Convalida e test del throughput wireless Wi-Fi 6/6E e Wi-Fi 7

Introduzione

In questo documento viene descritto come testare il throughput wireless di un access point basato su 802.11ax e quale throughput attendersi.

Prerequisiti

Requisiti

In questo documento si presume che l'installazione sia già funzionante con punti di accesso 802.11ax / Wi-Fi 6 (AP) che offrono già la connettività ai client

Componenti usati

Le informazioni di questo documento si basano sulla tecnologia e sulle velocità 802.11ax/Wi-Fi 6.

Le informazioni discusse in questo documento fanno riferimento a dispositivi usati in uno specifico ambiente di emulazione. Su tutti i dispositivi menzionati nel documento la configurazione è stata ripristinata ai valori predefiniti. Se la rete è operativa, valutare attentamente eventuali conseguenze derivanti dall'uso dei comandi.

Comprendere l'evoluzione del protocollo

Wi-Fi 6 può funzionare su più bande: 2,4 GHz, 5 GHz e persino la banda da 6 GHz, come previsto dalla certificazione Wi-Fi 6E.

802.11ac/Wi-Fi 5 è disponibile in due ondate. La seconda ondata portò il supporto del canale da 160 Mhz, insieme a MU-MIMO e un massimo teorico di 8 flussi spaziali.

Questi numeri sono solo i numeri teorici dello standard; le differenze si applicano a seconda del foglio dati AP specifico.

802.11ax/Wi-Fi 6 non è direttamente definito in velocità di trasmissione dati, ma è piuttosto una combinazione di schema di codifica a modulazione 12 (da MCS 0 a MCS 11), una larghezza di canale che va da 20mhz (1 canale) a 160Mhz (8 canali), una serie di flussi spaziali (tipicamente 1 a 2, ci sono stati alcuni 3 flussi spaziali prodotti, ma sono sempre meno visti).

Anche l'intervallo di guardia breve, medio o lungo (GI) aggiunge circa il 10% di modifiche a questo.

Di seguito è riportata una tabella per valutare una velocità di trasferimento dati in Mbps se si conoscono tutti questi fattori:

Una tabella più completa è disponibile all'indirizzo: https://mcsindex.com/

Nota: La velocità dati NON è uguale alla velocità effettiva raggiungibile prevista. Ciò è dovuto alla natura dello standard 802.11, che ha un notevole sovraccarico amministrativo (frame di gestione, contesa, collisione, riconoscimenti,...) e può dipendere dal collegamento SNR, RSSI e altri fattori significativi.

È possibile calcolare il throughput con l'uso di questa equazione utilizzata per la velocità 802.11ax o la velocità dati:

Equazione utilizzata per velocità o velocità dati 802.11ax

È una regola pratica:

Throughput previsto = Data Rate x 0,7

Prendiamo un esempio di vita reale. Un Cisco 9120 AP con un moderno smartphone Wi-Fi 6 capace di 2 flussi spaziali. In un ambiente ad alta densità in cui vengono utilizzati canali a 20 Mhz, la velocità massima dei dati utilizzata è compresa tra 240 e 280 Mbps, a seconda dell'intervallo di guardia. Ciò significa che, in un ambiente pulito e in condizioni di test, potremmo avere un client che trasferisce i dati tra 160 e 200 Mbps possibilmente (dal 65 al 70% di efficienza del protocollo). Questa opzione è valida solo quando si esegue un test di trasferimento o di velocità elevato effettivo in cui il protocollo è ottimizzato per il massimo throughput dei dati. Quando si usano altre applicazioni, la velocità di trasmissione diminuisce perché la latenza svolge un ruolo importante nei protocolli che eseguono il ping dei pacchetti e che attendono le conferme prima di procedere.

Tenere presente che la connettività wireless è un ambiente condiviso, il che significa che la quantità di client connessi all'access point condivide il throughput effettivo tra di loro. Se un client che esegue un test di velocità può raggiungere i 160-200 MB/s, ciò significa che due client che eseguono un test di velocità contemporaneamente vedono ogni 80-100 Mbps. Se quattro client eseguono un test di velocità contemporaneamente, la velocità può variare da 40 a 50 Mbps ciascuno e così via...

Inoltre, sempre più clienti implicano più conflitti e inevitabilmente ancora più collisioni. L'efficienza della cellula di copertura diminuisce drasticamente con l'aumento del numero di clienti. Non è quindi realistico impostare alcun tipo di SLA per il throughput in luoghi in cui non si controlla la quantità di client connessi o ciò che stanno facendo sulla rete in termini di attività.

