Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство

в 17:54, , рубрики: 802.11, csma/ca, wi-fi, wi-fi по-человечески, Беспроводные технологии, Сетевые технологии

2,4 ГГц — это плохо. 5 ГГц — это хорошо. 6 ГГц — это ещё лучше, но послезавтра. Все это знают, кого я тут учу, в самом деле. Всё это хорошо, только делать-то что, когда ты такой, как умный, открываешь какой-нибудь Wi-Fi Explorer, а там сатанизм и этажерки, как на скриншоте?

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 1

Шаг первый — поплакать. Шаг второй — нырнуть под кат. Вопрос простой, а ответ — нет.

Для начала — разминочный тест. Ситуация номер раз: занят один канал в 2.4 ГГц, нужно поставить свою точку доступа. На какой канал?

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 2

  1. На любой, кроме того же самого;
  2. Плюс-минус пять каналов от занятого, то есть, шестой и дальше;
  3. Лучше, конечно, на шестой или одиннадцатый;
  4. На тот же самый канал.

Ситуация вторая: диапазон 2,4 ГГц занят двумя точками доступа: одна вещает на первом канале с шириной 40 МГц, вторая — на девятом в такой же ширине. Куда нам встать со своей точкой доступа?

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 3

  1. На любой канал, кроме первого или девятого, очевидно же;
  2. Желательно на тринадцатый, чтобы как можно дальше от этих двух;
  3. На первый, пятый, девятый или двенадцатый;
  4. На первый или девятый.

Ситуация под цифрой три, тут похитрее задачка: в эфире три точки доступа, по 20 МГц на первом, шестом и одиннадцатом канале (“во-первых, это красиво”). Куда поставить свою точку доступа?

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 4

  1. На любой канал, кроме первого, шестого и одиннадцатого;
  2. На первый, шестой или одиннадцатый — наверное, лучше на первый, потому что мощность пониже;
  3. На первый, шестой или одиннадцатый — может, есть ещё какая-то характеристика, на которую надо посмотреть?
  4. Третий-четвёртый или восьмой-девятый, что-то из этого, потому что там пустые места есть.

Ситуация 4: Этажерка Безнадёжности. Куда поставить точку доступа?

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 5

  1. На каналах с девятого и дальше мощность ниже всех остальных, так что надо ставить туда;
  2. Меньше всего точек доступа на 13 канале, так что на него;
  3. Всё настолько плохо, что уже без разницы. На любой наугад.

Про 5 ГГц я не говорю по той простой причине, что там всё примерно то же самое, но не совсем, а, как всегда в вайфае, всё зависит от всего. Основные принципы выбора там будут примерно те же самые, только кое-что будет полегче, а другое кое-что — посложнее. Но это, как говорил Каневский, уже совсем другая история.

Если вы быстро и без запинки ответили на этот стартовый тест, то поздравляю: либо вы узнаете много нового из этой статьи, либо не узнаете ничего. Правильные ответы —

Вот такие:

Ситуация 1 — любой из ответов лучше варианта 1, но вариант 3 приличнее и вежливее всего;
Ситуация 2 — вариант 4;
Ситуация 3 — варианты 2 или 3, причём вариант 3 лучше;
Ситуация 4 — вариант 3, он же “против всех”.

Для того, чтобы понять принцип, по которым более правильно так, а не по-другому, нам нужно обсудить на пальцах, как сети Wi-Fi дружат друг с другом — если бы это сосуществование было серьезной проблемой, Wi-Fi не торчал бы в каждой кофеварке. Как мы уже выяснили в предыдущей моей заметке, основная цель протокола 802.11 — не обеспечение максимально возможной пропускной способности на один мегагерц занятого эфира, а бескомпромиссная совместимость и работоспособность протокола даже в самых плохих условиях (типа заглавной картинки, да). Придуман протокол грамотно, реализован, кхм, по-разному, но в целом тоже не глупо, и всё-таки рано или поздно всякий запас прочности познаёт свой предел.

Итак, представим, что в мире остались всего два устройства, которые умеют работать с Wi-Fi, и это точка доступа и клиент. Первое правило вайфай — никому не расска “Пока говорит один — остальные молчат”. И не просто молчат, а внимательно слушают.

