Wi-Fiが計画どおりに機能しない理由と、従業員が使用する電話番号を知る理由

こんにちは

最新のワイヤレスネットワークでのデータ転送速度に実際に影響するものについて話し、いくつかの神話を払拭し、MU-MIMOを搭載した古いルーターを輝く角のあるエイリアンに変更するときかどうかを答えましょう。

ウォームアップのための小さなタスクです。 アクセスポイント（AP）と2つの同一のクライアントデバイス（STA1およびSTA2）で構成されるワイヤレスWi-Fiネットワークを想像してください。

私たちは箱の碑文を読みました：
AP：1733.3 Mbps
STA1、STA2：866.7 Mbps

注意、質問。 両方のクライアントが同時にサーバーから大きなファイルのダウンロードを開始します。 各デバイスはどの帯域幅を期待できますか？

すぐに予約します-わかりやすくするために、スループット（チャネル速度）を単にspeedと呼びます。 はい、トランスポートレイヤープロトコルの速度は、私たちの速度よりも2倍遅くなることがありますが、これはすべて知っています。 今、何か他のものについて。

私たちのタスクは、ワイヤレスネットワークの主な制限を思い出すことです。
共有メディアは、単位時間あたり1つのデバイスのみがブロードキャストすることを意味します。

この事実は、直感に反する答えにつながります。アクセスポイントが1733.3 Mbit / sをサポートできるという事実にもかかわらず、各デバイスは平均で433.3 Mbit / sの速度で動作します。



残りの866.7 Mbpsはどこに行きましたか？ 正しくしましょう。

Airtime Utilizationメトリックを使用して、ワイヤレスネットワークの仕組みを説明すると便利です。 エーテルがデータの送信でビジーである時間を示します。

今注目！ 1733.3 Mbit / sを主張するために、デバイスは片手ですべての時間を空気を占有する必要があります。 この場合、2番目のデバイス（受信側）もこの速度をサポートする必要があります。

繰り返しますが、異なる速度をサポートするデバイス間の接続は、ペアの中で最も速い速度で実行されます。

たとえば、デバイスの最大値が72.2 Mbit / sの場合、すべてが悲しくなります。 エーテルの同じ100％を使用する必要がありますが、結果はまったく印象的ではありません。

ところで、72.2 Mbit / s-速度はランダムではありません。 最近のスマートフォンのほとんどは、それ以上に頼るわけではありませんが、後でもっと頼りになります。

STA1とSTA2に戻ります。 条件に従って、彼らは同時にサーバーへのファイルのアップロードを開始しました。 時間単位ごとにブロードキャストできるデバイスは1つだけです。
CSMA / CAメカニズムを調整します-Wi-Fiを介した衝突回避によるキャリア検知マルチアクセス。 要するに、彼の仕事は、すべてのデバイスに連続して投票する権利を与えることですが、可能であれば、2つ以上のデバイスからの同時送信（衝突）を許可しないことです。

詳細が必要な場合は、 ウィキペディアを読むことができます。
そして、それは良いです。 または- ここで、あなたが非常に深刻な場合。

また、エアタイムの使用率はどこですか？ また、CSMA / CAがこのケースで機能するため、転送の準備ができている2台のクライアントデバイスはそれぞれ、必要に応じて通信時間の約半分、つまり通信時間の50％を受け取ります。

100％エアタイム-866.7 Mbps;
50％エアタイム-各デバイスで433.3 Mbps。

アクセスポイントがすべての6933.3 Mbit / sをサポートしていても、この図は変わりません。 APとSTA間の通信は、常に最速のデバイスの速度によって制限されます。

好奇心から、あなたは問題の条件で少し遊ぶことができます：
STA2-72.2 Mbpsの速度を変更します。
STA3を追加すると、速度は72.2 Mbpsです。
クレームされた1733.3 Mbpsの残りは何ですか？

重要な説明番号1

公平に言えば、BSでエアタイムフェアネス機能が有効になっている場合、これらの計算は正しいことを付け加えます。それなしでは、すべてがさらに悪化します。 このテクノロジーが、自分自身を尊重するほぼすべてのベンダーによって実装されたことは良いことです。