Wi-Fi 7

Wi-Fi 7 apporta molti miglioramenti al protocollo che miglioreranno il throughput osservato. Tuttavia, le velocità massime sono in gran parte migliorate dall'aggiunta di MCS 12 e 13 data rate (che richiedono tuttavia di essere molto vicini al punto di accesso) e dall'aggiunta di una larghezza di canale a 320 Mhz (che forse non è realistico da utilizzare in un ambiente aziendale in quanto aggrega molti canali). Non cambia molto rispetto alla metodologia di test illustrata in questo documento.

Il Multi-Link Operation (MLO) è un altro miglioramento di Wi-Fi 7 che viene spesso utilizzato per vantare enormi velocità di dati potenziali. Nella vita reale, la maggior parte dei client si collegherà su diverse bande con MLO, ma utilizzerà per lo più una singola banda (per risparmiare la durata della batteria). Anche le bande da 5 e 6 GHz sono difficili da usare simultaneamente a causa delle interferenze che le radio causano l'una all'altra. Verificare la connessione del client per anticipare le velocità ragionevolmente raggiungibili.

Misura

In generale, quando si esegue un test del throughput possono verificarsi due scenari:

• Gli access point sono in modalità di switching locale Flexconnect

• I punti di accesso sono in modalità locale o in modalità di commutazione centrale Flexconnect

Considera questi scenari uno per uno:

(Grafico 1)

Nel caso del diagramma 1, si suppone che gli access point siano in modalità locale e che la commutazione centrale Flexconnect sia in modalità locale.

Ciò significa che tutto il traffico del client viene incapsulato nel tunnel CAPWAP e terminato sul WLC.

(Grafico 2)

La linea rossa nel diagramma 2 mostra il flusso del traffico proveniente dal client wireless.

Il server iPerf deve essere il più vicino possibile al punto di terminazione del traffico, preferibilmente collegato allo stesso switch del WLC e usare la stessa VLAN.

Nel caso della commutazione locale Flexconnect, il traffico del client viene terminato sull'access point stesso. Considerando che il server iPerf deve essere impostato in modo che si avvicini al punto di terminazione del traffico dei client wireless, collegare il server iPerf allo stesso switch e alla stessa VLAN a cui è collegato l'access point.

Nel nostro caso si tratta di uno switch di accesso (diagramma 3).

(Grafico 3)

I test iPerf possono essere suddivisi in due categorie: a monte e a valle.

Tenendo presente che il server iPerf è in ascolto e che il client iPerf sta generando il traffico, quando il server iPerf si trova sul lato cablato, questo test viene considerato a monte.

Il client wireless sta utilizzando l'applicazione iPerf per inviare il traffico alla rete.

Il test in downstream è viceversa, ovvero il server iPerf è impostato sul client wireless stesso e il client iPerf è sul lato cablato che spinge il traffico verso il client wireless. In questo scenario, questo viene considerato downstream.

Il test deve essere eseguito utilizzando TCP e UDP. Per eseguire i test, è possibile utilizzare i seguenti comandi:

iperf3 -s  <- this command starts iPerf server

iperf3 -c SERVER_ADDRESS -u -b700M <- this command initiates UDP iPerf test with bandwidth of 700 Mbps

iperf3 -c SERVER_ADDRESS <- this command initiates a simple TCP iPerf test

iperf3 -c SERVER_ADDRESS  -w WINDOW_SIZE  -P NUM_OF_PARALLEL_TCP_STREAMS <- this commands initiates a more complex  TCP iPerf test where you can adjust the window size as well the number of parallel TCP streams. 
Please not that in this case you should consider the sum of all the streams as the result

 

Esempio di output iPerf3:

TCP iPerf3:

 
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth
[  5]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[  5]   0.00-10.06  sec   188 MBytes   157 Mbits/sec                  receiver
 
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth
[  5]   0.00-10.05  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[  5]   0.00-10.05  sec   304 MBytes   254 Mbits/sec                  receiver

   With 10 parallel TCP streams:
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth
[  5]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[  5]   0.00-10.06  sec  88.6 MBytes  73.9 Mbits/sec                  receiver
[  7]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[  7]   0.00-10.06  sec  79.2 MBytes  66.0 Mbits/sec                  receiver
[  9]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[  9]   0.00-10.06  sec  33.6 MBytes  28.0 Mbits/sec                  receiver
[ 11]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[ 11]   0.00-10.06  sec  48.7 MBytes  40.6 Mbits/sec                  receiver
[ 13]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[ 13]   0.00-10.06  sec  77.0 MBytes  64.2 Mbits/sec                  receiver
[ 15]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[ 15]   0.00-10.06  sec  61.8 MBytes  51.5 Mbits/sec                  receiver
[ 17]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[ 17]   0.00-10.06  sec  46.1 MBytes  38.4 Mbits/sec                  receiver
[ 19]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[ 19]   0.00-10.06  sec  43.9 MBytes  36.6 Mbits/sec                  receiver
[ 21]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[ 21]   0.00-10.06  sec  33.3 MBytes  27.8 Mbits/sec                  receiver
[ 23]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[ 23]   0.00-10.06  sec  88.8 MBytes  74.0 Mbits/sec                  receiver
[SUM]   0.00-10.06  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec                  sender
[SUM]   0.00-10.06  sec   601 MBytes   501 Mbits/sec                  receiver
 