Собираясь передать данные, первое, что делает любое устройство Wi-Fi — внимательно слушает, не передаёт ли кто свои данные. Получится очень неловко, если мы начнём говорить одновременно с кем-то ещё, не так ли? В отличие от 802.3, он же Ethernet (слишком обобщённо, но пусть будет), в котором момент одновременного разговора определяют, когда он произошёл (помните лампочку Collision на старых хабах? Я тоже нет, но речь о ней), в 802.11 стараются такого момента избежать и не допустить. Главная причина в том, что разница между передаваемым и принимаемым сигналом в вайфае может достигать МИЛЛИАРДА раз (я не шучу!), и то, что передаёт передатчик, может наглухо забить и сжечь приёмник, если он попробует слушать одновременно с передачей. Весь этот этикет взаимного “После Вас — нет, после Вас!” среди устройств 802.11 называется сложной аббревиатурой CSMA/CA, которая делится на три части:

CS — Carrier Sense, определение несущей;
MA — Multiple Access, множественный доступ;
CA — Collision Avoidance, избежание коллизий.

У меня шевелится паучье чутьё на тему того, что вы всю эту лирику уже не раз читали, но потерпите чуть-чуть, сейчас мы доберёмся до мясца нашей задачи о расстановке козы, волка и капусты. В рамках этой заметки нас интересуют первые две буквы, а именно CS. Что это вообще такое?

Так вот, определение несущей — это, по сути, и есть механизм определения, говорит ли сейчас кто-то ещё или нет. Всё сводится к тому, что практически постоянно проверяется наличие двух возможных причин занятости эфира — Wi-Fi-устройства и все остальные устройства (да, вот так вот ксенофобовато, “наши и все остальные” — двадцать с лишним лет протоколу, а актуальности, как видите, не теряет!). Перед тем, как только подумать о передаче данных, устройству нужно провести оценку занятости эфира (натурально, так и называется — Clear Channel Assesment, или CCA). “Наши” и “не наши”, по мнению каждого устройства, не равны по значимости, и есть два пороговых значения — это SD (Signal Detect), которое означает, что мы услышали что-то на языке 802.11, и ED (Energy Detect), которое означает любую мощность на входе приёмника (любой другой язык).

А теперь внимание: к “нашим” вайфай-устройства в СТО раз более внимательны, чем к “всем остальным”. То есть, эфир считается занятым, если мы услышали какой-то 802.11-фрейм на уровне всего на 4 дБ лучше уровня шума — мы ооооочень вежливы к другим устройствам Wi-Fi! А все остальные (всякие там Bluetooth, к примеру) помешают что-то передать только тогда, когда уровень сигнала от них будет выше шума на 24 дБ!

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 6
Спасибо замечательному David Coleman за эту красивую картинку.

Много это или мало? Давайте приведём самые хрестоматийные числа в качестве примера. Итак, для того, чтобы устройства стандарта 802.11n развили максимальные скорости (при ширине канала в 20 МГц и одном приёмопередатчике это 72,2 Мб/с), им нужен сигнал уровнем примерно -64 дБм при соотношении “сигнал/шум” не меньше 25 дБ (если кому интересно, откуда я взял эти числа — то вот отсюда, пользуйтесь, если до сих пор не заглядывали в статью skhomm «Все полезные материалы по Wi-Fi в одном месте»). То есть, передачу данных остановит ЛЮБОЙ кадр на этом же канале с уровнем приёма выше -85 дБм! В каком-нибудь многоквартирном доме это добрые плюс-минус два этажа (я терпеть не могу оценивать мощность длиной, но в этом случае готов согрешить ради наглядности), а в чистом поле — полкилометра расстояния!

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 7

А вот если наше готовое к передаче устройство услышит какой-то сигнал, но не сможет его расшифровать, то оно будет его игнорировать вплоть до -65 дБм, то есть, до тех пор, пока уровень этой сторонней помехи почти не сравняется с уровнем сигнала от той самой идеальной точки доступа, на которую оно и хотело передать данные. Вот это да!

