасность".

Не подключайтесь к сетям Wi-Fi без шифрования или поддерживающим только незащищенные стандарты WEP или WPA.

Доступны следующие параметры конфигурации:

Безопасность

При добавлении нового подключения нажатием кнопки "плюс" NetworkManager создает новый файл конфигурации для этого подключения, а затем открывает то же диалоговое окно, которое используется для редактирования существующего подключения. Разница между этими диалоговыми окнами заключается в том, что существующий профиль подключения имеет пункт меню «Подробности».

9.4. Подключение к сети Wi-Fi с помощью nmcli

Эта процедура описывает, как подключиться к беспроводному соединению с помощью утилиты nmcli.

Предпосылки

Убедитесь, что радиомодуль WiFi включен (по умолчанию):

Процедура

Чтобы обновить список доступных подключений Wi-Fi:

Чтобы просмотреть доступные точки доступа Wi-Fi:

Для подключения к сети Wi-Fi с помощью nmcli:

Обратите внимание, что если вы хотите отключить состояние Wi-Fi:

9.5. Подключение к скрытой сети Wi-Fi с помощью nmcli

Все точки доступа имеют идентификатор набора служб (SSID) для их идентификации. Однако точка доступа может быть настроена так, чтобы она не транслировала свой SSID, и в этом случае она будет скрыта и не будет отображаться в списке доступных сетей NetworkManager.

Эта процедура показывает, как можно подключиться к скрытой сети с помощью инструмента nmcli.

Предпосылки

Утилита nmcli, которую необходимо установить.
Чтобы узнать SSID и пароль подключения Wi-Fi.

Убедитесь, что радиомодуль WiFi включен (по умолчанию):

Процедура

Подключиться к скрытому SSID:

9.6. Подключение к сети Wi-Fi с помощью графического интерфейса GNOME

Эта процедура описывает, как вы можете подключиться к беспроводной сети, чтобы получить доступ к Интернету.

Процедура

Откройте меню значков сетевого подключения GNOME Shell в правом верхнем углу экрана.
Выберите Wi-Fi не подключен .
Нажмите кнопку «Выбрать сеть».

Нажмите на имя сети, к которой вы хотите подключиться, а затем нажмите Подключить .

Обратите внимание: если вы не видите сеть, возможно, она скрыта.

Если сеть защищена паролем или требуются ключи шифрования, введите пароль и нажмите Подключить .

Обратите внимание: если вы не знаете пароль, обратитесь к администратору сети Wi-Fi.

Дополнительные ресурсы

9.7. Настройка сетевой аутентификации 802.1X для существующего подключения Wi-Fi с помощью nmcli

С помощью утилиты nmcli можно настроить клиент для аутентификации в сети. В этой процедуре описывается, как настроить аутентификацию защищенного расширяемого протокола аутентификации (PEAP) с помощью протокола аутентификации Microsoft Challenge-Handshake версии 2 (MSCHAPv2) в существующем профиле подключения Wi-Fi NetworkManager с именем wlp1s0 .

Предпосылки

В сети должна быть установлена сетевая аутентификация 802.1X.
Профиль подключения Wi-Fi существует в NetworkManager и имеет допустимую конфигурацию IP.
Если от клиента требуется проверка сертификата аутентификатора, сертификат центра сертификации (ЦС) должен храниться в каталоге /etc/pki/ca-trust/source/anchors/.
Пакет wpa_supplicant установлен.

Процедура

Установите режим безопасности Wi-Fi на wpa-eap , расширяемый протокол аутентификации (EAP) на peap , внутренний протокол аутентификации на mschapv2 и имя пользователя:

Обратите внимание, что параметры wireless-security.key-mgmt , 802-1x.eap , 802-1x.phase2-auth и 802-1x.identity необходимо задать одной командой.

При желании сохраните пароль в конфигурации:

По умолчанию NetworkManager сохраняет пароль в виде открытого текста в файле /etc/sysconfig/network-scripts/keys- имя_соединения, который может прочитать только пользователь root. Однако незашифрованные пароли в файле конфигурации могут представлять угрозу безопасности.

Для повышения безопасности установите для параметра 802-1x.password-flags значение 0x1. С этим параметром на серверах со средой рабочего стола GNOME или работающим апплетом nm NetworkManager получает пароль от этих служб. В других случаях NetworkManager запрашивает пароль.

Если от клиента требуется проверка сертификата аутентификатора, установите для параметра 802-1x.ca-cert в профиле подключения путь к сертификату ЦС:

Из соображений безопасности Red Hat рекомендует использовать сертификат аутентификатора, чтобы клиенты могли проверять подлинность аутентификатора.

Беспроводные локальные сети испытывают снижение производительности при наличии небольших пакетов. Основной причиной этого являются большие накладные расходы, добавленные на физическом и канальном уровнях. В этой статье предлагается алгоритм конкатенации, который группирует пакеты IP-уровня перед передачей, называемый PAC-IP. В результате дополнительная нагрузка на физическом и канальном уровнях распределяется между сгруппированными пакетами. Наряду с улучшением производительности, PAC-IP обеспечивает справедливость на основе пакетов при доступе к среде, а также включает модуль поддержки QoS, обрабатывающий запросы трафика, чувствительные к задержке. Производительность предложенного алгоритма оценивается как с помощью моделирования, так и с помощью экспериментальной тестовой среды WLAN, охватывающей сценарии с одним переходом и широко распространенной инфраструктурной сетью. Полученные результаты подчеркивают значительное повышение производительности в различных сценариях работы и условиях канала.