UDP iPerf3:

Quando si utilizza il protocollo UDP, è importante assicurarsi che non vi siano perdite di pacchetti troppo ridotte. È possibile vedere numeri con un throughput molto elevato, ma se si ha una perdita di pacchetti del 50%, in realtà non si è trasferita quella quantità di dati.

A volte iPerf non si comporta correttamente e non fornisce la larghezza di banda media al termine del test UDP.

È ancora possibile sommare la larghezza di banda per ogni secondo e quindi dividerla per numero di secondi:

Accepted connection from 192.168.240.38, port 49264
[  5] local 192.168.240.43 port 5201 connected to 192.168.240.38 port 51711
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Jitter    Lost/Total Datagrams
[  5]   0.00-1.00   sec  53.3 MBytes   447 Mbits/sec  0.113 ms  32/6840 (0.47%)  
[  5]   1.00-2.00   sec  63.5 MBytes   533 Mbits/sec  0.129 ms  29/8161 (0.36%)  
[  5]   2.00-3.00   sec  69.8 MBytes   586 Mbits/sec  0.067 ms  30/8968 (0.33%)  
[  5]   3.00-4.00   sec  68.7 MBytes   577 Mbits/sec  0.071 ms  29/8827 (0.33%)  
[  5]   4.00-5.00   sec  68.0 MBytes   571 Mbits/sec  0.086 ms  55/8736 (0.63%)  
[  5]   5.00-6.00   sec  68.6 MBytes   576 Mbits/sec  0.076 ms  70/8854 (0.79%)  
[  5]   6.00-7.00   sec  66.8 MBytes   561 Mbits/sec  0.073 ms  34/8587 (0.4%)  
[  5]   7.00-8.00   sec  67.1 MBytes   563 Mbits/sec  0.105 ms  44/8634 (0.51%)  
[  5]   8.00-9.00   sec  66.7 MBytes   559 Mbits/sec  0.183 ms  144/8603 (1.7%)  
[  5]   9.00-10.00  sec  64.1 MBytes   536 Mbits/sec  0.472 ms  314/8415 (3.7%)  
[  5]  10.00-10.05  sec   488 KBytes  76.0 Mbits/sec  0.655 ms  2/63 (3.2%)  
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
[ ID] Interval           Transfer     Bandwidth       Jitter    Lost/Total Datagrams
[  5]   0.00-10.05  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec  0.655 ms  783/84688 (0.92%)  
[SUM]  0.0-10.1 sec  224 datagrams received out-of-order

Nota: si prevede che i risultati di iPerf siano leggermente migliori sullo switch locale Flexconnect rispetto allo scenario di switching centrale.
Questo è causato dal fatto che il traffico dei client è incapsulato in CAPWAP, che aggiunge un maggiore sovraccarico al traffico e in generale il WLC agisce come un collo di bottiglia poiché è il punto di aggregazione per tutto il traffico dei client wireless.
Inoltre, ci si aspetta che il test UDP iPerf dia risultati migliori in un ambiente pulito in quanto è il metodo di trasferimento più efficiente quando la connessione è affidabile. TCP, tuttavia, può vincere in caso di frammentazione grave (quando si utilizza TCP Adjust MSS) o di connessione inaffidabile

.

Verifica e convalida

Il primo passaggio consiste nel verificare la configurazione corrente del client. In Windows 11 passare a Settings > Network & internet > Wi-Fi > Your_SSID_Name:

Impostazioni Wi-Fi nel client

È possibile verificare come viene assegnato l'indirizzo IP, in questo caso tramite il processo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), il protocollo in uso, la versione del driver, la banda e il canale di rete e la velocità del collegamento. La velocità di collegamento è la velocità teorica massima tra il client e l'access point, il che significa che la velocità reale può essere più lenta.

Attenzione: Verificare che la versione del driver sia la più recente. Un driver non aggiornato può influire sulle prestazioni e sulla velocità della rete.

