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影響無線路由器的最大連接數因素分析

2020年01月27日 16:36 樓哥說電子設備 作者:樓哥說電子設備 用戶評論(0

  802.11協議規定,其中規定最大2007個節點,詳見802.11的AID范圍,802.11的協議性能,在初始802.11協議下,若節點數較多,比如50左右的節點數,從而會導致網絡性能立刻降低,甚至無法工作,對于802.11n/ac之類的協議,該性能會有所改進,但是仍有極限。

影響無線路由器的最大連接數因素分析

  路由器的設置,比如路由器存在默認的最大連接數設置,以及可以編輯的最大連接數,大于限制以外的節點不被關聯,

  路由器的性能限制,比如路由器的內存限制/CPU的限制,比如NAT可能是一個受影響的內容,貌似一個NAT會話維護大約需要300 byte左右的緩存,可以從這個方面估算下一個路由最多能夠支持多少NAT。

  -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------PS:以下表述有個前提為,非硬件資源情況下,無線路由器的最大連接數,這里首先肯定是認同硬件資源對無線連接數的影響的,不過即使在硬件資源最佳的情況下也無法超過,單個無線接口也無法接入大量的設備,其原因就在于802.11協議的設計,不過這一塊,協議也在不停的做改良,比如MU-MIMO機制之類,故因此,該回答主要是基于在硬件最佳的情況下,無線路由還是存在連接數量上限而言的。額。。。這里的確最大連接數的定義不明確,我理解是一個路由下最多能支持多少個設備進行接入,同時題設中把錢的層面忽略的話,那么就考慮硬件能做多好就做多好,不會出現由于一些小內存之類出現的性能缺陷。假設僅僅單個AP(即單個路由)的話,從協議設計上而言,本身就限定了其最大連接數,比如下圖是經典的bianchi模型中,有關性能的圖

  

影響無線路由器的最大連接數因素分析

  可以看到隨著節點數增加,其吞吐量是快速下降的(由于這里是用1M的速率,所以也可以認為縱軸是代表的網絡的效率)。故這里我們需要知道,隨著人數越來越多,系統的總帶寬會快速減少,其基本原因就在于沖突概率大。所以這里能夠注意到,不僅僅是由于共享帶寬,人越多,每一個人分的越少,同時,總的帶寬也變少了,從而每一個人所分時更加的少,換言之,就是“三個和尚沒水喝”。如果對CSMA/CA機制有所了解的話,若兩個節點同時backoff到0,那么就會沖突,這個Backoff是隨機在一個范圍內選值的,在圖中,就是在[0,W]范圍內隨機選值,若沖突后,需要進行重發,每一重發的時候,協議規定要擴大一倍這里的W,即BEB算法,而增大也不是無窮無盡的,協議規定比如,增大5次以后,第6次保持W不變,再發送一次,若再失敗則丟包。在圖中,重發的次數限制就對應的m。(PS:若采用RTS/CTS模式會好一些,其基本思想是采用短幀沖突代替長幀沖突,從而若發生沖突僅僅損失RTS幀,不會損失數據,總而在上圖中RTS/CTS模式下,吞吐量下降要好些,不過在顯示環境下,要在一起傳輸中啟用RTS/CTS需要滿足待傳數據包的payload長度大于RTS threshold的)所以,排除了路由器本身質量而言,協議本身就會限定接入節點個數的,故為了彌補這個缺點,比如MU-MIMO技術,都是擴展用戶的增強型技術。故,即使硬件完美的情況下,無線網絡最大接入節點數目還是有限制的。(實際上這里還沒有加入討論隱藏終端和暴露終端問題)同時為什么吞吐量會影響節點接入的情況,大致解釋是,由于AP和節點為了發送數據需要同時接入信道,即競爭的層面上,AP和節點是一樣的,比如我節點需要接入信道發送一個關聯請求給AP,AP給我反饋了我才可以發起認證,認證過了我才關聯上AP,若在中間AP無法競爭到信道,反饋一直遲遲發不出來,那么我的關聯或者認證就會出現超時錯誤,從而發生無法關聯AP。

  

影響無線路由器的最大連接數因素分析

  再補充下,實際上早期的支持CSMA/CD的repeaters也是由于協議有最大客戶端數限制的,所以由于協議導致的極限并不是第一次出現,如下圖即是在《Ethernet: The Definitive Guide》中所述(注:第416頁):

  

影響無線路由器的最大連接數因素分析

  是1024,該1024實際上是基于CSMA/CD的BEB最大回退10次所導致(第0~10次會指數增加回退窗口,第11~16次不增加),而若采用包交換的交換機,則沒有這個限制。------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------@沈磊 一開始看到你貼的驅動里面,最大到2048,感覺好大。后來發現,貌似2000左右也有可能,不過可能應該更具體點到2007個節點。(PS:本文一開始討論的是協議的性能限制,這里補充討論下,協議中默認的一些配置,即不考慮性能的情況下的默認配置)。在協議中,最有關最大關聯參數的應該是AID范圍,即TIM字段中的AID。目前對AID的考證如下:

  在TIM中出現的AID的bitmap最大范圍是512字節(bitmap中每一位都是關聯到一個節點),即AID的范圍最大是2008

  TIM中的Partial Virtual Bitmap(即AID存放的地方)的大小不是定值,即有多少個節點,這里位數就有多少,不是保持512byte位定值。(PS:根據抓包結果總結,我家路由的bitmap僅僅有4個byte)

  在PS-Poll中也存在AID字段,具體是在duration字段中,其中AID是在14位(duration中的[0:13]),那么范圍是0~16384,其中0-2007是使用,2008~16383是保留

  第二、最大連接數目是由驅動決定的,比如OpenWRT下是2048,參考static const struct ieee80211_iface_limit if_limits[] = {{ .max = 2048, .types = BIT(NL80211_IFTYPE_STATION) | BIT(NL80211_IFTYPE_WDS) }, { .max = 8, .types =#ifdef CPTCFG_MAC80211_MESH BIT(NL80211_IFTYPE_MESH_POINT) |#endif BIT(NL80211_IFTYPE_AP) }, { .max = 1, .types = BIT(NL80211_IFTYPE_P2P_CLIENT) | BIT(NL80211_IFTYPE_P2P_GO) }, { .max = 1, .types = BIT(NL80211_IFTYPE_ADHOC) },};具體含義解釋參考http://lxr.free-electrons.com/source/include/net/cfg80211.h#L2843但是實際上由于硬件性能和802.11協議的限制,有效的最大連接數目就很少了。

  很多種因素限制路由器連接數量

非常好我支持^.^

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( 發表人:黃飛燕 )

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