ただし、警告があります。エアタイムフェアネスは、ダウンリンク（APからSTA）でのみ機能します。 アップリンクには依然として無秩序があります。

重要な説明番号2

実際のネットワークでは、空気の混雑、衝突、およびプロトコルの機能により、達成可能な最大レベルのエアタイム使用率は70％から80％の範囲です。
計算された速度はそれに応じて変化します。

なぜそんなに長いプレリュードなのか？ ネットワークで使用されているクライアントデバイスを把握します。 共有データ環境のパフォーマンスへの影響は、過小評価されています。 次に、どのくらいかを理解します。

パート1-お客様がすべてを責める

または、必要に応じてクライアントデバイス。 彼らは何の罪を犯し、実際、それらをアクセスポイントと区別するものは何ですか？



すべてがシンプルです。 ほとんどの場合、顧客はコンパクトで自律的でモバイルです。 すべての問題はこれから続きます。

厚さ7 mmのスタイリッシュな金属ケース？ 4本のMIMO無線パスを配置する場合、これ以上のことは想像できません。

マルチスレッドデータ転送とワイドチャネルはエネルギー消費が大きすぎますか？ 何も、彼らは一日に数回デバイスを充電させてください。

顧客は常に動いていますか？ ナンセンス-最大のポイントで電源を外します。

このような状況では、開発者は妥協を余儀なくされます。

記事の紹介からの強力なアクセスポイント（1733 Mb / s）を覚えていますか？ さらに先へ進みましょう。 802.11ac規格により、高速の6933 Mbpsまで加速できます。

このための条件は次のとおりです。

1. 5 GHz;
2. 8つの空間ストリーム（MIMO 8x8：8）;
3. 160 MHz-チャネル幅。
4. 256QAM-変調。

市場の準拠アクセスポイントは、消費者セグメントでも表されます。 お客様はどうなっていますか？

わかりやすくするために、思考実験を行ってみましょう。抽象的なポイントに非常に具体的なスマートフォンであるiPhone 8を接続します。

2.4 GHz vs 5 GHz

長期観察により、「5」で動作するデバイスが増えていることが確認されています。 それは素晴らしいことです。

2.4 GHzの唯一の利点-減衰が少ない-は今日、ほとんど欠点になっています。

密なネットワークを設計する場合、タスクの1つは干渉との戦いです。 とりわけ、APカバレッジエリアを相互に分離することにより戦います。 壁が使用され、送信機の電力が過小評価されており、2つの「範囲」は明らかに余分です。

いずれにせよ、Wi-Fiの将来は、非常に狭いケースを考慮しない場合、「5」になります。
ただし、統計では、デバイスの分布に関する明確な信頼性のあるデータは提供されません。変数（国、地域、場所、イベントなど）が多すぎます。

おそらく今日、ロシアでは5 GHz帯域のクライアントデバイスでのサポートが50/50に達したと慎重に言うことができます。

ネットワーク上でどのようになるかは別の質問です。
ちなみに、私たちの想像上のiPhone 8は、「5」をうまくサポートしています。

ミモ

802.11nでは、単一の周波数チャネルで複数のデータストリームを同時に送信する機能が登場しました。 しかし、物事はまだそこにあります：

• MIMO 8x8：8クライアントはまだサポートしていません。 まったく;
• MIMO 4x4を使用したクライアントデバイスのほぼ完全な欠如：4-以下のコメントを参照してください。
• MIMO 3x3をサポートするトップラップトップ：3;
• MIMO 2x2をサポートするトップエンドのスマートフォンとタブレット：2;
• デバイスの大部分はSISO 1x1です.1。

そして、MIMOテクノロジーは非常に厳しいためです。




MIMO 4x4：4を搭載したクライアントデバイスは、ごく最近市場に登場し始めました。 これらは主に専用のWi-Fiアダプターですが、Samsungは最近、新しいGalaxy Note 9-MIMO 4x4の説明で私たちを驚かせました。 これは非常に不適切です。市場に類似の特性を持つモバイルデバイスはまだないということを書きたかったからです。

この点で、競争。


彼らが言うように-例外はルールを確認します。

MIMO 4x4を搭載したデバイス：4-ほとんどなし。 MIMO 3x3：3は珍しいMacbook Proの多くです。 MIMO 2x2：2-トップエンドのスマートフォンとタブレット。 統計的多数派は、MIMOをサポートしないデバイスです。