Se non si raggiungono le velocità previste, è possibile che il client non si connetta alla banda da 6 GHz e si attenga solo alle altre bande. Nonostante disponga di una scheda di rete Wi-Fi 6E, alcuni notebook richiedono un aggiornamento del BIOS per abilitare le funzionalità a 6 GHz. Dipende anche dal paese in cui si svolge il test: alcuni access point per l'infrastruttura disabilitano il 6GHz in alcuni paesi in cui non è ancora consentito e alcuni notebook client sono hardcoded per non utilizzare il 6GHz in paesi specifici. Per informazioni dettagliate sul paese specifico in cui si esegue il test, consultare il firmware del punto di accesso e del client.

Per verificare a quale velocità dati è connesso il client, usare questi comandi dalla CLI del WLC:

WLC#show wireless client mac-address 72e6.81a1.XXXX detail
(...)
Current Rate..................................... m11 ss2 -> MCS 11 (m11) index on 2 spatial streams (ss2)
(...)
Radio Signal Strength Indicator............ -46 dBm
      Signal to Noise Ratio...................... 49 dB

È possibile visualizzare la velocità di connessione di questo particolare client:

Percentuale corrente....................................m10 ss2

Ciò significa che il client sta utilizzando l'indice MCS 10 (m10) su due flussi spaziali (ss2)

Dal comando "show wireless client mac <MAC> det", non è possibile verificare se il client è connesso tramite il collegamento dei canali a 20/40/80 MHz.

Questa operazione può essere eseguita direttamente sul punto di accesso:

9164 esempio:

#show controllers dot11Radio 2 client E8:8D:A6:B0:3B:CA
              mac radio vap aid state       encr  Maxrate Assoc   Cap is_wgb_wired      wgb_mac_addr
E8:8D:A6:B0:3B:CA     2   0  33   FWD AES_CCM128 MCS112SS HE-6E HE-6E        false 00:00:00:00:00:00
Configured rates for client E8:8D:A6:B0:3B:CA
Legacy Rates(Mbps): 6 9 12 18 24 36 48 54
HE Rates: 1SS:M0-11 2SS:M0-11
HT:yes     VHT:no     HE:yes     40MHz:no     80MHz:yes     80+80MHz:no     160MHz:yes
11w:yes     MFP:no     11h:no     session_timeout: 79950     encrypt_policy: 4
_wmm_enabled:yes     qos_capable:yes     WME(11e):no     WMM_MIXED_MODE:no
short_preamble:no     short_slot_time:no     short_hdr:no     SM_dyn:no
short_GI_20M:no     short_GI_40M:no     short_GI_80M:no     LDPC:no     AMSDU:yes     AMSDU_long:no
su_mimo_capable:no     mu_mimo_capable:no     is_wgb_wired:no     is_wgb:no
HE_DL-MIMO:yes     HE_UL-MIMO:yes     HE_DL-OFDMA:yes     HE_UL-OFDMA:yes     HE_TWT_CAPABLE:no

Additional info for client E8:8D:A6:B0:3B:CA
RSSI: -52
SNR: 41
PS  : Legacy (Sleeping)
Tx Rate: 1297100 Kbps
Rx Rate: 1921600 Kbps
VHT_TXMAP: 0
CCX Ver: 0
Rx Key-Index Errs: 0

Statistics for client E8:8D:A6:B0:3B:CA
              mac   intf TxData TxMgmt TxUC TxBytes TxFail TxDcrd TxCumRetries RxData RxMgmt RxBytes RxErr                      TxRt(Mbps) RxRt(Mbps) idle_counter stats_ago expirat
ion
E8:8D:A6:B0:3B:CA apr2v0    391      4  391  129127      0      0           97    559      4   74055     0 HE-160,2SS,MCS6,GI0.8 ,BF(1297)         12          295  8.674000      79
950

Per TID packet statistics for client E8:8D:A6:B0:3B:CA
Priority Rx Pkts Tx Pkts Rx(last 5 s) Tx (last 5 s)
       0     539     383           84            28
       1       0       0            0             0
       2       0       2            0             0
       3       0       0            0             0
       4       0       0            0             0
       5       0       0            0             0
       6      20       3            5             1
       7       0       3            0             0

 Rate Statistics:
Rate-Index    Rx-Pkts    Tx-Pkts Tx-Retries
         0        176          3          0
         5          0         62          0
         6          4        178         21
         7        250        152         52
         8        100          2         22
         9         51          0          0
        10          1          0          0
        11          0          0          2
webauth done: true
Pre-WebAuth ACLs:
Post-Auth ACLs:
Acl name Quota Bytes left In bytes Out bytes In pkts Out pkts Drops-in Drops-out
iPSK TAG: \<0000000000000000>
              MAC Allow HIT iPSK tag
E8:8D:A6:B0:3B:CA  true   0      \<>

L'ultima opzione per controllare la velocità connessa è catturazioni OTA. Nelle informazioni radio del pacchetto di dati, è possibile trovare le informazioni necessarie:

 Questa acquisizione OTA è stata eseguita con un client macbook 11ac.

Risoluzione dei problemi

Se non si ottengono i risultati previsti durante il test, sono disponibili diversi modi per risolvere il problema e raccogliere le informazioni necessarie prima di aprire una richiesta TAC.

I problemi relativi al throughput possono essere causati da quanto segue:

-Client

- AP

- Percorso cablato (problemi correlati alla commutazione)

-WLC

Risoluzione dei problemi del client

• Il primo passaggio consiste nell'aggiornare i driver dei dispositivi client wireless all'ultima versione
• Il secondo passaggio consiste nell'eseguire il test iPerf con i client che dispongono di una scheda wireless diversa per verificare se si ottengono gli stessi risultati

• Se durante una riunione online il video si blocca o l'audio è di cattiva qualità, configurare QoS (Wi-Fi Quality of Service). I servizi che si basano su audio e video in tempo reale, come la tecnologia VoIP (Voice over IP), i giochi online e le videoconferenze di classe enterprise, hanno requisiti elevati in termini di latenza e jitter per offrire un'esperienza di qualità. QoS gestisce i problemi di congestione e riduce la probabilità che si verifichi una collisione ed evita la congestione. Le applicazioni in tempo reale non si basano su throughput elevati e non devono essere paragonate alle basse velocità di una rete. Si riferiscono più all'affidabilità della consegna dei pacchetti in tempo reale.

  Distribuire le impostazioni QoS sul WLC, con i profili: Voce, Guest, Enterprise, Fastlane Questi profili sono configurati nel profilo criteri. WLC fornisce anche quattro profili QoS preconfigurati: Platinum, Gold, Silver e Bronze (policy QoS metal). Bronze per traffico in background o a priorità più bassa, Silver per il massimo impegno, Gold per applicazioni video, Platinum per applicazioni voce.

Risoluzione dei problemi dei punti di accesso

In alcuni casi, il punto di accesso sta diminuendo il traffico, oppure determinati frame o si comporta in modo errato.

Per ottenere maggiori informazioni, sono necessarie acquisizioni over the air (OTA) e sessioni span sull'access point switchport (lo span deve essere eseguito sullo switch a cui è collegato l'access point)

L'OTA acquisisce e l'SPAN devono essere eseguiti durante il test, usando un SSID aperto per poter vedere il traffico trasmesso all'access point e il traffic access point sta passando verso il client e viceversa.

Sono noti diversi bug per questo comportamento:

CSCvg07438 : AP3800 Basso throughput dovuto alle perdite di pacchetti nei punti di accesso sia nei pacchetti frammentati che in quelli non frammentati

CSCva58429 : Cisco 1532i AP: throughput ridotto (switching locale FlexConnect + EoGRE)

Risoluzione dei problemi relativi ai percorsi cablati

Potrebbero essersi verificati alcuni problemi sullo switch stesso. È necessario verificare la quantità di perdite sulle interfacce e controllare se tali perdite aumentano durante i test.

Provare a utilizzare un'altra porta sullo switch per collegare il punto di accesso o il WLC.

In alternativa è possibile collegare un client allo stesso switch (a cui è collegato il punto di terminazione del client [AP/WLC]) e collegarlo alla stessa VLAN, quindi eseguire i test da cablato a cablato sulla stessa VLAN per verificare se sono presenti problemi nel percorso cablato.

risoluzione dei problemi WLC

È possibile che il WLC stia scaricando il traffico (quando i punti di accesso sono in modalità locale) dal client.

È possibile mettere l'access point in modalità Flexconnect e la WLAN in modalità di commutazione locale, quindi eseguire i test.

Se si riscontrano differenze significative nella velocità di trasmissione in modalità locale (commutazione centrale) rispetto alla commutazione locale di Flexconnect e non vi sono problemi sullo switch collegato al WLC, è molto probabile che il WLC stia riducendo il traffico.

Per risolvere il problema, applicare il piano d'azione:

- Le acquisizioni SPAN sulla porta dello switch WLC (devono essere effettuate sullo switch)

- Acquisizioni SPAN sulla porta AP

- Acquisizioni OTA del client

Eseguendo questa procedura di risoluzione dei problemi e fornendo i risultati a TAC, il processo di risoluzione dei problemi risulta più rapido.

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