Пропускная способность EEE 802.11b в зависимости от размера пакета на рис. 2, где представлены результаты оценки пропускной способности TCP в зависимости от размера пакета для IEEE 802.11b. Для экспериментов выбрано расширение IEEE 802.11b как наиболее распространенная на сегодняшний день реализация, поддерживаемая большинством производителей. Однако, поскольку они отличаются только физическим интерфейсом, достоверность полученных результатов может быть расширена за счет концептуального сходства с другими версиями стандарта (802.11a и 802.11g). Детали среды для проведенных экспериментов описаны в разделе 5. На рисунке 2 показано, что для небольших пакетов (левая часть графика) производительность IEEE 802.11b резко снижается. Таким образом, для пакетов размером менее 100 байт пропускная способность может составлять менее 10 % доступной емкости. Как следствие, основной идеей оптимизации производительности беспроводного канала является увеличение доступной пропускной способности канала за счет увеличения размера пакета путем объединения небольших пакетов в большой «групповой пакет». Было предложено несколько решений для выполнения объединения данных либо на транспортном, либо на канальном уровне. На транспортном уровне одно из первых решений было предложено Нэглом в 1984 г. и теперь известно как алгоритм Нэгла [8, 17]. Этот алгоритм направлен на уменьшение количества небольших пакетов, генерируемых приложениями на основе TCP (такими как Telnet). Основная идея алгоритма Nagle заключается в том, чтобы позволить отправителю TCP собирать больше данных, поступающих от приложения, вместо немедленного вывода нескольких небольших сегментов. Конкатенация ограничена максимальным размером пакета, который может быть построен, что соответствует максимальному размеру сегмента TCP-соединения, а также временем, необходимым для процесса сбора. В настоящее время алгоритм Nagle является стандартным требованием для реализации TCP. Алгоритм Нейгла вместе с его модификациями [9, 18], не меняющими основной идеи его работы, образуют группу решений, реализующих конкатенацию на транспортном уровне. На канальном уровне объединение выполняется с учетом характеристик физического канала.

Откройте для себя мировые исследования

20 миллионов участников
135 миллионов публикаций
Более 700 тыс. исследовательских проектов

Рис. 8. Производительность инфраструктуры WLAN в зависимости от количества клиентских узлов (без ошибок связи): (а) пропускная способность соединений (TCP) и (б) скорость

Рис. 9. Производительность PAC-IP в среде, подверженной ошибкам: (a) относительно коэффициента ошибок при передаче пакетов (PER) и (b) относительно коэффициента ошибок по битам (BER)

<р>. Предыдущие работы по развитию передачи данных для сенсорных сетей можно разделить на два типа. Первый — это «случайный ожидающий сбор», который обычно использует механизм сбора в буфере каждого узла без какого-либо планирования [3][4][5]. Этот метод не может гарантировать производительность сбора, поскольку исходящая ссылка не всегда передается после входящей ссылки. .

В этом документе представлен межуровневый распределенный протокол планирования для передачи сбора данных датчиков в беспроводных сетях акторов датчиков и приводов. Мы предлагаем алгоритм родительско-доминантного планирования решений без коллизий (PDDSCF) для адаптации динамики каналов в реалистичной беспроводной сети с низким энергопотреблением. Кроме того, протокол имеет облегченный механизм для поддержания конфликтных ссылок. Мы оценили протокол и его реализацию в аппаратном обеспечении TinyOS и Telosb.Эксперимент показывает, что наш протокол устойчив к изменениям топологии и имеет значительные улучшения для снижения нагрузки трафика в реальных беспроводных сетях.

<р>. В rBPMN можно моделировать различные служебные данные протокола для различных передач сообщений. В этом примере были установлены типичные значения для комбинации TCP, IP и WiFi 802.11, в результате чего размер заголовка кадра F h равен 82 байтам, а размер полезной нагрузки кадра F pl равен 2230 байтам (Клязович и Гранелли, 2008). .

<р>. Там авторы заключают, что для любой заданной частоты ошибок по битам существует оптимальный размер пакета, который максимизирует хорошую пропускную способность. Связанные работы по VoIP через WLAN [7], [8], [9] и сети UWB [10] предложили введение схемы агрегации пакетов. В этом методе время обслуживания компенсируется длиной пакета: увеличение времени обслуживания CSMA/CA компенсируется за счет объединения нескольких пакетов верхнего уровня в один пакет MAC. .

Беспроводные ячеистые сети — это наиболее многообещающее применение стандарта IEEE 802.11 в беспроводном домене с несколькими переходами. Отсутствие масштабируемости установок WMN в любом случае представляет собой серьезное препятствие на пути к их успеху: чтобы преодолеть это ограничение и увеличить количество потенциальных пользователей на установку, необходимо внедрить подходящие методы. В этой статье мы описываем межуровневую схему, которая улучшает масштабируемость WMN, используя агрегацию кадров уровня MAC. Схема связывает метрики маршрутизации с состоянием канала. Предлагается закрытая формула для онлайн-вычисления оптимальной длины пакета на основе измеримых показателей маршрутизации и количества станций в диапазоне. Мы протестировали схему на тестовом стенде в конкретном случае VoIP-потоков и продемонстрировали очень большой прирост голосовой емкости даже в случае фонового трафика.