“Но позвольте” — совершенно правильно возразит кто-нибудь моими же собственными пальцами, — “мы же все знаем, что блютус мешает вайфаю, как ему мешают микроволновки, камеры там всякие!”. Совершенно верно. При уровне “нечитаемой” помехи в, скажем, -70 дБм (ну, то есть, она ещё не считается достаточно сильной для того, чтобы остановить всю передачу и заставить считать среду занятой) она становится тем самым шумом, от которого мы соотношение “сигнал/шум” и отсчитываем. Мы слышим нашу точку доступа на уровне -65 дБм, мы слышим любой нечитаемый сигнал на уровне -70 дБм, таким образом, наше соотношение “сигнал-шум” вдруг упало до 5 дБ, а при таких параметрах канальную скорость в 72,2 Мб/с уже не развить, а максимум, что можно развить — это несчастные 27 Мб/с. Все в радиусе действия этой помехи резко уронили свои канальные скорости, в итоге за секунду трафика через точку доступа можно прокачать существенно меньше — вот и начались “тормоза в вайфае”, ай-ай-ай, всё плохо, колёсико крутится, ютьюб не грузится. Так-то!

“Какое же отношение” — последует новый логичный вопрос от внимательного идеализированного мной читателя, — “какой-то там блютус имеет к нашему вопросу? Ведь на картинках в тесте нет никакого блютуса, там только вайфай!”. А вот какое: любое 802.11-устройство может декодировать фрейм только тогда, когда он передан ПОЛНОСТЬЮ на канале, который она слушает! Посмотрите на эти две сети:

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 8

Точка доступа, работающая на первом канале, в упор не понимает, что говорит вторая точка доступа, потому что слышит только 75% того, что она передаёт (как и точка на втором канале, которая слышит только 75% того, что говорит первая). Именно поэтому она не понимает, что это “наши” — она не считает, что должна уступить среду для передачи! Отсюда соотношение “сигнал/шум” катится вниз, канальная скорость (а с ней и итоговая пропускная способность) катятся вниз, и, заметьте, совсем даже не пропорционально перекрытию каналов, а обратно пропорционально разнице в мощности — чем лучше клиент, который хочет передать данные первой точке, слышит вторую, тем сильнее упадёт его канальная скорость.

Но и это, к сожалению, ещё не все причины разрушительного действия перекрывающихся каналов. Теперь мы обратимся к следующим двум буквам, а именно MA, или Multiple Access. Мы не будем углубляться в детали доступа к среде в протоколах 802.11 — я отмечу только одну особенность, которая важна в контексте обсуждаемого вопроса. Итак, после каждого фрейма, неважно, служебный он или содержит данные, любое Wi-Fi устройство должно выждать некоторое время, прежде чем снова пытаться получить доступ к среде. Более того, неважно, само ли оно отправило этот фрейм или только услышало его — придётся подождать определённое время, называемое InterFrame Space (IFS), и только потом затевать игру “Кто первый застолбит среду”. Этих самых IFS существует несколько, и вот что интересно: если наше устройство после передачи фрейма не услышало подтверждения, что адресат его получил, то оно будет ждать дольше, чем если бы получило. В разы дольше.

Вернёмся к картинке из позапрошлого абзаца. Точка доступа с первого канала принимает фрейм. В это время точка доступа со второго канала тоже принимает фрейм. Оба этих фрейма повреждаются, и обе сети вынуждены простаивать бОльшее время, ещё сильнее теряя в пропускной способности (потому что, как мы помним, время = деньги, а для вайфая время = пропускная способность). Полная засада.

Итак, из всего этого следует простое правило: если не можете избежать пересечения каналов — ставьте точки доступа на один канал! Да, обе сети потеряют в пропускной способности, но, во всяком случае, они рассчитаны на такую работу.

Я напомню ситуацию 4.

Скрытый текст

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 9

В эфире не осталось ни одного канала, на котором не работает две и больше пересекающихся и мешающих друг другу сети, все мешают друг другу, все испытывают проблемы, поэтому ни мощность, ни выбор канала, ни волшебные алгоритмы, ни BSS Coloring, ни крёстная фея в такой ситуации уже не помогут. Можно ставить свою точку доступа куда угодно.

