По данным консультационной фирмы Novarum, осуществившей эти испытания, в сетях с высокой загрузкой возникают две серьезные проблемы. Во-первых, радиопомехи от сопутствующих каналов и соседних точек доступа уменьшают суммарную пропускную способность WLAN. Во-вторых, общепринятая архитектура на базе неинтеллектуальных точек доступа и контроллеров плохо масштабируется при росте числа точек доступа в конкретной зоне.
Эти проблемы связаны с тем, как спроектирован уровень управления доступом к среде (MAC) в стандарте 802.11, как обрабатываются подтверждения приема и повторные попытки соединения. Много проблем возникает при значительных и длительных нагрузках на сеть. Для самих продуктов и построенных на их основе сетей «протокольная» неэффективность проблем пока не вызывала, поскольку беспроводных клиентов было относительно немного, а их трафик оставался лишь спорадическим.
Сети на базе высокоскоростного стандарта 802.11n, работающие в диапазоне 5 ГГц, частично смягчают эти проблемы, но не полностью. Спецификация 11n предполагает применение расширенного канал для передачи данных, поэтому перегрузка сети может возникнуть лишь при значительных объемах трафика. Но именно вследствие высокой пропускной способности предприятия будут стремиться больше ее задействовать, например голосовыми приложениями и потоковым видео, что может быстро привести к перегрузке WLAN. «Если не предотвратить взаимные помехи каналов и не скоординировать работу точек доступа, это негативно скажется на работе приложений, поддерживающих беспроводную передачу голоса и видео», — говорит соучредитель Novarum Фил Беланджер.
Условия тестирования
Тесты Novarum, проведенные осенью 2007 года в пустующем офисе в калифорнийском городе Санивейл, нельзя назвать обычными. Как указывается в отчете, в тестах WLAN обычно задействуют одну точку доступа и десяток клиентов, расположенных в «лабораторной» среде. (Правда, в 2006 году Network World провел масштабное тестирование WLAN с 25 точками доступа.) В данном случае Novarum задействовала 72 ноутбука с модулем Wi-Fi и до 54 беспроводных VoIP-телефонов, подключенных к типичной офисной беспроводной сети — вначале с 15, а затем с 10 точками доступа. На каждом этапе испытаний воссоздавались однотипные конфигурации сети на базе оборудования Aruba Networks, Cisco и Meru Networks. Отметим, что Novarum провела испытания по заказу Meru. В частности, офис был арендован именно Meru (сотрудники этой фирмы еще не успели его занять).
Было проведено семь тестов. Точки доступа поддерживали три спецификации 802.11a/b/g, но Novarum инициировала испытания только для 11g в диапазоне 2,4 ГГц. В одном тесте анализировались данные при использовании 72 ноутбуков с адаптерами Wi-Fi. В некоторых других — VoIP-разговоры с 24, 48 и 72 клиентами. В двух тестах задействовали смешанный трафик (голос и данные), а в одном проверяли VoIP-телефоны, чтобы определить, сколько одновременных вызовов может поддерживать сеть.
Когда первоначальная редакция этой статьи была размещена на нашем Web-сайте, в Network World пришли несколько электронных сообщений. Руководитель стратегического маркетинга Aruba Майкл Теннефос высказал возражения по поводу «необъективности отчета» на основе «плохой науки» и «показухи Meru». Мы предложили разместить эти возражения в разделе комментариев читателей, но Теннефос отказался, заявив, что его комментарии примут за оправдания проигравшего.
Одно из технических возражений Теннефоса заслуживает внимания. Он сообщил: антенны на точках доступа Aruba были в «закрытой» позиции (то есть сложены на шарнирах в корпус), хотя в инструкции для пользователей указано, что они должны находиться в «открытой» позиции. «С тем же успехом можно было совсем убрать антенны», — пишет Теннефос. Факт неверного использования антенн отмечен в отчете Novarum. Там говорится, что вначале тесты проводили с правильно расположенными антеннами, но пропускная способность разочаровала испытателей. Результаты кардинально улучшились, когда антенны сложили, поэтому дальнейшие тесты проводили именно так.
Теннефос возражает: поведение оборудования Aruba свидетельствует о неверной конфигурация сети. В ответе по электронной почте Беланджер из Novarum отмечает, что стрессовый тест не предназначался для сравнения оборудования разных производителей. Стандартные продукты, снабженные последними версиями ПО и штатными рабочими инструментами, подверглись испытаниям для определения поведения WLAN. Когда эти условия не соблюдались, обязательно делалась пометка в отчете.
В масштабном испытании WLAN, проведенном в 2006 году с 25 точками доступа, Aruba выиграла награду Network World «Явный выбор» за пропускную способность. Тогда Meru была единственным производителем из 19, пожелавшим принять участие в соревновании с Aruba и другими конкурентами. Но разные проблемы, в том числе неудовлетворительная готовность бета-кода ПО, воспрепятствовали завершению теста. Полные результаты теста размещены на Web-сайте нашего издания, и там же указаны недостатки протокола 802.11, способные снизить пропускную способность WLAN.
Спиралевидный эффект
«Есть порог, за которым система WLAN ведет себя неудовлетворительно, — говорит Беланджер из Novarum. — Чем больше нагрузка, тем больше ошибок. Это приводит к многочисленным повторным передачам, а они, в свою очередь, добавляют нагрузку, и тогда возникает еще больше ошибок».
Беспроводное оборудование разных марок справляется с этим спиралевидным эффектом по-разному, в зависимости от типа применяемой сетевой архитектуры. Aruba и Cisco используют то, что Беланджер называет «микроячеистой» архитектурой: это простейшие точки доступа, связанные с центральным контроллером. Смежные микроячейки работают на отдельных каналах с некоторым «нахлестом», чтобы обеспечить гладкий роуминг мобильных клиентов. Такую модель используют большинство поставщиков WLAN.
Meru, напротив, может заставить все точки доступа работать в едином канале. Так достигается намного больший контроль над их поведением в эфире. По словам Беланджера, контроллер Meru может видеть очередность передач на каждой точке доступа для каждого прикрепленного клиента и определять, сколько времени точка доступа должна выделять каждому пользователю. Вместо того чтобы протискиваться через бутылочное горлышко и устраивать там пробку, точки доступа Meru терпеливо ждут своей очереди. Пропускная способность стабильна, предсказуема и оптимальна. Такова теория.
Extricom практикует схожий подход, но у этого производителя есть и значительные отличия от Meru. Он упаковывает четыре радиоинтерфейса в одно устройство, а все управление доступом перекладывает на контроллер. Точка доступа — не более чем радиостанция с антенной. Там даже нет процессора. Extricom уверяет, что так были устранены помехи между каналами и обеспечено оптимальное беспроводное соединение клиентов.
Когда система перегружена
По словам Беланджера, в тесте с передачей трафика данных при участии 72 клиентов и 15 точек доступа Cisco и Aruba обеспечили менее 50 Мбит/с общей пропускной способности системы. Иначе говоря, каждый клиент в сети получал менее 1 Мбит/с пропускной способности. А ведь ожидалось что-то вроде 20 Мбит/с пропускной способности на точку доступа, то есть 300 Мбит/с для всех 15 точек. Но когда число точек доступа уменьшили до 10, пропускная способность резко выросла. В случае с Aruba она подскочила почти на 40%, с 47 до 64 Мбит/с. «Увеличение количества точек доступа приводит к росту числа одновременных передач, что инициирует помехи и снижение пропускной способности системы», — говорится в отчете.
При тестировании оборудования Meru в офисе установили пять точек доступа, и все они работали на одном канале. Потом были добавлены еще два набора по пять точек доступа — каждый с отличным от другого каналом на 2,4 ГГц. Все точки были включены на максимальную мощность. Meru обеспечила 100 Мбит/с пропускной способности системы, что в два раза больше показателей Cisco и Aruba. Интересно, что суммарная пропускная способность оборудования Meru упала до 60 Мбит/с, когда число точек доступа уменьшили до 10.
«Оказывается, помехи между каналами от смежных точек доступа серьезно воздействуют на работу «микроячеистых» (microcell) систем, когда они изрядно загружены», — делается вывод в отчете Novarum. Беланджер отмечает, что радиус помех от радио 802.11 намного превышает радиус эффективной связи. «При значительных постоянных нагрузках эти помехи становятся действенным фактором», — говорит он. По заявлениям Беланджера, в некоторых зонах перегруженных сетей 30–40% пакетов в эфире формировались точками доступа Aruba и Cisco. У Meru было намного меньше повторных передач.
Голос на пределе
Архитектура Meru обеспечила и лучшую поддержку голосовых приложений. Она смогла обрабатывать больше одновременных телефонных вызовов (Novarum при тестировании не выявила верхнего предела). Когда в сети установили 10 точек доступа Cisco, WLAN поддерживала примерно 24 вызова VoIP. А когда число одновременных вызовов увеличивалось до 48, сеть Cisco оказалась неспособной поддерживать нужное качество передачи голоса. В тестах с Wi-Fi-телефонами инфраструктура Cisco показала верхний порог производительности 26–28 одновременных вызовов.
В приложении к отчету Беланджер пишет, что был удивлен тем, с какой легкостью эти системы удавалось довести до нестабильного поведения при использовании множестве точек доступа и больших длительных нагрузок. Проблема, видимо, связана с протоколом управления доступом к среде. Испытатель надеется, что работа целевых групп IEEE 802.11, а именно 11k и 11t, решит ее, по крайней мере частично.
Вопрос необъективности
Насколько можно доверять стрессовым испытаниям Novarum, зависит от двух вещей — вашего согласия с условиями тестирования и влияния Meru на конечные результаты.
Например, Беланджер пишет: «Единственная необычная вещь в нашем тестировании — постоянная нагрузка во время тестов с данными. Такой тип нагрузки похож на то, как если бы 72 человека в одной сети одновременно загружали кинофильмы из магазина iTunes». Беланджер и сам признает, что это — не типичное поведение для большинства корпоративных сетей.
Был ли тест справедливым по отношению к Cisco и Aruba? Инженеры Meru конфигурировали и настраивали свое оборудование, а у Cisco и Aruba такой возможности не было. Испытатели признают это, но отмечают, что тесты предназначались для испытания оптимальных конфигураций, а не для установления рейтинга продуктов. Речь шла о поведении протокола 802.11 под пиковой нагрузкой и о том, как разные архитектуры справляются с таким поведением. «Meru хотела, чтобы ее продукт оказался лучшим, — говорит он. — Но нас интересовали вопросы архитектурного плана».
В приложении к полному отчету под названием «Откровения» Беланджер говорит, что он склоняется к «микроячеистой» архитектуре, то есть к лагерю Cisco и Aruba, — отчасти потому, что был сторонником этого подхода при разработке стандарта 802.11. Работая в Aironet (позднее купленной Cisco), он возглавлял разработку программного обеспечения для беспроводных продуктов первой волны. Многое из того кода по-прежнему входит в ПО Cisco Compatible Extensions.