<р>. Например, алгоритм Нэгла [8] использует эту идею на транспортном уровне. В контексте беспроводных сетей 802.11 исследователи предложили использовать объединение пакетов, но на уровнях MAC и IP [9], [10], [11], [12]. .

Шаблон трафика "многие к одному" в беспроводных сенсорных сетях (WSN) приводит к значительному снижению производительности по отношению к приемнику. Чтобы смягчить это так называемое явление воронки, исследователи предложили различные механизмы на разных уровнях. В этой статье мы рассматриваем пакетную пересылку или объединение пакетов на сетевом уровне и экспериментально демонстрируем, как это улучшает коэффициент доставки и задержку между конечными точками в WSN. Соответственно, мы сначала разрабатываем аналитические модели при упрощенных предположениях. Затем мы проводим обширные реальные эксперименты с использованием TinyOS и IRIS от Crossbow. Как аналитические, так и фактические экспериментальные результаты показывают, что пакетная пересылка значительно повышает эффективность и скорость доставки, особенно в сильно загруженных сетевых средах. Несмотря на некоторую задержку из-за пакетного формирования, пакетная пересылка также улучшает общую производительность end2end задержки благодаря эффективному использованию ресурсов. В результате пакетная пересылка – эффективное решение для сбора данных, и ее следует использовать в приложениях WSN, которые генерируют значительный объем данных датчиков и требуют высокой степени доставки и меньшей задержки.

Описав отдельные проблемы проектирования ячеистых сетей в предыдущей главе, мы теперь опишем проблемы проектирования, которым посвящена более поздняя литература, которые решают проблему совместного проектирования более чем одного функционального или операционного аспекта сети, такого как совместная маршрутизация и управление питанием. Как и прежде, мы рассматриваем подходы к решению, предложенные в литературе, а также описываем проблемы. Сначала мы организуем наше обсуждение с помощью явных комбинаций функций, но позже мы включим обсуждение проектирования для обеспечения устойчивости в энергетике, дизайна, связанного с противодавлением, и дизайна когнитивной сетки, поскольку все эти области дизайна (хотя и имеют свою индивидуальную идентичность) можно рассматривать как совместный или многофункциональный дизайн, как мы описали здесь.

Исследователи недавно изучили использование мобильных приемников в WSN и продемонстрировали его потенциальные преимущества в области энергосбережения. Чтобы максимизировать эту экономию и удовлетворить другие требования QoS, мобильный приемник должен собирать все данные с датчиков в течение ограниченного времени контакта. Это требует предоставления соответствующих механизмов для повышения скорости приема пакетов (PRR) от узлов датчиков к приемнику при эффективном использовании базовых ресурсов. В этой статье мы провели реальные эксперименты, чтобы понять причины сбоев в приеме пакетов. Соответственно, мы воспользовались использованием нескольких радиоприемников в мобильных приемниках. С помощью реальных экспериментов мы оценили прирост производительности, обеспечиваемый мобильными приемниками с несколькими радиомодулями. Мы заметили, что использование нескольких радиоприемников значительно улучшает базовый PRR и обеспечивает требуемый PRR с меньшим количеством повторных передач, особенно в критических диапазонах связи.В свою очередь, минимизация количества передач улучшает другие показатели производительности, включая общую задержку, эффективное использование энергии в сенсорных узлах и срок службы сети.

Беспроводные ячеистые сети (WMN), основанные на стандарте IEEE 802.11, становятся все более популярными как жизнеспособная альтернатива проводным сетям. WMN могут охватывать большие или труднодоступные районы с низкими затратами на развертывание и управление. Для таких сетей было предложено несколько алгоритмов многопутевой маршрутизации с целью балансировки нагрузки трафика в сети и обеспечения устойчивости к отказам узлов или каналов. Агрегация пакетов также была предложена для уменьшения накладных расходов, связанных с передачей кадров, что немаловажно в сетях IEEE 802.11. К сожалению, многопутевая маршрутизация и агрегация пакетов плохо работают вместе, так как преследуют разные цели. Действительно, в то время как маршрутизация с несколькими путями имеет тенденцию распределять пакеты между несколькими следующими переходами, агрегация пакетов работает более эффективно, когда несколько пакетов (предназначенных одному и тому же следующему переходу) объединяются и отправляются вместе в одном кадре MAC. В этой статье мы предлагаем технику, называемую переадресацией с учетом агрегации, которую можно применять к существующим алгоритмам многопутевой маршрутизации, чтобы позволить им эффективно использовать агрегацию пакетов, чтобы значительно повысить производительность сети. В частности, предлагаемый метод не изменяет фазу расчета пути, а просто влияет на решения о пересылке, принимая во внимание состояние очередей отправки. Мы продемонстрировали предложенный нами метод, применив его к Layer-2.5, многопутевой парадигме маршрутизации и пересылки для WMN, которая была предложена ранее. Мы провели тщательную оценку производительности с помощью сетевого симулятора ns-3, которая показала, что наша методика позволяет увеличить производительность как по пропускной способности сети, так и по сквозной задержке.

