通过实战测试无线网络的速度

from http://www.enet.com.cn/article/2005/1028/A20051028466834.shtml

 

不久前，一个朋友向我发牢骚，说他的无线网络传输率“只有5Mbps”。我感到很吃惊，因为我曾告诉过他5Mbps是正常的速度。他说：“怎么可能，我这个可是号称54Mbps的802.11g呀。”

这位朋友一直是本杂志的读者，我还以为他完全清楚802.11a、b、g的实际速度和标称速度之间的差别。如果他非常清楚Wi-Fi的“有效负载”问题， 就不会表示什么疑问了——现在看来不是这样的。所以，我认为有必要再来解释一下为什么在802.11g连接上得不到54Mbps的速度。后面还有一个测 试，可以自己动手做一下。来检测正确性。

关于Wi-Fi的常识

先介绍一些关于Wi-Fi的一般知识。

现在有三个基本Wi-Fi标准。802.11b标准最早，速度为11Mbps；802.11g最新，速度为54Mbps；还有一个容易混淆的802.11a，与b、g不兼容，速度也是54Mbps。802.11a是美国制定的标准，欧洲ITU将正式推出它的增强版802.11i。

但是，所有人都知道这些标称速度值是虚的。实际上，802.11b标准的速度就包括1Mbps、2Mbps、5Mbps和11Mbps几种，但这些并不是用户可以获得的实际数据传送量。究其原因，就要牵涉到以太网IEEE 802族标准的核心，即协议。

这里我要多说几句，因为这些概念很容易混淆。有个概念要记清楚：协议并不计量bit数，它测量的是时间。由于存在延迟，传输的速度越快，损失的数据位也成倍增加。延迟为200微秒时，1Mbps速度的数据损失很小，而11Mbps时的损失就要高出10倍。

协议是必需的，因为以太网是一种共享的连接系统，没有协议它就根本不能工作。所以，需要有一种既严谨又简单的方法，能确保在任一时刻只有一个用户在使用网络连接。

这里有几层含意。首先，必须知道任意一个用户何时开始发送数据，还需要知道他们将要发送的数据量，以及何时发送完毕。其次，如果出现两方同时开始发送数据 的情况，需要有一种方法确保一方退出竞争，空出网络让另一方发送。最后，还要有个固定的延迟时间，这样才可以传送各种消息，如谁在使用网络，谁应该避让以 及等待多久。

图1显示了一个标准的TCP/IP数据包。所有从1KB至64KB的数据（一般均低于2KB，因为路由器会拆散大于2KB的数据包）都被封装起来，并带有两个头（header），一个TCP头和一个IP头，两个数据头用于数据包的描述。

　

图1


当然，这些只是从TCP/IP处理程序得到的数据部分，还不包括任何以太网系统的东西。所以，当 通信 软件将这个数据包送给网卡时，还要在外面再加上许多东西，就像给它做一个802.11的“外框”（帧）。

最前面是30字节的MAC（介质访问控制）头，用以标识网卡，然后添加3个字节的LLC（逻辑链路控制）头和5字节的SNAP（子网访问协议）头。接着是上述TCP/IP数据包，最后以4字节的FCS（帧校验序列）结尾。

上述这些也只是PLCP子层业务数据单元，或叫PSDU。在传送前还要再加上：一个6字节的PLCP（物理层会聚协议）头，在PLCP头前还有 PLCP“preamble”（前引导）头，最后完成的PLCP协议数据单元（PPDU）也包括两部分——PLCP和MPDU（MAC层协议数据单元） （见图2）。




图2


现在就可以传送数据了。在每一个1500字节（典型值）的数据包中，一般都有100字节以上的控制 信息，但这还不够。因为这是以太网，一个正规的协议是必不可少的。

大体来讲，以太网的有效负载永远不能超过标称值的70%。例如对10M的以太网，速度最高是7M，对100M的以太网则永远不会超过70M。这种估计还只是对有线以太网，对无线以太网还有额外的问题。

情况是这样的：等待某个设定的时间间隔后才能开始发送，并且发送后要等待对方响应。如果有流控机制（一般都有），则还要有RTS和CTS信号的等待延迟。

这些大量的时间延迟都是以微秒来计算的。最糟的情况无疑来自于PLCP前引导和PLCP头，因为标准假定网络中存在老式的802.11b网卡，所以，前引 导部分的传送速度要让最早的802.11b网卡也能听懂，因而速度只能是1Mbps。从图2中可以看到，在速度为1Mbps时几乎没有多少数据损失，这个 速度是最初Wi-Fi卡的基本标准，但当速度为11Mbps时，数据只能占一半。

一般来说，单个用户在距接入点一英尺处，没有其它无线网络干扰的情况下，可以获得的绝对最大速度是任何一种无线以太网标准“标称速度”的一半。也就是说， 如果标准声称是11Mbps，则绝对最高速度为5Mbps；如果标准是54Mbps，则实际速度在22Mbps至25Mbps之间。当远离接入点时，信号 会越来越弱，速度也会下降。另外，当其它人加入到网络中时，带宽就被共享了。

如果有人在听 互联网电 台或下载视频文件，分给你的带宽会急剧下降；如果有十几个人都在用无线网，大家都在相互干扰，效率也会大幅度下降。如果你是坐在星巴克咖啡店里，通过移动 热点和朋友聊天，则无线网速的下降不会显著影响你的使用。但如果要通过Wi-Fi进行文件备份，你最好有个心理准备，因为花费的时间可能比你预想的要多 ——假如你是在办公室里做备份，同时还有40个同事也在做类似的工作，则用午餐时间来做备份更加明智些。

软件测试

有一个办法可以测试无线网络连接的实际速度，即运行一个基准测试程序。以下我将为Windows用户介绍这个测试程序。

我们的实验室里有一个测试组件名叫Netbench，当然用它测速是大材小用，但如果只测网速可以不必运行所有项目。Netbench组件的一个部分叫网 卡测试，它可以给出网卡的最大数据流量（详细说明请见www.veritest.com/benchmarks/netbench）。即使有这些帮助，估 计你还是会一头雾水。举个例子：你可能会认为带网卡的笔记本电脑上应该运行“客户”软件。其实不然，最好把这台电脑安装为服务器，客户端应该是你用做台式机的机器。严格地讲，需要在网络里安装第三台机器作为控制器。

使用指南里并没有讲清楚什么是服务器，你可能猜想需要一台运行Windows Server 2003的机器。这次又错了，服务器是指计算机的名称。只需到Windows的资源管理器里，右击“我的计算机”，从弹出菜单中选择“属性”，然后将笔记本电脑名称改叫“Server”就可以了。

无论用什么名字都可以，只是要把它记下来，因为以后可能会修改它。用同样的方法修改控制器机器，将名称改为“controller”，确认所有的机器都在相同域或相同工作组内（见图3）。

图3 所有测试机器都要在同一工作组或域中，而且必须按基准测试要求的方式命名。


最后，找到一个名为“Hosts”的文件，用记事本一类的纯文本编辑器打开并进行修改。做这件事时一定要小心，因为它是一个系统文件，而且要注意有些 Windows版本可能会自作聪明地存为“Hosts.txt”，而不是没有扩展名的“Hosts”。这个文件一般在Windows目录或I386子目录 下，比较省事的办法是用搜索功能在硬盘上查找。一般说来就是：“修改每个客户的Hosts文件，使之包括控制器的名称和IP地址”。换句话说，你需要知道 每台机器的名称和IP地址。

最好是到控制面板的网络设置中，将三台机器都设置成固定IP地址，而不使用DHCP（见图4）。可以设为这种地址：如192.168.1.101、192.168.1.102、192.168.1.103。但大多数情况下网段地址都由无线接入点或路由器决定了，因此就需要检查一下现在是在哪个网段。

图4 在设置IP地址时，无线网络必须在运行中。


具体方法如下：打开一个命令提示符窗口，运行ipconfig命令，查看无线网卡的设置。将设置写到Hosts文件中，然后重新启动，使设置生效。

在实际使用中，永远不会达到绝对理想值。在两台机器间传递一个巨大的文件时，最好的速度也只有这个的一半，因为文件系统还要花费大量处理时间，如寻找扇 区、装载缓存和填充缓充区等。对于笔记本电脑的完整备份工作，我的建议是慎用无线网传送方式，不如把两台机器都接到有线以太网上做这件事。否则，实际花费 的时间会远远超出你的想象。