Linux中测试Wifi带宽
Linux中测试Wifi带宽
一、简介
本文主要介绍Linux中，在无线网卡成功加载的情况下，如何测试网卡性能。本文主要目的在于记录测试过程，以方便后期回顾。二、关于Wifi的简单介绍
在开始具体的记录前，需要我们对Wifi有一个基本的了解。
1. 运作原理
Wi-Fi的设置至少需要一个接入点（Access Point，AP）和一个或一个以上的客户端用户（client）。无线AP每100ms将SSID（Service Set Identifier）经由beacons（信号台）数据包广播一次，beacons数据包的传输速率是1 Mbit/s，并且长度相当的短，所以这个广播动作对网络性能的影响不大。因为Wi-Fi规定的最低传输速率是1 Mbit/s，所以确保所有的Wi-Fi client端都能收到这个SSID广播数据包，client可以借此决定是否要和这一个SSID的AP连线。用户可以设置要连线到哪一个SSID。Wi-Fi系统开放对客户端的连接并支持漫游，这就是Wi-Fi的好处。但亦意味着，一个无线适配器有可能在性能上优于其他的适配器。由于Wi-Fi通过空气传送信号，所以和非交换以太网路有相同的特点。
——维基百科-Wi-Fi
2. 工作模式
从上文我们可以了解到，在简单的Wifi网络中，成员主要包括接入点(Access Point，AP),和客户端用户(client)两种类型。而以上两种类型则分别对应了AP以及STA模式（关于有关Wifi工作模式的讲解，详见：wifi的几种工作模式):
- 工作在STA的模式下
STA即无线站点，是一个无线网络的终端。如笔记本电脑、PDA等。
这是一种基木的组网方式，由一个AP和许多STA组成，如下图。其特点是AP处于中心地位，STA之间的相互通信都通过AP转发完成。该模式下，WIFI模块工作在STA(CLIENT)模式。通过适当的设置，COM的数据与WIFI的网路数据相互转换。
图1：STA模式
- 工作在AP的模式下
AP即无线接入点，是一个无线网络的中心节点。通常使用的无线路由器就是一个AP，其它无线终端 可以通过AP相互连接。
工作在AP模式下，手机、PAD、电脑等设备可以直接连上模块，可以很方便对用户设备进行控制（如下图）。
图2：AP模式
注：以上关于工作模式的讲解摘自：wifi的两种工作模式。
我们以生活中一个常见的场景为例：手机通过无线路由器提供的热点浏览互联网。此时手机中的Wifi模块工作在STA模式，而无线路由器中的Wifi模块则是工作在AP模式。实际的网速可能同时受限于两者。
根据木桶效应,倘若无线路由器的性能有限，即使我们为PC更换了性能强劲的无线网卡，实际的网络体验可能仍然达不到预期。
注：以上仅是个人的一些粗浅的理解，如果不当，还望各位指正
三、测试方法
通过前文的介绍，我们可以了解到，Wifi主要工作在STA或AP模式。本节就主要介绍，如何在两种模式下对无线网卡的性能进行测试。
测试过程中，我们主要借助iperf3对网络性能进行测试，针对该工具的使用方法，详见：网络性能测试工具iperf详细使用图文教程【转载】。
同时，正如我们在前文中提到的，实际的网络性能会同时受到STA以及AP双方的影响，为确保测试结果的准确性，在测试STA时，我们会对AP性能进行限制（反之亦是如此），具体的做法是，为TCP连接设置统一的窗口大小。
| First Header | Third Header |
|---|---|
| -w, --window #[KMG] | 设置套接字缓冲区为指定大小。对于TCP方式，此设置为TCP窗口大小。对于UDP方式，此设置为接受UDP数据包的缓冲区大小，限制可以接受数据包的最大值。 |
注：以上方式仅是本人的个人想法，倘若哪位有更好的方式，还望告知。
1.STA测试
- 提供AP
首先需要提供一台设备充当AP，并确保无线热点成功建立(windows下开启热点的方式，详见：怎样在Win7系统建立并开启Wifi热点)，之后，通过如下命令使其工作于服务器模式。
iperf3 -s
至此，AP端的工作已经就绪。
- 确保STA端，Wifi驱动成功加载
此步需要确保STA端已经识别到相应的网卡。具体的方法可以通过ifconfig -a，保证系统已经识别到网卡，并使其处于up状态。 - 扫描热点，确保STA能够检测相应信号
此处我们需要确保STA能够成功扫描到AP所建立的热点。此处，需要借助iw指令：
iw dev wlan0 scan
上述命令，会扫描wlan0网卡，以获取可连接的AP信息，具体的扫描结果如下所示：
...
BSS 08:3e:8e:a7:d0:17(on wlan0)
TSF: 2508943706 usec (0d, 00:41:48)
freq: 2462
beacon interval: 100 TUs
capability: ESS Privacy SpectrumMgmt ShortSlotTime (0x0511)
signal: -32.00 dBm
last seen: 5 ms ago
SSID: AAA （热点名称）
...