Политика планирования на основе противодавления, первоначально предложенная Tassiulas et al. в [1] показан потенциал решения многих проблем беспроводных многоскачковых сетей, связанных с равноправием и использованием сети. Недавно политика планирования была адаптирована в протоколах случайного доступа к среде, таких как CSMA/CA, с использованием приоритезации передач уровня MAC. Здесь приоритеты MAC используются для предоставления дифференцированных услуг узлам в зависимости от их незавершенных очередей. Несмотря на то, что эти схемы хорошо работают в экспериментах по имитации обратного планирования, они плохо работают с реалистичным интернет-трафиком, где размеры пакетов сильно различаются. В этой статье мы предлагаем планирование обратного давления на основе агрегации пакетов, которое агрессивно увеличивает скорость обслуживания незавершенных очередей. В отличие от других схем агрегации, представленная схема использует принципы обратного давления для определения того, когда и в какой степени выполняется агрегация. Мы показываем, что это приводит к увеличению скорости обслуживания незавершенных очередей, что, в свою очередь, приводит к высокой пропускной способности и использованию сети. Мы проверяем нашу схему с помощью моделирования и экспериментов на тестовых стендах и показываем, что она обеспечивает значительное улучшение производительности по сравнению с исходной схемой.

Быстрый рост числа абонентов мобильной связи, а также развертывание технологий 3G создают нагрузку на эксплуатационные расходы на транспортную сеть мобильной связи (OPEX), которые составляют 20–40 % от общих операционных расходов оператора мобильной связи из-за их зависимости от T1/ Медные линии Е1. По этим причинам современные транспортные системы (термин, обычно используемый для описания связи между базовыми станциями и радиоконтроллерами) все чаще включают более экономичные технологии с коммутацией пакетов, особенно технологии Ethernet/Интернет. Кроме того, Wi-Fi и WiMAX становятся многообещающими транспортными решениями, и первоначальные выводы продемонстрировали их осуществимость. Тем не менее, понятие миграции сети неизбежно порождает новые технические проблемы, связанные с аспектами синхронизации TDM и пакетной сети, QoS и эффективности пакетов. Этот обзор направлен на всестороннее исследование современных транспортных сетей с коммутацией каналов и новых технологий транспортной сети с коммутацией пакетов на основе исследовательских статей и стандартных документов. Для транспортной сети с коммутацией пакетов мы сосредоточимся на практически важных подходах псевдопроводной связи, которые используются для передачи услуг TDM по сетям с коммутацией пакетов. Мы также обсудим особенности и результаты исследований по использованию технологий Wi-Fi и WiMAX, которые иллюстрируют их потенциал для быстрого и экономичного развертывания транспортной сети. Наконец, мы выделяем некоторые нерешенные вопросы, относящиеся к временной синхронизации в развертывании беспроводных ячеистых транспортных сетей и фемтосот, которые предлагают богатую почву для дальнейших исследований.

Контроль перегрузки – общепризнанная проблема в сложных сетях.Мы обнаружили, что Интернет-протокол (IP) Министерства обороны, чистый протокол дейтаграмм, и протокол управления передачей (TCP), протокол транспортного уровня, при совместном использовании подвержены необычным проблемам перегрузки, вызванным взаимодействием между транспортом и дейтаграммой. слои. В частности, IP-шлюзы подвержены явлению, которое мы называем коллапсом перегрузки, особенно когда такие шлюзы соединяют сети с очень разной пропускной способностью. Мы разработали решения, предотвращающие обрушение заторов. Эти проблемы обычно не признаются, потому что эти протоколы чаще всего используются в сетях, построенных поверх технологии ARPANET IMP. Сети на основе ARPANET IMP традиционно имеют одинаковую полосу пропускания, идентичные узлы коммутации и имеют значительный запас избыточной емкости. Эта избыточная емкость и способность системы IMP ограничивать передачу хостов для большинства хостов и сетей IP/TCP достаточны для обработки перегрузок. Однако с недавним разделением ARPANET на две взаимосвязанные сети и ростом других сетей с отличающимися свойствами, связанных с ARPANET, полагаться на безвредные свойства системы IMP уже недостаточно, чтобы хосты могли обмениваться данными быстро и надежно. Улучшенная обработка перегрузки теперь обязательна для успешной работы сети под нагрузкой. Ford Aerospace and Communications Corporation и ее материнская компания Ford Motor Company управляют единственной существующей на сегодняшний день частной сетью дальней связи IP/TCP. Эта сеть соединяет шесть объектов (один в Мичигане, два в Калифорнии, один в Колорадо, один в Техасе и один в Англии), некоторые из которых имеют обширные локальные сети. Эта сеть перекрестно связана с ARPANET, но использует собственные каналы дальней связи; трафик между предприятиями Ford проходит по частным арендованным каналам, включая арендованное трансатлантическое спутниковое соединение. Все узлы коммутации представляют собой исключительно коммутаторы IP-датаграмм без управления потоком данных между узлами, и на всех хостах работает программное обеспечение, написанное или сильно модифицированное Ford или Ford Aerospace. Пропускная способность каналов в этой сети варьируется в широких пределах, от 1200 до 10 000 000 бит в секунду. В общем, мы не могли позволить себе роскошь избыточной пропускной способности для дальней связи, которой обладает ARPANET, и наши дальние связи сильно загружены в периоды пиковой нагрузки. Таким образом, время передачи в несколько секунд является обычным явлением в нашей сети. Из-за нашей ориентированности исключительно на дейтаграммы, высокой нагрузки и широкого диапазона пропускной способности нам пришлось решать проблемы, которые сообщество ARPANET/MILNET только начинает осознавать. Наша сеть чувствительна к неоптимальному поведению хост-реализаций TCP как в нашей собственной сети, так и за ее пределами. Мы приложили значительные усилия для изучения поведения TCP в различных условиях и решили некоторые широко распространенные проблемы с TCP. Мы приводим здесь две проблемы и их решения. Многие реализации TCP имеют эти проблемы; если пропускная способность через шлюз ARPANET/MILNET для данной реализации TCP хуже, чем пропускная способность в одной сети, существует высокая вероятность того, что реализация TCP имеет одну или обе эти проблемы.