私たちはほとんどのようになりません。 iPhone 8は、最大2つの空間ストリームの転送をサポートするトップエンドのスマートフォンです。

これが重要な質問であることをどのように知ることができますか。 記事の最後の部分で説明します。

私たちが思い出すように、異なる速度をサポートするデバイス間の通信は、ペアの最速の速度で実行されます。

要するに-と1733.3 Mbpsが残った。 悲しい しかし、楽しい-それはほぼ2ギガビットです！

チャンネル幅

802.11acでは、160 MHzの幅のチャネルを使用できます。
これをしないでください。

さらに、80 MHzチャネルも使用することを明確に推奨していません。


実は、バンドを拡張すると、私たちはすべてのストライプの干渉のためにゲートを開くことになります。私たちは自分自身や隣人のために空気を台無しにします。

これが発生する理由については詳細に分析しません-別の記事に記載されていますが、まれに例外を除き、主要ベンダーの推奨事項とベストプラクティスガイドを独自に理解することができます-20 MHzのみです。

顧客の密度と空中の状況が許す場合、40 MHzは「5」でのみ許可されます。

しかし、私たちは楽観主義者です-私たちのネットワークはまさに​​それだと仮定します。
したがって、1733.3 Mbit / sから400 Mbit / sのままです-40 MHzの幅のチャネルの場合。


わかりました、それはもうそれほど印象的ではありませんが、それでも悪くないでしょう？

PS：あなたが森に住んでいて、あなたが何をしているのかをよく理解しているなら-まあ、160 MHzをオンにしてください。 意味があるという事実ではありません。 たとえば、悪名高いiPhone 8はこのチャネル幅をサポートしていませんが、1年前にリリースされました。

最後まで読んで、デバイスに何ができるかを確認してください。

変調

奇妙な事実：クライアントデバイスは、ネットワークの干渉の主な原因です。
それは何のためですか？ また、完全に計画および構成されたネットワークでさえ、最大変調での動作を保証しないという事実は、256QAMには信号品質（RSSIおよびSNR）に関する非常に高い要件があるためです。

RSSIについてさらに詳しく説明します。SNRは、無指向性アンテナを備えたクライアント（モバイルや予測不能）に直接悩まされます。 もちろん、彼らからだけではありません。



その結果、ほとんどの場合、クライアントは要求の少ない変調を使用することを期待してください。 たとえば、64QAM。

私たちの実験では、速度を300 Mbpsに無慈悲に低下させます。


RSSIに関しては、これが私たちのお気に入りのパラメーターです。 802.11規格には説明や要件はないため、各ベンダーは独自の方法でこのメトリックを確認しています。 したがって、異なるクライアントデバイスは同じ場所に異なるRSSIを表示します。

ところで、どのレベルを計画していますか？ -67 dBm？ そして、どのデバイスのために？

小計＃1

非常に楽観的なシナリオであっても、クライアントは6933 Mb / sではなく300 Mb / sの帯域幅しか受信しません。 これは、クライアントが1人だけの場合です。 そのようなネットワークをたくさん知っていますか？

パズルを覚えてください。 より多くの顧客、より悪い。 彼らは前もって動揺したくありませんでしたが、依存は非線形です。 ネットワーク上のデバイスの数が増えると、オーバーヘッドの割合が増加します。


結論：パフォーマンスは、接続されたクライアントに大きく依存します。 おそらく、彼らの能力は非常に限られているでしょう。

楽観的なシナリオは300 Mbps（5 GHz、40 MHz、2SS、64QAM）です。
現実的なシナリオ-72 Mbps（2.4または5 GHz、20 MHz、1SS、64QAM）。

パート2-クライアントデバイスのその他の問題

はい、すべてが始まったばかりです。

3つの主要な問題を区別できます。

• バラエティ;
• 予測不能。
• 脆弱性。

それらをより詳細に分析しましょう。

バラエティ

iPhone 8を覚えていますか？ ところで、良い電話。 iPhone 6以降、AppleがWi-Fi Allianceの認証を取得しなくなったことをご存知ですか？
自分で確認できます-情報は公開されています。 。 同時に、他の驚くべき発見についてのコメントを書いてください。