我们可以根据能够检索到相应的热点名称，来判断设备是否在对应AP的覆盖范围之内。
关于iw指令的基本使用，详见：iw 命令。
- 编写连接脚本，并尝试连接AP
在确保STA已经扫描到相关AP后，我们需要借助wpa_supplicant命令，尝试连接热点：
wpa_supplicant -c wpa_supplicant.config -i wlan0 &
其中-i指定待操作的网络设备，-c选项则指定相应配置文件，配置文件的示例如下：
ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant
network={
ssid="AAA" #热点名称
psk="12345678" #密码
key_mgmt=WPA-PSK
proto=RSN
pairwise=CCMP
}
其中除热点名称、密码等常见信息外，我们需要格外注意AP的加密方式等信息，关于该文件的写法，详见：wpa_supplicant 的配置说明文件 wpa_supplicant.conf。
- 通过dhcp，获取ip地址
通过打印，判断STA已经连接热点后，需要为STA分配ip地址，此一步，主要借助如下指令：
udhcpc -i wlan0 &
分配成功后，会有相关的打印。当然，我们也可以通过ifconfig查看相应相应的网口是否已经分配了ip。
- 测试网络性能
通过ping等方式，确认已经成功连接。接下来，我们就可以借助iperf3进行性能测试了：
iperf3 -c 192.168.24.1 -w 256K -t 30
其中-c选项后，所跟的ip为AP的ip，命令执行成功后，会周期性的展示当前的通信状态，并在汇总后，给出一个平均结果：
$ ./iperf3 -c 127.0.0.1 -w 256K -t 3
Connecting to host 127.0.0.1, port 5201
[ 5] local 127.0.0.1 port 44060 connected to 127.0.0.1 port 5201
[ ID] Interval Transfer Bitrate Retr Cwnd
[ 5] 0.00-1.00 sec 3.70 GBytes 31.8 Gbits/sec 0 639 KBytes
[ 5] 1.00-2.00 sec 3.70 GBytes 31.8 Gbits/sec 0 639 KBytes
[ 5] 2.00-3.00 sec 3.48 GBytes 29.9 Gbits/sec 0 639 KBytes
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
[ ID] Interval Transfer Bitrate Retr
[ 5] 0.00-3.00 sec 10.9 GBytes 31.1 Gbits/sec 0 sender
[ 5] 0.00-3.02 sec 10.9 GBytes 30.9 Gbits/sec receiver
iperf Done.
以上，即为STA模式下的测试方法。
AP测试
- 确保AP端，Wifi驱动成功加载
此步需要确保AP端已成功加载驱动，且已经识别到相应的网卡。具体的方法可以通过ifconfig -a确认。此后，需要使其处于up状态，并为网卡设置相应ip。 - 开启热点
此一步，需要借助hostapd指令，开启AP服务，同时负责控制管理STA的接入和认证：
hostapd -B host.conf
以上命令中的host.conf为命令所需要的配置文件，以下为一个可用示例：
interface=wlan0 #操作的网卡
ctrl_interface=/mnt/tmpfs/hostapd
ssid=ST-101000000104 #热点名称
hw_mode=g
channel=1
country_code=CN
driver=nl80211
beacon_int=100
ieee80211n=1
max_num_sta=8
采用以上的配置文件，无须输入密码。关于配置文件中各选项的含义，详见：hostapd(AP)的配置文件。
注：以上命令在执行过程中，可能会提示以下错误：
Configuration file: hostapd.conf
nl80211: Could not configure driver mode
nl80211 driver initialization failed.
hostapd_free_hapd_data: Interface wlan0 wasn't started
解决办法是，需要在执行该命令前，需要我们首先从网络管理（network manager）处停止wlan，解锁接口，并未网卡设置Ip，对应的命令如下：
nmcli radio wifi off
rfkill unblock wlan
ifconfig wlan0 10.15.0.1/24 up
关于该问题的详细解释，详见：hostapd error “nl80211: Could not configure driver mode”。
- 开启dhcp服务
dhcpd -f dhcp.conf &
通过以上命令，会开启相应的dhcp服务，以便为接入的STA分配IP地址。-f选项，为其指定相应的配置文件，以下为一个简单的示例：
lease_file /var/tmp/landhcps0.leases
start 192.168.240.100
end 192.168.240.200
interface wlan0
opt dns 202.96.134.133 8.8.8.8
option subnet 255.255.255.0
opt router 192.168.240.1
option dns 192.168.240.1
option domain local
option lease 864000
-
AP端启动iperf3
此时，需要在AP端启动iperf3，具体的命令与上一节AP端的一致。 -
STA尝试连接热点，并开始测试
尝试使用PC等设备搜索相应热点，并尝试连接，待连接成功后，执行以下命令，进行测试：
iperf3 -c 192.168.24.1 -w 256K -t 30
具体的输出结果与上一节基本一致，就不在此处做过多展示。
以上，即为Wifi模块处于AP和STA模式下的性能测试方法。
四、参考与链接
- wifi的几种工作模式:https://blog.csdn.net/xygl2009/article/details/68939205
- wifi的两种工作模式:[https://www.cnblogs.com/cposture/p/4317015.html]
- 木桶效应:https://baike.baidu.com/item/%E6%9C%A8%E6%A1%B6%E6%95%88%E5%BA%94/870962?fromtitle=%E6%9C%A8%E6%A1%B6%E5%AE%9A%E5%BE%8B&fromid=750400
- iperf3:https://iperf.fr/
- 网络性能测试工具iperf详细使用图文教程【转载】:https://www.cnblogs.com/yingsong/p/5682080.html
- 怎样在Win7系统建立并开启Wifi热点:https://jingyan.baidu.com/article/48a42057a03cf7a9242504d0.html
- iw 命令:https://blog.csdn.net/a_tu_/article/details/51982976
- wpa_supplicant 的配置说明文件 wpa_supplicant.conf:https://blog.csdn.net/qq_22716879/article/details/51416322
- hostapd(AP)的配置文件:https://blog.csdn.net/wzc18743083828/article/details/20938907
- hostapd error “nl80211: Could not configure driver mode”:https://askubuntu.com/questions/472794/hostapd-error-nl80211-could-not-configure-driver-mode
五、文档信息
作者： Litost_Cheng发表日期：2020年01月05日
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