Практически все выпускаемые в настоящее время беспроводные адаптеры стандарта 802.11g имеют такие суффиксы, как «super G», «turbo», «plus» и т. д. Но суффиксы — это только полдела. Производители (точнее, их маркетологи) украшают свои коробки этикетками 108 Мбит/с или даже 125 Мбит/с.

125 — звучит заманчиво. Неужели беспроводные адаптеры работают быстрее, чем старый добрый Fast Ethernet с его кабелями? Может быть, мы должны отпустить их. эти «древние» адаптеры Fast Ethernet? Избавьтесь от кабелей, от которых мы устали, и да здравствует радио Ethernet? :)

Но посмотри, прежде чем прыгнуть, как гласит пословица. В нашем случае это означает, что не мешало бы узнать подробнее об этих загадочных технологиях, о том, как они работают, и какие скорости передачи данных они обеспечивают на самом деле (и самое главное — при каких условиях). Иными словами, надо делать поправку на самое главное для маркетологов — продавать решения от их компании.

Существует множество способов «разогнать» стандарт 802.11g. Точнее, у каждого производителя чипов свой путь (по крайней мере - называются они по-разному). К сожалению, не все производители объясняют детали своей техники. Мне удалось найти информацию об этих методиках только для Atheros и Texas Instruments. Но самый информативный ресурс предоставлен компанией Atheros — у нее даже есть отдельный веб-сайт, посвященный их техникам Super G и Super AG.

На самом деле большая часть этой статьи представляет собой подборку информации с веб-сайтов Atheros и Texas Instruments и лишь мельчайшие подробности из других источников.

Перейдем к технике.

Для начала посмотрим на "чистый" 802.11g. Максимальная пропускная способность этого режима составляет 54 Мбит/с. Я думаю, что большинство пользователей знают, как преобразовать мегабиты в мегабайты?Правильно, нужно разделить мегабит на восемь, чтобы получить скорость передачи данных - 6,75 МБ/с.

Но внимательные читатели (те, кто не просто просматривает введения и выводы, а реально просматривает диаграммы с показателями производительности) знают, что штатный режим 802.11g не дает более ~25 Мбит. Эй, это только половина от 54 Мбит! Где вторая половина? "Где" - отдельная тема. Могу лишь отметить, что действительно пользовательские данные занимают только половину (в лучшем случае) пропускной способности канала.

Это первая плохая новость. Есть и вторая плохая новость. Радиоволны (именно они передают данные в беспроводных сетях) передаются во все стороны от источника сигнала (это общий случай). То есть все слышат передатчик. Каждый может выбрать получать данные или нет, это не важно. Что важно - эти люди не могут ничего передавать на той же частоте в этот момент. Точнее, они могут попытаться, но сигналы от обоих источников будут перекрываться, что приведет к искажению и потере данных. Другими словами, только один из нескольких источников, работающих на одной частоте, может единовременно передавать данные в беспроводных сетях. Это принцип рации: сначала говоришь, потом молчишь и слушаешь.

Таким образом, щедро выделенные ~25 Мбит делятся между всеми участниками беспроводной сети. Если количество клиентов 5 хостов и все они активно передают данные, то каждый участник будет иметь пропускную способность порядка 5 Мбит (на самом деле она будет даже чуть ниже).

Есть и третья плохая новость. Вторая плохая новость про 5 Мбит на каждый из 5 хостов актуальна только в случае сети Ad Hoc, то есть без точки доступа. Если брать более общий случай с точкой доступа, то эти жалкие 5 Мбит придется делить на двоих. Любой обмен с клиентами в режиме Инфраструктура (с точкой доступа) происходит через точку доступа. Сначала он должен получить данные, а затем ретранслировать их получателю. В итоге получаем по 2 с небольшим мегабита на пользователя.

Теперь вернемся к цифрам 108 и 125, которые часто печатаются крупным шрифтом на коробках с товарами. Но вы уже получили его, верно? :)

Разделите эти цифры на два (о идеальном случае мы поговорим позже). Это означает максимум 60 Мбит в случае одного клиента и, следовательно, в n раз меньше в случае N клиентов.