Wi-Fi Allianceとはどのような組織ですか？
彼らは動物園で秩序を保とうとしている。 Wi-Fi認定アイコンは、デバイスが802.11標準の主要ポイントに準拠しているかどうかが確認されていることを意味します。 チェックは認定ラボで行われ、多かれ少なかれ真剣に行われます。

なぜこの必要性が生じたのですか？
さまざまなチップセットで動作し、さまざまな程度の資格と道徳的なガイドラインを持つ人々によって開発された数百万のさまざまなデバイスとの互換性を確保するため。

役に立ちましたか？
そうでもない。 実践が示すように、各ベンダーには独自のビジョンがあり、標準から逸脱することができます（もちろん意図的です）。

1つの楽しい例は、昨年のKRACKです。 多くのメーカーが独自の方法でキー交換手順を解釈したため、すべてのデバイスが脆弱であるわけではありません。 特に、4ウェイハンドシェイクシーケンスの3番目のメッセージに対する応答がない場合の動作方法。 興味があればもっと読んでください。

結果は何ですか？
動物園。

明らかな理由から、最も簡単な方法はAppleを使用することです。 彼らは新製品を認定していませんが、デバイスのフリートはまだ限られています。 したがって、さまざまなシナリオで動作をテストできます。

次はAndroidです。 ここでは、メーカーに大きく依存しますが、一般的に-さらに多くの未知数。 ここに中国語を追加します。

これが分類のアイデアの終わりです。 オペレーティングシステム、ドライバー、レガシーデバイス、マルチクッカー、ドアロック、CCTVカメラ-BYODとIoTの栄光。

問題は、多くの重要な決定がクライアントデバイスによって単独で行われるという事実によって悪化し、それらに直接影響を与えることはできません。
「5」または「デュース」に接続しますか？
ローミングまたは古いAPにとどまりますか？
どのモジュレーションで動作しますか？

これについては、次の章で詳しく説明します。

予測不能

Wi-Fiは、クライアントデバイスが自分で問題に対処しようとするように設計されています。 これらのソリューションは常に最適とは限りません。



デバイスにとって、-85 dBmのレベルで6番目のチャネルに座ったほうが、-50 dBmのレベルの無料の「5」で動作する隣接ポイントに再接続するよりも良いと思われる場合は、そうなります。

クライアントデバイスの動作を直接制御する効果的なメカニズムはありません。 これは、たとえばセルラー通信との違いです。

あなたは反対しますが、2008年と2011年にそれぞれ採用された802.11k（無線リソース測定機能）と802.11v（無線ネットワーク管理）はどうですか？

これらの標準は、理論的には問題の解決を目的としています。 実際には-何も動作しません。

はい、ポイントは負荷分散要求を送信できます-クライアントにローミングを丁寧に依頼します。 この要求を満たすために誰も必要ありません。 さらに、802.11kおよびvをサポートするクライアントはまだほとんどありません。

上記の標準の主な用途は、高速ローミングメカニズム802.11r（高速BSS移行）を支援することです。 クライアントは、再接続する必要がある最も近いAPのリストを受け取ります-そして、さらに贅沢なデバイスは彼にとって最適なものを決定します。

ローミングに関する多くのコピーが壊れています。良い記事はHabrにあります。
一 二。
美しいアンドリュー・フォン・ナジの記念碑的な（しかし不完全な）研究がまだあります-
3。

繰り返しますが、もう一度強調するだけです。APの切り替えはクライアントの良心にかかっています。 これとほとんどの問題から。

ベンダーは顧客の独立に苦労しています。 標準ツールは役に立たないため、トリックが使用されます。 ビジネスの本と同じです。説得しようとせず、クライアント自身が正しい選択をするようにします。

したがって、たとえば、バンドステアリングは機能します（顧客を「2人」からより「5人」に移すメカニズム）：

1. デバイスはネットワークに接続しようとしています。 ほとんどの場合、それは正確に2.4 GHzになります。デバイスドライバーにとっては、これがより良いと思われます。
2. APは、デバイスが5 GHzをサポートしているかどうかを確認します。 スマートシステムは、要求が以前に「5」に送信または接続されたすべてのMACアドレスを常に追跡します。
3. DualBandクライアント（両方の帯域をサポート）は、2.4 GHz帯域で要求に対する応答を受信しません。
4. これは連続して数回発生し、その結果、失望したドライバーは別の範囲で最高のシェアを探すことにします。
5. 出来上がり！