Понятное дело, что в таком беспроводном адке уже ничего не исправить, но что нужно делать, чтобы не оказаться в такой ситуации? В первую очередь, запомнить раз и навсегда, что есть всего три не мешающих друг другу канала в диапазоне 2,4 ГГц — первый, шестой и одиннадцатый. Конечно, можно заметить, что третий, восьмой и тринадцатый тоже друг другу не мешают, но, во-первых, тринадцатый можно не везде (в США всего 11 каналов), а во-вторых, если вы отклонитесь от мантры “1-6-11”, а кто-то другой не отклонится, то весь эффект сойдёт на нет — все каналы снова пересекутся и испортят друг другу жизнь. Это как обжимать витую пару — в принципе, если с двух сторон последовательность одинаковая, то может и заработать, только вот разбираться кому-то потом в распиновке каждой розетки будет ох как несладко. Ещё раз: первый. Шестой. Одиннадцатый.

Хорошо, вот ситуация под номером 3.

Скрытый текст

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 10

Ну хорошо, вот они, первый, шестой или одиннадцатый. Какой из них выбрать? Да, в принципе, любой из этих трёх подходит, но если выбирать до конца оптимально — то нам гораздо важнее, как часто передаются данные на каждом из этих каналов; то есть, идеальный ответ — смотреть на ещё один параметр, а именно утилизацию эфира. Это просто: если к точке доступа на первом канале подключено 100 клиентов, а к точкам на 6 и 11 — ни одного, то гораздо выгоднее встать на 6 или 11. В англоязычной терминологии есть два слова — airtime и utilization, и они означают, строго говоря, не одно и то же, но можно ориентироваться как на одно, так и на другое, показометры эти взаимозависимые.

Теперь — ситуация 2.

Скрытый текст

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 11

Мы уже поняли, что пересекать каналы нельзя, поэтому варианты с 13 и любым каналом отпадают. Почему же нельзя поставить точку доступа на пятый канал?

Причина — в истории. Нет, серьёзно. Каналы шире 20 МГц появились только в стандарте 802.11n, когда впервые предложили слепить воедино два соседних канала и говорить по ним в два раза — эээээээ… толще? В два раза продуктивнее! Но с точки зрения совместимости вся служебная информация, то есть, все фреймы, которые должны быть понятными для остальных сетей, идёт только в первых 20 МГц занятой полосы. Я напомню вот эту классную картинку с анатомией передачи данных по Wi-Fi, она всегда к месту:

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 12

Обратите внимание: только синяя часть на диаграмме использует все 40 МГц эфира! Все “шестерёнки” протокола крутятся в первых двадцати мегагерцах! Это, кстати, верно и для 80 МГц, доступных в 802.11ac: всё служебное летит в первой двадцатке, а оставшиеся 60 простаивают бОльшую часть времени. Но рано или поздно к вопросу широких каналов мы вернёмся — оооо, я обещаю, мы их ещё обсудим!

И в итоге получается, что пятый канал, хоть и попадает целиком внутрь одной сети, всё равно видеть её не будет — со всеми описанными вытекающими (кхм, какая двусмысленная фраза). Для нормальной работы нам остаются лишь первый и девятый каналы.

Ну, и первая ситуация теперь вообще не вызывает вопросов, правда?

Скрытый текст

Выбираем канал для точки доступа Wi-Fi. Исчерпывающее руководство - 13

Тезисно сформулируем всё, что мы смогли обсудить в таком сложном ответе на такой простой вопрос:

  • Можно работать на одном канале, но никогда не нужно каналы пересекать;
  • Нам нужны первые 20 МГц канала, остальное по-прежнему нельзя пересекать;
  • (стройный хор): Первый! Шестой! Одиннадцатый!

Пользуясь случаем, передаю привет МГТС, которые в своё время прославились тем, что ставили все домашние роутеры абонентам на шестой канал. Пожалуй, это не самое тупиковое решение, как могло бы показаться на первый взгляд.

Автор: boolochka

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js