Если все, что вы хотите, это узнать, пора ли избавиться от проводов или "подождать немного", вы можете пропустить оставшуюся часть статьи. Ответ - пока рано. Хотя бы дождитесь WiMAX.

Теперь давайте перейдем к более тщательному изучению способов увеличения пропускной способности беспроводной сети по сравнению со стандартным режимом 802.11g.

Наверное, все плюсы (турбо и т.д.) производителей - это то же самое, что и у TI и Atheros, только под другими названиями. Но детали реализации могут отличаться, поэтому технологии разных производителей могут быть несовместимы друг с другом.

Техника Atheros для 802.11g называется Super G (есть еще одна - Super AG; это то же самое, но для 802.11a, т.е. для сетей 5 ГГц). Atheros Super G позволяет увеличить пропускную способность до 108 Мбит/с. Как честно заявляет Atheros, скорость передачи данных у пользователя может достигать 60 Мбит.

Производительность повышается несколькими способами:

Приемы Atheros Super G / Super AG:

аппаратное сжатие данных в реальном времени
Сжатие Lempel Ziv

увеличение пропускной способности данных за счет предварительно сжатых кадров
не влияет на хост-процессор

использует агрегацию кадров (размер кадра до 3000 байт) и изменение времени.

увеличивает пропускную способность за счет передачи большего количества данных за кадр и устранения межкадровых пауз.

аналогично методам транкинга, используемым в сетях Fast Ethernet, используются двойные каналы для «удвоения» скорости передачи
анализирует среду и соответствующим образом регулирует использование пропускной способности

максимально увеличивает пропускную способность, используя несколько (двух) каналов

Веб-сайт Atheros содержит красочную диаграмму, показывающую влияние различных технологий на скорость передачи данных:

Рис. 1. Преимущества различных технологий беспроводной связи

Базовый режим 802.11g или 802.11a, в котором все расширенные технологии отключены, позволяет использовать до 22 Мбит (чистое значение, доступное пользователю). Добавляя технологии, которые, вероятно, будут включены в будущий стандарт 802.11e (Bursting, Fast Frames, Compression), мы можем увеличить производительность до 40 Мбит включительно. Активация режима Dynamic Turbo, использующего два канала для передачи данных, может повысить производительность до теоретического максимума в 60 Мбит.

Приведенные выше цифры, безусловно, являются максимально возможной производительностью в заданном режиме (в идеальном случае). В действительности все будет зависеть от таких условий, как удаленность клиента от точки доступа, количество одновременно работающих клиентов, радиосреда вокруг беспроводной сети и т.д.

Повышение производительности беспроводной сети от Texas Instruments называется G-Plus. Некоторые из них напоминают приемы из Atheros, другие характерны только для TI.

Методы Texas Instruments G-Plus:

увеличивает пропускную способность за счет устранения накладных расходов из-за «лишних» кадров и задержек между кадрами

Остановимся подробнее на каждой из вышеперечисленных техник - пакетная обработка, сжатие, быстрые кадры, динамическое турбо. Интересно, что все четыре метода работают независимо друг от друга, что позволяет одновременно повысить производительность несколькими способами.

1. Взрыв

Frame Bursting — это метод передачи, поддерживаемый проектом спецификации QoS стандарта 802.11e. Пакетная передача кадров увеличивает пропускную способность любого (точка-точка) канала 802.11a, b или g за счет снижения накладных расходов, связанных с беспроводной передачей. Это позволяет поддерживать более высокую пропускную способность как в однородных, так и в смешанных сетях.

На рисунке 2 показан пример стандартной передачи (без пакетной передачи).

Рис. 2. Стандартный режим 802.11a/b/g

В стандартном режиме мы видим процесс передачи двух кадров (frame1 и frame2) от источника к получателю во времени. Процесс передачи данных разбит на временные интервалы (ось X — время). Поскольку только один источник может передавать данные одновременно, каждая станция должна конкурировать за эфирное время во время DIFS (распределенное межкадровое пространство). Если никакая другая станция не ведет передачу, эфирное время свободно и кадр может быть передан. После передачи кадра (frame1) передатчик ожидает подтверждения об успешной доставке от пункта назначения. Пункт назначения должен отправить подтверждение (ack) практически сразу после SIFS - Short InterFrame Space (если подтверждения не было, источник считает, что кадр не был получен и должен отправить его повторно). После получения подтверждения отправитель снова должен дождаться DIFS и только потом (если эфир еще свободен) начать отправку Frame 2. И так далее.

Таким образом, DIFS занимает значительную часть пропускной способности беспроводной сети.

Теперь давайте посмотрим на картинку передачи кадров с пакетной передачей:

Рис. 3, с разрывом кадров

В этом режиме (Рисунок 3) источник и получатель по очереди захватывают канал для своих передач. После передачи кадра 1 и получения подтверждения передатчик не ожидает требуемой DIFS. Отправитель ждет только SIFS и затем передает второй фрейм данных и т.д. Таким образом, отправитель не дает возможности другим станциям начать передачу - им приходится ждать окончания этой пакетной передачи.