残念ながら、一部のデバイスは非常に頑固です。 信念は機能せず、ポイントが降伏して接続を確認するまで、選択した範囲にしがみつきます。
さもなければ、予期しない結果に陥る可能性があるため、あきらめる必要があります-拒否されてイライラしたクライアントは、このSSIDを信頼できないとマークし、ネットワークへの自動接続を停止します（たとえば、Appleデバイスは同様の動作に気づいた）。

リストは延々と続く：

• 予期しない非常に健全なスリープ（PowerSave実装の機能）;
• 明らかにエーテルの条件を満たさない変調に取り組みます。
• 不正なトラフィックの色付け（QoS）。
• 認証ポータルの特定のスクリプト（公共の場所でWi-Fiに接続する際に問題がありましたか？）。

修正：クライアントデバイスドライバーソリューションを直接管理することは不可能です。 既存のメカニズムでは、間接的に顧客が適切な選択を行うように動機付けられます。 クライアントは常に正しいとは限りませんが、気にしません。

脆弱性

ご存知のように、システム全体のセキュリティは、その要素の中で最も弱いレベルです。 適切に構成されたワイヤレスネットワークでは、クライアントデバイスは必然的にそのような要素になります。 問題は何ですか？

• 不審なアクティビティを制御し、対処するためのリソースはありません。
• セキュリティポリシーの更新は利用できないか、遅れて表示されます。
• 製造業者は標準の要件を選択的に満たしますが、普遍性はありません。
• レガシーデバイスは現在のセキュリティ要件を満たしていません。
• 管理者はクライアントデバイスを制御できません。
  
• 人々-デバイスユーザー-は、ソーシャルエンジニアリングに対して脆弱です。

以下は、企業ネットワークで使用されるソリューションの例です。

• BYODを禁止します。 従業員にはソフトウェアがプリインストールされたデバイスが与えられ、管理者ポリシーはセキュリティポリシーを制御します。
• MDM（モバイルデバイス管理）、NAC（ネットワークアクセス制御）、およびさまざまな程度の効果でクライアントデバイスを制御できる他のソリューション。 たとえば、スマートフォンでのカメラの使用をリモートで禁止できます。
  

通常のユーザーは、セキュリティの問題を完全に無視することがよくあります。

ワイヤレスセキュリティのトピックは広範です。 この記事では、サイバー犯罪者の主な攻撃ベクトルがいわゆる「ぶら下がり果物」であるという事実に限定します。 ほとんどの場合、クライアントデバイスはそのような果物になります。



誇りを持ってOSに更新プログラムをインストールしない従業員のスマートフォンにアクセスするのに十分な場合、なぜ安全なネットワークに直接入ろうとするのですか？

小計＃2

これらの問題（クライアントデバイスの多様性、予測不能性、脆弱性）は、ワイヤレスネットワークの設計者と管理者にとって深刻な課題です。
理想的な計画、完全な無線調査、高品質の設置は、ネットワークの安定した運用を保証するものではありません。

加入者が使用するデバイスを知ることは本当に重要です。 このデバイスまたはそのデバイスの特性を理解することは残っています。

突然、これは簡単な作業ではありません。

パート3-メーカーは何かを隠しています

方法1.論理

簡単かもしれません-メーカーのウェブサイトにアクセスして、デバイスの詳細な仕様を確認します。

おなじみのiPhone 8の例を試してみましょう。


AppleのWebサイト。

MIMOを使用した802.11ac Wi-Fi ...あまり有益ではありません。 空間ストリームはいくつですか？ 最大チャネル幅は？ 802.11r、k、vのサポートはありますか？ MU-MIMO？

SamsungはGalaxy S9に関する情報をもう少し喜んで共有します。


SamsungのWebサイト。

1024QAMの神秘的な変調（正式には802.11axでのみ表示されます）を破棄しても、デバイスについてはあまりにも多くのことがわかりません。

メーカーの開放性の程度は大きく異なります-快適な例外があります。 基本的に、多くの知識が多くの悲しみであるので、彼らは誰もが内部の台所に入れないようにします（もちろん、私たちの利益のために）。

誰もがこれに同意するわけではありません。

方法2.実用的

不満のあるユーザーは、デバイスの抽出された特性を記録する独自のデータベースを長い間維持してきました。

顕著な例は、 尊敬されるマイクアルバノのサイトです。



ここでは、次の情報を見つけることができます。

• デバイスで使用可能なチャネルのリスト。
• サポートされている標準
• 空間ストリームの数。
• MU-MIMOをサポート。
• 最大送信機パワー。

この情報を信頼するかどうかは、すべての人の仕事です。
気にする人は誰でも、研究結果を一般に公開することで貢献できます。 手順については、 貢献方法を参照してください。 このマニュアルから、関心のあるすべての情報が、APに接続されたときにクライアントデバイスによって送信されるAssociation Requestフレームに含まれていることがわかります。

方法3.オタク向け

必要なのは、初期接続に伴うサブスクライバとAP間のメッセージ交換を傍受することだけです。 このトラフィックは暗号化されませんが、問題が発生する可能性があります-すべてのWi-Fiアダプターが802.11フレームを「スニッフィング」できるわけではありません。 オペレーティングシステムは、さまざまな程度で、タスクを促進または複雑にすることもできます。
このトピックは素晴らしいGoogleなので、リンクは提供しません。

幸運な人は次の写真を見ることができます：



すべてがあります、友達。
好奇心Of盛な-すでに退屈しているiPhone 8はMU-MIMOをサポートしていません。 しかし、私たちはあなたの喜びを損ないません。

ところで、ユーザーが受信した既製のPCAPファイルは、同じclients.mikealbano.comにダウンロードできます

方法4.ボーナス

デバイス全体の詳細を調べるには、別の素晴らしい方法があります。 驚くべきこと-登録とSMSなし。

米国で販売されているすべてのデバイスは、FCC-Federal Communications Commissionから認証を取得する必要があります。 その結果、デバイスにはFCC IDが割り当てられます。FCCIDを使用すると、FCC Webサイトで大量の情報を直接取得できます。

コード自体（FCC ID）は、多くの場合、デバイス上またはデバイス上のボックスにあります。 最後の手段として、インターネットが役立ちます。

コードは、被付与者コードと製品コードの2つの部分で構成されています。 写真のように入力してください：



認証中に使用されるデータを含むドキュメントの広範なアーカイブにアクセスできます。 デバイスの内部写真も利用可能です-場合によっては、チップのモデルを見ることができます。

SARレポートファイルに特に注意してください-このレポートに基づいて、フォイルキャップの厚さを決定できるだけでなく、デバイスの特性に関する詳細情報も取得できます。 ビンゴ！

小計＃3

メーカーは、クライアントデバイスの特性に関する完全な情報を急いで開示することはありません。 それでも、コミュニティの活動、オープンソース、そして彼ら自身の忍耐力のおかげで、必要なすべてのデータを取得できます。

おわりに

従業員が使用している電話を知る必要があるのはなぜですか？ そして、古いルーターを変更する時ですか？

もちろん、それはすべてタスクに依存します。 信頼性が高く予測可能なネットワークを構築する場合、クライアント機器を刷新することはできません。 計画と保守の際にその機能を考慮してください-あなたは低コストとユーザー満足度の向上で報われるでしょう。

上記のすべてが高品質のアクセスポイントを使用する必要性を排除するわけではありません。主要なベンダーの業績の多くは本当に効果的です-知っておくためにブログを読んでください。
繰り返しになりますが、顧客の特性を考慮して、実用的なソリューションにお金をかけます。
この記事がお役に立てば幸いです。

頑張って

投稿者： Leonid Tekanov 、CompTekワイヤレスエンジニア。
この記事に基づくプレゼンテーションは、2018年10月25日に毎年開催される「会話」会議で開催されました。 以下をお見逃しなく。

有用なリソース：

CWNP-ワイヤレスネットワークを十分に理解するだけでなく、証明書の形で公式の承認を得たい場合。

Revolution Wi-Fi -Andrew von Nagyのサイト-世界に最も便利なRevolution Capacity Plannerを提供した権威ある同志。

Divergent Dynamics-尊敬されるDevin Akinのサイト。妥協を許さない専門家であり、多くの貴重な記事の著者です。

WLANプロフェッショナル -キースパーソンズの発案-真のWi-Fiベテラン。 真面目な人のための多くの有用な資料と年次会議全体。

badfi.comは、悪いWi-Fiに関する良いサイトです。