Конечно, общее время передачи в этом режиме ограничено (иначе передача нескольких гигабайт полностью парализовала бы других клиентов данной беспроводной сети). Но отказ от DIFS позволяет передавать больший блок данных за тот же период времени, тем самым экономя пропускную способность канала, что увеличивает общую производительность передачи.

Atheros объявляет, что все ее продукты поддерживают этот метод. Но устройства других производителей, которые не поддерживают эту технику, могут не понимать этот пакетный режим. Таким образом, при обмене данными с продуктом, которому не удается подтвердить пакетную передачу, источник возвращается к базовому режиму.

Реализация Bursting от TI аналогична Atheros. TI предоставляет следующую иллюстрацию своей техники (Рисунок 4):

Рис. 4. Разрыв кадров от Texas Instruments

TI также устраняет "длинное" межкадровое пространство, уменьшая накладные расходы на передачу.

Обе компании не предоставляют информацию о совместимости методов пакетной передачи от TI и Atheros.

Похожие методики "взрыва", вероятно, предлагаются и другими производителями. Но Atheros пошел дальше и расширил эту технику до «динамического взрыва». В нем сообщается, что этот метод особенно эффективен в сетях с количеством беспроводных клиентов более одного.

Например, если есть две станции, рядом и далеко от точки доступа. Конечно, дальняя станция будет работать с точкой доступа на более низкой скорости передачи данных (из-за расстояния). Поэтому его передача (ближнему клиенту) заданного размера займет больше времени, чем потребуется ближнему клиенту для получения данных.В этом случае пакетная активация для дальней станции позволяет сократить эфирное время и, как это ни странно, позволяет ближней станции получать эти данные еще быстрее (поскольку она будет тратить меньше времени на борьбу за эфирное время). Периоды пакетной передачи также зависят от расстояния (точнее, от скорости передачи данных). Ближайшему клиенту предоставляется более длительная пакетная передача, так как он будет передавать больше кадров, потребляя гораздо меньше эфирного времени.

Техника сжатия Atheros

Второй метод от Atheros, расширяющий стандарт 802.11, — это аппаратное сжатие. Он встроен во все чипсеты 802.11a,b,g этой компании. Он использует алгоритм Лемпеля Зива. Этот же алгоритм используется в таких архиваторах, как gzip, pkzip, winzip. Этот движок выполняет сжатие перед передачей и распаковку после приема.

К сожалению, данные не анализируются перед сжатием, все кадры сжимаются. Таким образом, это не всегда хорошо — например, отправка уже сжатого файла может увеличить размер беспроводной передачи.

С другой стороны, хорошо сжимаемые данные будут передаваться меньшими кадрами, что потребует меньше эфирного времени. Это эфирное время может быть использовано другими беспроводными станциями.

Быстрые кадры Atheros

Метод быстрых фреймов объединяет два фрейма в один фрейм большего размера. Таким образом мы избавляемся от лишних накладных расходов (в заголовке второго пакета - в новом пакете остался только один заголовок) и межкадровых пробелов:

Рис. 5. Обычная передача

Рис. 6, с быстрыми кадрами

Размер результирующего фрейма может достигать 3000 байт, что в два раза превышает максимальный размер фрейма стандартного пакета Ethernet. Таким образом, метод Fast Frames будет работать даже при проводной передаче с максимальным размером пакета (1500 байт), путем слияния каждых двух пакетов Ethernet в один пакет большего размера. После согласования FastFrames между точкой доступа и станцией и точка доступа, и станция могут отправлять беспроводные кадры размером 3000 байт соответствующему узлу.

Учитывая, что Fast Frames может работать вместе с Frame Bursting, мы получаем очень хорошие скорости передачи данных. Кстати, по данным Atheros, большинство производителей, использующих в своих чипах Frame Bursting, фактически не поддерживают Fast Frames. С Atheros все в порядке — их устройства поддерживают оба метода.

Техника Fast Frames также основана на проекте стандарта 802.11e. Тем не менее, он может поддерживаться не всем сторонним оборудованием. С другой стороны, этот метод работает в пределах существующих временных параметров (в отличие от пакетной передачи кадров, которая захватывает исключительно канал в течение некоторого времени). Вот почему Fast Frames лучше подходит для беспроводных сетей, в которых используется оборудование разных производителей.

Конкатенация кадров Texas Instruments

Техника объединения кадров в устройствах Texas Instruments использует те же принципы, что и Fast Frames от Atheros.

TI идет дальше. В этом случае происходит слияние двух или более кадров (Рисунок 7):

Рис. 7. Объединение кадров

Таким образом, он выигрывает за счет устранения служебных данных и межкадровых пробелов в одном или нескольких кадрах. TI утверждает, что ее метод объединения кадров будет работать с любыми устройствами 802.11b/b+/g от TI и (!) других производителей. Не совсем понятно, что эта компания имела в виду под другими производителями, если последние не поддерживают эту методику. Возможно, имелись в виду операции с фреймами, размер которых не превышает стандартного (1500 байт).

Конкатенация кадров включает алгоритм, позволяющий объединять только выбранные пакеты в мегакадры. Например, если в очереди на отправку в указанное место назначения находится только один кадр, он будет отправлен немедленно. Другими словами, будут объединены только кадры с одним и тем же адресом назначения (в данном случае MAC-адрес получателя). Алгоритм работает только с одноадресными пакетами - многоадресные пакеты, а также контрольные пакеты отправляются без изменений.

В настоящее время максимальный размер пакета конкатенации может достигать 4096 байт (что является косвенным признаком того, что этот метод несовместим с его аналогом Atheros).

Заключение

Как мы видим, производители не ждут официального анонса стандартов (в данном случае 802.11e), а интегрируют эти новые технологии в свои продукты. Таким образом, они получают хорошие результаты в плане прироста производительности, с одной стороны. Но с другой стороны, техники разных производителей часто несовместимы друг с другом.

Мы еще не рассмотрели Dynamic Turbo от Atheros. О нем будет рассказано во второй части статьи.

Если мы найдем документацию о таких методах, как super/plus/etc, от других производителей беспроводных решений (или если вы разместите ссылки на такие документы на нашем форуме (ссылка на наш форум находится сразу после этой статьи, чуть ниже) ), обзоры этих техник также будут добавлены во вторую часть статьи.

Сетевые протоколы часто должны передавать большие блоки данных, которые сами по себе полны, например, при передаче файла. Базовый протокол может быть не в состоянии обработать такой размер фрагмента (например, ограничение размера сетевого пакета) или основан на потоке, подобно TCP, который вообще не знает фрагменты данных.

В этом случае сетевой протокол должен сам обрабатывать границы блоков и (при необходимости) распределять данные по нескольким пакетам. Очевидно, что ему также нужен механизм для определения границ блоков на принимающей стороне.

Wireshark называет этот механизм повторной сборкой, хотя в спецификации конкретного протокола для этого может использоваться другой термин (например, десегментация, дефрагментация и т. д.).

7.8.2. Как с этим справляется Wireshark

Для некоторых сетевых протоколов, известных Wireshark, реализован механизм поиска, декодирования и отображения этих фрагментов данных. Wireshark попытается найти соответствующие пакеты этого фрагмента и отобразит объединенные данные в виде дополнительных вкладок на панели «Байты пакетов» (для получения информации об этой панели см. Раздел 3.20, «Панель «Байты пакетов»»).< /p>

Рисунок 7.8. Панель «Пакетные байты» с собранной вкладкой

Повторная сборка может выполняться на нескольких уровнях протокола, поэтому возможно появление нескольких вкладок на панели «Байты пакетов».

Вы найдете повторно собранные данные в последнем пакете чанка.

Повторная сборка включена в настройках по умолчанию, но ее можно отключить в настройках соответствующего протокола. Включение или отключение параметров повторной сборки для протокола обычно требует двух вещей:

Во всплывающей подсказке к настройке протокола более высокого уровня будет указано, следует ли также учитывать настройку протокола более низкого уровня.

7.8.3. Повторная сборка TCP

Для повторной сборки неупорядоченных сегментов TCP в дополнение к предыдущей настройке должна быть включена настройка протокола TCP «Повторная сборка неупорядоченных сегментов» (в настоящее время отключенная по умолчанию). Если все пакеты получены по порядку, это предпочтение не будет иметь никакого эффекта. В противном случае (если обнаружены отсутствующие сегменты при последовательной обработке захвата пакета) предполагается, что новый и отсутствующий сегменты принадлежат одному и тому же PDU. Предостережения:

Предполагается, что потерянные пакеты получены не по порядку или повторно переданы позже. Приложения обычно повторно передают сегменты до тех пор, пока они не будут подтверждены, но если при захвате пакетов пакеты отбрасываются, то Wireshark не сможет реконструировать поток TCP. В таких случаях вы можете попытаться отключить этот параметр и, надеюсь, получить частичное разделение вместо того, чтобы видеть только «[сегмент TCP повторно собранного PDU]» для каждого сегмента TCP.
При выполнении захвата в режиме монитора (IEEE 802.11) вероятность потери пакетов выше из-за проблем с приемом сигнала. В этом случае рекомендуется отключить эту опцию.
Если новые и отсутствующие сегменты на самом деле являются частью разных PDU, то обработка в настоящий момент откладывается до тех пор, пока не исчезнут отсутствующие сегменты, даже если начало отсутствующих сегментов завершило PDU. Например, предположим, что шесть сегментов образуют два PDU ABC и DEF. При получении ABECDF приложение может начать обработку первого PDU после получения ABEC. Однако Wireshark также требует получения отсутствующего сегмента D. Эта проблема будет решена в будущем.
В графическом интерфейсе и во время двухпроходного анализа ( tshark -2 ) в предыдущем сценарии оба PDU будут отображаться в пакете с последним сегментом ( F ), а не в первом пакете, в котором последний отсутствующий сегмент равен ПДУ. Эта проблема будет решена в будущем.
Если эта функция включена, такие поля, как SMB «Время от запроса» ( smb.time ), могут быть меньше, если запрос следует за другими неупорядоченными сегментами (это отражает поведение приложения). Однако если происходит предыдущий сценарий, то время запроса основано на кадре, в котором получены все отсутствующие сегменты.

Независимо от настройки этих двух параметров, связанных с повторной сборкой, вы всегда можете использовать параметр «Следовать за потоком TCP» (Раздел 7.2, «Следование за потоками протокола»), который отображает сегменты в ожидаемом порядке.

Читайте также: