Современный беспроводной интернет развивается очень стремительно. Еще 3 года назад о массовом распространении 4G на территории почти всей центральной России никто не задумывался, а у крупных операторов это было только в планах. Сейчас высокоскоростной интернет появляется в новых населенных пунктах. Если предыдущие поколения 2G и 3G были устоявшимися стандартами долгое время, то 4G и LTE прогрессируют с каждым годом. В данной статье вы узнаете, какова максимальная скорость у 4G интернета и как ее замерить. Также читайте в соседнем разделе полезный материал о том, и чем они отличаются друг от друга.

Какая скорость должна быть у 4 Джи?

Если брать в расчет сеть 4G LTE, которая является первым поколением новой технологии 4 Джи, то показатели будут гораздо ниже заявленных. Еще в 2008 году были установлены стандарты, согласно которым максимальная скорость в сетях 4G должна была быть следующей:

• 100Мб/с для подвижных абонентов. К ним относятся машины, поезда и так далее;
• 1Гб/с для статичных абонентов (пешеходы и стационарные компьютеры).

Однако в действительности дела обстоят хуже, чем по заявленным стандартам. Эти параметры были заданы создатели технологии в идеальных условиях без помех, нагрузки на сеть и прочих неприятных моментов. На деле для статичных абонентов реальная цифра не превышает 100Мб/с. Однако операторы громко заявляют о 200-300Мб/с. К этой цифре ближе всех подобрались Мегафон и Билайн, которые запустили сеть с поддержкой LTE Advancedили 4G+. Показатели этого стандарта доходят до 150Мб/c при идеальных условиях. Однако ясно дает понять: массового распространения LTE Advanced придется ждать долго. К тому же, растущее число абонентов будет увеличивать нагрузку на сеть, что приведет к снижению среднего показателя.

- Зачем вам в Решётах нубук?
- Чтоб безразмерно использовать возможности блюпупа, и коммутироваться с другими абонентами по всему региону Россия с помощью Ви-Фи!
(С) Уральские Пельмени

Впервые рабочая группа IEEE 802.11 была анонсирована в 1990 году и вот уже 25 лет идёт непрекращающаяся работа над беспроводными стандартами. Основным трендом является постоянное увеличение скоростей передачи данных. В данной статье я попробую проследить путь развития технологии и показать, за счёт чего обеспечивалось увеличение производительности и чего стоит ждать в ближайшем будущем. Предполагается, что читатель знаком с основными принципами беспроводной связи: видами модуляции, глубиной модуляции, шириной спектра и т.д. и знает основные принципы работы Wi-Fi сетей. На самом деле существует не так много способов увеличения пропускной системы связи и большинство из них было реализовано на разных этапах совершенствования стандартов группы 802.11.

Рассмотрению будут подвергнуты стандарты, определяющие физический уровень, из взаимно совместимой линейки a/b/g/n/aс. Стандарты 802.11af (Wi-Fi на частотах эфирного телевиденья), 802.11ah (Wi-Fi в диапазоне 0.9 МГц, предназначенный для реализации концепции IoT) и 802.11ad (Wi-Fi для скоростной связи периферийных устройств наподобие мониторов и внешних дисков) несовместимы друг с другом, имеют различные сферы применения и не подходят для анализа эволюции технологий передачи данных на большом интервале времени. Кроме того, вне рассмотрения останутся стандарты, определяющие стандарты безопасности (802.11i), QoS (802.11e), роуминга (802.11r) и т.д., так как они только косвенно влияют на скорость передачи данных. Здесь и далее речь идёт о канальной, так называемой брутто-скорости, которая является заведомо большей, чем фактическая скорость передачи данных из-за большого количества служебных пакетов в радиообмене.

Первым стандартом беспроводной связи был 802.11 (без буквы). Он предусматривал два типа среды передачи: радиочастота 2.4 ГГц и инфракрасный диапазон 850-950 нм. ИК-устройства не были широко распространены и в будущем развития не получили. В диапазоне 2.4 ГГц было предусмотрено два способа расширения спектра (расширение спектра является неотъемлемой процедурой в современных системах связи): расширение спектра методом скачкообразного изменения частоты (FHSS) и методом прямой последовательности (DSSS). В первом случае все сети используют одну и ту же полосу частот, но с различными алгоритмами перестроения. Во втором случае уже появляются частотные каналы от 2412 МГц до 2472 МГц с шагом 5 МГц, сохранившиеся по сей день. В качестве расширяющей последовательности используется последовательность Баркера длиной 11 чипов. При этом максимальная скорость передачи данных составляла от 1 до 2 Мбит/с. В то время даже с учётом того, что в самых идеальных условиях полезная скорость передачи данных по Wi-Fi не превышает 50% канальной, такие скорости выглядели весьма привлекательно в сравнении со скоростями модемного доступа к сети Интернет.

Для передачи сигнала в 802.11 использовалась 2-х и 4-х позиционная манипуляция, что обеспечивало работу системы даже в неблагоприятных условиях сигнал/шум и не требовало сложных приёмо-передающих модулей.
Например, для реализации информационной скорости 2 Мбит/с каждый передаваемый символ заменяется на последовательность из 11 символов.

Таким образом чиповая скорость составляет 22 Мбит/с. За один такт передачи передаются 2 бита (4 уровня сигнала). Таким образом скорость манипуляции составляет 11 бод и основной лепесток спектра при этом занимает 22 МГц, величину, которую применительно к 802.11, часто называют шириной канала (на самом деле спектр сигнала является бесконечным).

При этом согласно критерию Найквиста (число независимых импульсов в единицу времени ограничено удвоенной максимальной частотой пропускания канала) для передачи такого сигнала достаточно полосы 5.5 МГц. Теоретически устройства формата 802.11 должны удовлетворительно работать и на каналах, отстоящих друг от друга на 10 МГц (в отличии от более поздних реализаций стандарта, требующих вещания на частотах, отстоящих друг от друга не менее, чем на 20 МГц).

Очень быстро скоростей 1-2 Мбит/с стало не хватать и на смену 802.11 пришёл стандарт 802.11b, в котором скорость передачи данных была увеличена до 5.5, 11 и 22 (опционально) Мбит/с. Увеличение скорости было достигнуто путём уменьшения избыточности помехоустойчивого кодирования с 1/11 до ½ и даже 2/3 за счёт внедрения блочных (CCK) и сверхточных (PBCC) кодов. Кроме того, максимальное число ступеней модуляции было увеличено до 8-и на один передаваемый символ (3 бита на 1 бод). Ширина канала и используемые частоты не изменились. Но при уменьшении избыточности и увеличении глубины модуляции неизбежно выросли требования к соотношению сигнал/шум. Так как увеличение мощности устройств невозможно (ввиду экономии энергии мобильных устройств и законодательных ограничений), то это ограничение проявилось в небольшом сокращении зоны обслуживания на новых скоростях. Площадь обслуживания на унаследованных скоростях 1-2 Мбит/с не изменилась. От способа расширения спектра методом скачкообразной перестройки частоты было решено полностью отказаться. Больше в семействе Wi-Fi он не использовался.

Следующий шаг увеличения скорости до 54 Мбит/с был реализован в стандарте 802.11a (данный стандарт начал разрабатываться раньше, чем стандарт 802.11b, но финальная версия была выпущена позже). Увеличение скорости в основном было достигнуто за счёт увеличения глубины модуляции до 64 уровней на один символ (6 бит на 1 бод). Кроме того, была радикально пересмотрена радиочастотная часть: расширение спектра методом прямой последовательности было заменено на расширение спектра методом разделения последовательного сигнала на параллельные ортогональные поденсущие (OFDM). Использование параллельной передачи на 48 подканалах позволило снизить межсимвольную интерференцию за счёт увеличения длительности отдельных символов. Передача данных осуществлялась в диапазоне 5 ГГц. При этом ширина одного канала составляет 20 МГц.

В отличие от стандартов 802.11 и 802.11b, даже частичное перекрытие этой полосы может привести к ошибкам передачи. К счастью в диапазоне 5 ГГц расстояние между канали составляет эти самые 20 МГц.

Стандарт 802.11g не стал прорывом в плане скорости передачи данных. Фактически этот стандарт стал компиляцией 802.11a и 802.11b в диапазоне 2,4 ГГц: в нём поддерживались скорости обоих стандартов.

Однако данная технология требует высокого качества изготовления радио части устройств. Кроме того, данные скорости принципиально не реализуемы на мобильных терминалах (основной целевой группе стандарта Wi-Fi): наличие 4-х антенн на достаточном разнесении не может быть реализовано в малогабаритных устройствах как по соображениям отсутствия места, так и из-за отсутствия достаточного на 4 приёмопередатчика энергии.

В большинстве случаев скорость 600 Мбит/с является не более, чем маркетинговой уловкой и нереализуема на практике, так как фактически её можно добиться только между стационарными точками доступа, установленными в пределах одной комнаты при хорошем соотношении сигнал/шум.

Следующий шаг в скорости передачи был выполнен стандартом 802.11ac: максимальная скорость, предусмотренная стандартом, составляет до 6,93 Гбит/с, однако фактически такая скорость ещё не достигнута ни на одном оборудовании, представленном на рынке. Увеличение скорости достигнуто за счёт увеличения полосы пропускания до 80 и даже до 160 МГц. Такая полоса не может быть предоставлена в диапазоне 2,4 ГГц, поэтому стандарт 802.11ac функционирует только в диапазоне 5 ГГц. Ещё один фактор увеличения скорости – увеличение глубины модуляции до 256 уровней на один символ (8 бит на 1 бод) К сожалению, такая глубина модуляции может быть получена только вблизи точки из-за повышенных требований к соотношению сигнал/шум. Указанные улучшения позволили добиться увеличения скорости до 867 Мбит/с. Остальное увеличение получено за счёт ранее упомянутых потоков MIMO 8x8:8. 867х8=6,93 Гбит/с. Технология MIMO была усовершенствована: впервые в стандарте Wi-Fi информация в одной сети может передаваться двум абонентам одновременно с использованием различных пространственных потоков.

В более наглядном виде результаты в таблице:

В таблице перечислены основные способы увеличения пропускной способности: «-» - метод не применим, «+» - скорость была увеличена за счёт данного фактора, «=» - данный фактор остался без изменений.

Ресурсы уменьшения избыточности уже исчерпаны: максимальная скорость помехоустойчивого кода 5/6 была достигнута в стандарте 802.11a и с тех пор не увеличивалась. Увеличение глубины модуляции теоретически возможно, но следующей ступенью является 1024QAM, которая является очень требовательной к соотношению сигнал/шум, что предельно снизит радиус действия точки доступа на высоких скоростях. При этом возрастут требования к исполнению аппаратной части приёмопередатчиков. Уменьшение межсимвольного защитного интервала также вряд ли будет направлением совершенствования скорости – его уменьшение грозит увеличением ошибок, вызванных межсимвольной интерференцией. Увеличение полосы канала сверх 160 МГц так же вряд ли возможно, так как возможности по организации непересекающихся сот будут сильно ограничены. Ещё менее реальным выглядит увеличение количества MIMO-каналов: даже 2 канала являются проблемой для мобильных устройств (из-за энергопотребления и габаритов).

Из перечисленных методов увеличения скорости передачи большая часть в качестве расплаты за своё применение забирает полезную площадь покрытия: снижается пропускная способность волн (переход от 2,4 к 5 ГГц) и повышаются требования к соотношению сигнал шум (увеличение глубины модуляции, повышение скорости кода). Поэтому в своём развитии сети Wi-Fi постоянно стремятся к уменьшению площади, обслуживаемой одной точкой в пользу скорости передачи данных.

В качестве доступных направлений совершенствования могут использоваться: динамическое распределение OFDM поднесущих между абонентами в широких каналах, совершенствование алгоритма доступа к среде, направленное на уменьшение служебного траффика и использование техник компенсации помех.

Подводя итог вышесказанному попробую спрогнозировать тенденции развития сетей Wi-Fi: вряд ли в следующих стандартах удастся серьёзно увеличить скорость передачи данных (не думаю, что больше, чем в 2-3 раза), если не произойдёт качественного скачка в беспроводных технологиях: почти все возможности количественного роста исчерпаны. Обеспечить растущие потребности пользователей в передаче данных можно будет только за счёт увеличения плотности покрытия (снижения радиуса действия точек за счёт управления мощностью) и за счёт более рационального распределения существующей полосы между абонентами.

Вообще тенденция уменьшения зон обслуживания, похоже, является основным трендом в современных беспроводных коммуникациях. Некоторые специалисты считают, что стандарт LTE достиг пика своей пропускной способности и не сможет далее развиваться по фундаментальным причинам, связанным с ограниченностью частотного ресурса. Поэтому в западных мобильных сетях развиваются технологии оффлоада: при любом удобном случае телефон подключается к Wi-Fi от того же оператора. Это называют одним из основных способов спасения мобильного Интернета. Соответственно роль Wi-Fi сетей с развитием сетей 4G не только не падает, а возрастает. Что ставит перед технологией всё новые и новые скоростные вызовы.

Данная статья поможет самостоятельно разобраться в технических тонкостях, связанных с WiFi-сетями, техническими параметрами роутеров, единицами измерения пропускной способности каналов связи и в том, почему указанная в спецификациях пропускная способность (рассчитанная теоретически) не соответствует реальности.

В каких единицах измеряется скорость интернет соединения

В технических спецификациях устройств и договорах на оказание услуг связи с интернет-провайдером фигурируют единицы Килобиты в секунду и, в большинстве случаев, Мегабиты в секунду (Кбит/с; Кб/с; Kb/s; Kbps, Мбит/с; Мб/с; Мb/s; Мbps - буква «б» маленькая). Эти единицы измерения являются общепризнанными в телекоммуникациях и в них измеряют полосы пропускания устройств, портов, интерфейсов и каналов связи. Обычные пользователи и интернет-провайдеры предпочитают не использовать столь специализированный термин, называя его «скоростью интернета» или «скоростью соединения» .

Многие пользовательские программы (торрент-клиенты, программы-загрузчики, интернет-браузеры) отображают скорость передачи данных в других единицах, которые очень похожи на Килобиты в секунду и Мегабиты в секунду, однако это совсем иные единицы измерения - Килобайты и Мегабайты в секунду. Эти величины часто путают между собой, так как они имеют схожее написание.

Килобайты в секунду (в которых отображают скорость передачи данных пользовательские программы) принято обозначать как КБайт/с, КБ/с, KB/s или KBps.

Мегабайты в секунду - МБайт/с, МБ/с, МB/s или МBps.

Килобайты и Мегабайты в секунду всегда пишутся с большой буквой «Б» как в английском, так и в русском варианте написания: МБайт/с, МБ/с, МB/s, МBps.

В одном Байте содержится 8 бит, следовательно, Мегабайт отличается от Мегабита (как и Килобайт от Килобита) в 8 раз.

Для того, чтобы перевести «Мегабайты в секунду» в «Мегабиты в секунду», необходимо умножить на восемь значение, выраженное в МБ/с (Мегабайтах в секунду).

Например, если браузер или торрент-клиент отображает скорость передачи данных, равную 3 МБ/с (Мегабайт в секунду), то в Мегабитах это будет в восемь раз больше - 24 Мбит/с (Мегабит в секунду).

Для перевода из «Мегабит в секунду» в «Мегабайты в секунду», необходимо разделить значение, выраженное в Мегабитах в секунду, на восемь.

Например, если тарифный план провайдера предусматривает выделение полосы пропускания, равной 8 Мбит/с, (Мегабит в секунду), то при загрузке торрента на компьютер, программа-клиент отобразит максимальное значение в 1 Мбайт/с (если со стороны сервера нет ограничений и нет перегрузки).

Как протестировать скорость интернет соединения он-лайн?

Для того, чтобы протестировать ширину полосы пропускания, можно воспользоваться одним из бесплатных ресурсов измерения скорости интернета: Speedtest.net или 2ip.ru .

Оба сайта измеряют ширину полосы пропускания от сервера, который можно выбрать, до компьютера, на котором измеряется скорость. Так как длина канала связи может быть от нескольких сотен метров до нескольких тысяч километров, то рекомендуется выбирать территориально наиболее близкий сервер (хотя и он может оказаться сильно загруженным). Тестирование лучше проводить в то время, когда активность клиентов сети провайдера наименьшая (например, утром или поздней ночью). Точность измерений скорости соединения с сетью интернет не идеальна из-за большого количества различных факторов, которые сильно влияют на пропускную способность, но вполне способна дать представление о реальной скорости интернет-соединения.

Интернет-провайдер выделяет каждому абоненту полосу пропускания для доступа в Интернет в соответствии с тарифным планом абонента (провайдер «урезает» скорость согласно тарифному плану). Однако, многие интернет-браузеры, а также мастеры загрузки файлов, торрент-клиенты отображают ширину пропускания канала связи не в мегабитах в секунду, а в мегабайтах в секунду, и из за этого часто возникает путаница.

Протестируем скорость интернет-соединения на примере ресурса speedtest.net. Нужно нажать кнопку «BEGIN TEST recommended server».

Ресурс автоматически подберёт ближайший к вам сервер и начнёт тестировать скорость Интернета. Результатом тестирования будет пропускная способность канала от провайдера к абоненту («DOWNLOAD SPEED») и пропускная способность канала от абонента к провайдеру («UPLOAD SPEED»), которые будут выражены в Мегабитах в секунду.

Скорость через роутер «не такая», роутер «режет» скорость

Зачастую, после приобретения роутера, его подключения и настройки, пользователи сталкиваются с проблемой, что скорость интернет соединения стала ниже, чем до приобретения роутера. Особенно часто такая проблема встречается на высокоскоростных интернет тарифах.

Например, при наличии тарифного плана, предусматривающего «скорость интернет соединения» в 100Мбит/с, и при подключении кабеля провайдера «напрямую» к сетевой плате компьютера, скорость интернета полностью соответствует тарифному плану:

При подключении кабеля провайдера к WAN-порту роутера, а компьютера - к порту LAN, зачастую можно наблюдать снижение пропускной способности (или, как принято говорить, «роутер режет скорость тарифного плана»):

Логичнее всего предположить, что в данной схеме проблема в самом роутере и скорость роутера не соответствует скорости тарифного плана. Однако, если подключить более «медленный» тарифный план (например, 50 Мбит/с), то можно заметить, что роутер уже не режет скорость и «скорость интернета» соответствует указанной в тарифном плане:

В среде инженеров не принята терминология «роутер режет скорость» или «скорость роутера» - обычно пользуются терминами «скорость маршрутизации WAN-LAN», «скорость коммутации WAN-LAN», или «пропускная способность WAN-LAN».

Пропускная способность WAN-LAN измеряется в Мегабитах в секунду (Мбит/с) и отвечает за производительность роутера. За скорость коммутации WAN-LAN и за производительность роутера в целом, отвечает аппаратное оснащение роутера (H/W - от англ. «Hardware», указана на стикере, который наклеен на днище устройства) - это модель и тактовая частота процессора роутера, объем оперативной памяти, модель коммутатора (свитча, встроенного в роутер), стандарт и модель WI-Fi радиомодуля (точки доступа Wi-Fi), встроенного в роутер. Кроме аппаратной версии устройства (H/W) немалую роль в скорости маршрутизации WAN-LAN играет версия установленного микропрограммного обеспечения («прошивки») установленного на роутер. Именно поэтому рекомендуется обновить версию микропрограммного обеспечения устройства сразу после приобретения.

После «перепрошивки» или, говоря профессионально, после обновления микропрограммного обеспечения на рекомендованную версию прошивки, должна повыситься стабильность работы роутера, уровень оптимизации устройства для работы в сетях российских провайдеров, а так же пропускная способность WAN-LAN.

Стоит отметить, что скорость коммутации WAN-LAN зависит не только от аппаратной версии устройства (H/W) и версии микропрограммного обеспечения, но и от протокола подключения к провайдеру.

Наиболее высокая скорость маршрутизации WAN-LAN достигается на протоколах подключения DHCP и Static IP, низкая - при использовании провайдером технологии VPN , а если используется протокол PPTP - самая низкая.

Скорость WiFi

Многие пользователи, подключившиеся к какой-либо Wi-Fi сети, не всегда довольны скоростью соединения. Вопрос довольно сложный и нуждается в детальном рассмотрении.

a. Реальные скорости технологии Wi-FI

Так выглядят часто задаваемые вопросы по данной тематике:

«У меня тарифный план предусматривает скорость 50 Мбит/с - почему получается всего 20?»

«Почему на коробке написано 54 Мбит/с, а программа-клиент при загрузке торрента отображает максимум 2,5 МБайт/с (что равно 20 Мбит/с)?»

«Почему на коробке написано 150 Мбит/с, а программа-клиент при загрузке торрента отображает 2,5 - 6 МБ/с (что равно 20 - 48 Мбит/с)?»

«Почему на коробке написано 300 Мбит/с, а программа-клиент при загрузке торрента отображает 2,5 - 12 МБ/с (что равно 20 - 96 Мбит/с)?»

На коробках и спецификациях к устройствам указана теоретически рассчитанная максимальная пропускная способность для идеальных условий того или иного стандарта Wi-Fi (по сути - для вакуума).

В реальных условиях пропускная способность и площадь зоны покрытия сети зависят от помех, создаваемых другими устройствами, степени загрузки сети WiFi, наличия препятствий (и материалов, из которых они изготовлены) и прочих факторов.

Многие клиентские утилиты, поставляемые производителями вместе с WiFi-адаптерами, а также утилиты операционной системы Windows , при подключении по Wi-Fi отображают именно «теоретическую» пропускную способность, а не реальную скорость передачи данных, вводя пользователей в заблуждение.

Как показывают результаты тестирования, максимальная реальная пропускная способность оказывается примерно в 3 раза ниже, чем та, что указана в спецификациях к устройству или к тому или иному стандарту IEEE группы 802.11 (стандарты технологии Wi-Fi):

b. WLAN-WLAN. Скорость Wi-Fi (в зависимости от расстояния)

Все современные и актуальные стандарты Wi-Fi на сегодняшний день работают схожим образом.

В каждый момент времени, активное Wi-Fi оборудование (точка доступа или роутер) работает только с одним клиентом (WiFi-адаптером) из всей WiFi сети, причем все устройства сети получают специальную служебную информацию о том, на какое время будет зарезервирован радиоканал для передачи данных. Передача происходит в полудуплексном режиме т.е. по очереди - от активного Wi-Fi оборудования к клиентскому адаптеру, затем наоборот и так далее. Одновременный «параллельный» процесс передачи данных (дуплекс) в технологии Wi-Fi не возможен.

Таким образом, скорость обмена данными между двумя клиентами (скорость коммутации WLAN-WLAN) одной Wi-Fi сети, созданной одним устройством (точкой доступа или роутером), будет (в идеальном случае) в два и более раза ниже (зависит от расстояния), чем максимальная реальная скорость передачи данных во всей сети.

Пример:

Два компьютера с Wi-Fi адаптерами стандарта IEEE 802.11g подключены к одному Wi-Fi роутеру стандарта IEEE 802.11g. Оба компьютера находятся на небольшом расстоянии от роутера. Вся сеть имеет максимально достижимую теоретическую пропускную способность в 54 Мбит/с (что написана в спецификациях устройств) реальная же скорость обмена данными не превысит 24 Мбит/с.

Но, так как технология Wi-Fi - это полудуплексная передача данных, то Wi-Fi радиомодулю приходится коммутировать между двумя клиентами сети (Wi-Fi адаптерами) в два раза чаще, чем в случае, если бы клиент был один. Соответственно, реальная скорость передачи данных между двумя адаптерами будет в два раза ниже, чем максимальная реальная для одного клиента. В данном примере, максимальная реальная скорость обмена данными для каждого из компьютеров будет составлять 12 Мбит/с. Напомним, что речь идет о передаче данных от одного компьютера другому через роутер по wifi-соединению (WLAN-WLAN).

В зависимости от удаленности клиента сети от точки доступа или роутера, будет изменяться «теоретическая» и, как следствие, «реальная» скорость передачи данных по WiFi. Напомним, что она примерно в 3 раза меньше «теоретической».

Это происходит из-за того, что активное WiFi оборудование, работая в полудуплексном режиме, совместно с адаптерами изменяет параметры сигнала (тип модуляции, скорость сверточного кодирования и т.д.) в зависимости от условий в радиоканале (расстояние, наличие препятствий и помех).

При нахождении клиента сети в зоне покрытия с «теоретической» пропускной способностью 54 Мбит/с, его максимальная реальная скорость будет составлять 24 Мбит/с. При перемещении клиента на расстояние 50 метров в условиях прямой оптической видимости (без преград и помех), она будет составлять 2 Мбит/с. Подобный эффект также может вызвать преграда в виде толстой несущей стены или массивной металлоконструкции - можно находиться на расстоянии 10-15 метров, но за данной преградой.

c. Роутер стандарта IEEE 802.11n, адаптер стандарта IEEE 802.11g

Рассмотрим пример, когда Wi-Fi сеть создает Wi-Fi роутер стандарта IEEE 802.11 n (150 Мбит/с). К роутеру подключены ноутбук с Wi-Fi адаптером стандарта IEEE 802.11n (300 Мбит/с) и стационарный компьютер с Wi-Fi адаптером стандарта IEEE 802.11g (54 Мбит/с):

В данном примере вся сеть имеет максимальную «теоретическую» скорость 150 Мбит/с, так как она построена на Wi-Fi роутере стандарта IEEE 802.11n, 150 Мбит/с. Максимальная реальная скорость WiFi не превысит 50 Мбит/с. Так как все стандарты WiFi, работающие на одном частотном диапазоне, обратно совместимы друг с другом, то к такой сети можно подключиться при помощи WiFi адаптера стандарта IEEE 802.11g, 54 Мбит/с. При этом, максимальная реальная скорость не превысит 24 Мбит/с. При подключении к данному роутеру ноутбука с WiFi адаптером стандарта IEEE 802.11n (300 Мбит/с), клиентские утилиты могут отобразить значение максимальной «теоретической» скорости в 150 Мбит/с, (сеть создана устройством стандарта IEEE 802.11n ,150 Мбит/с), а вот максимальная реальная скорость не будет выше 50 Мбит/с. В данной схеме, WiFi-роутер будет работать с клиентским адаптером стандарта IEEE 802.11g на реальной скорости, не превышающей 24 Мбит/с, а с адаптером стандарта IEEE 802.11n на реальной скорости, не превышающей 50 Мбит/с. Тут надо вспомнить, что технология WiFi - это полудуплексная связь и точка доступа (или роутер) может работать только с одним клиентом сети, причём все остальные клиенты сети «оповещены» о том времени, на которое зарезервирован радиоканал для передачи данных.

d. Скорость WiFi через роутер. WAN-WLAN

Если речь идет о подключении по Wi-Fi соединению к Wi-Fi роутеру, то скорость загрузки торрента может оказаться даже ниже, чем те значения, которые были приведены выше.

Эти значения не могут превышать скорость коммутации WAN-LAN, так как это основная характеристика производительности роутера.

Таким образом, если в спецификациях (и на коробке) устройства указана скорость передачи данных по Wi-Fi до 300 Мбит/с, а параметр WAN-LAN для данной модели, ее аппаратной версии, версии микропрограммного обеспечения, а также типа и протокола подключения равен 24 Мбит/с, то скорость передачи данных по Wi-Fi (например, при загрузке торрента) ни при каких условиях не может превысить значение 3 Мбайт/с (24 Мбит/с). Этот параметр носит название WAN-WLAN, который напрямую зависит от скорости маршрутизации WAN-LAN, от версии микропрограммного обеспечения («прошивки»), установленной на Wi-Fi роутер, Wi-Fi радиомодуля (точки доступа WiFi, встроенной в WiFi роутер), а так же от характеристик Wi-Fi адаптера, его драйверов, удаленности от роутера, зашумленности радиоэфира и прочих факторов.

Источник

Данная инструкция подготовлена и опубликована Морозовым Иваном Александровичем - руководителем Учебного Центра представительства компании TRENDnet в России и СНГ. Если вы желаете повысить уровень собственных знаний в области современных сетевых технологий и сетевого оборудования - приглашаем в гости на бесплатные семинары!

110    Глава 2. Физический уровень

помех на линии. Другими словами, ограничение полосы пропускания частот канала ограничивает его пропускную способность для передачи двоичных данных даже для идеальных каналов. Однако схемы, использующие несколько уровней напряжений, существуют и позволяют достичь более высоких скоростей передачи данных. Мы обсудим это ниже в этой главе.

Таблица 2.1. Соотношение между скоростью передачи данных и числом гармоник для нашего примера

		1-я гармоника, Гц	Количество пропускаемых гармоник

С термином «полоса пропускания» связано множество недоразумений, так как для инженеров-электриков и компьютерных специалистов он означает разные вещи. Для инженера-электрика (аналоговая) полоса пропускания, как уже говорилось выше, это значение в герцах, указывающее ширину диапазона частот. Для компьютерного специалиста (цифровая) полоса пропускания - это максимальная скорость данных в канале, то есть значение, измеряемое в битах в секунду. Фактически скорость данных определяется аналоговой полосой пропускания физического канала, применяемого для передачи цифровой информации, и эти два показателя связаны, как мы увидим далее. В этой книге будет понятно из контекста, какой термин имеется в виду в каждом конкретном случае - аналоговая (Гц) или цифровая (бит/с) полоса пропускания.

2.1.3. Максимальная скорость передачи данных через канал

В 1924 году американский ученый Х. Найквист (H. Nyquist) из компании AT&T пришел к выводу, что существует некая предельная скорость передачи даже для идеальных каналов. Он вывел уравнение, позволяющее найти максимальную скорость передачи данных в бесшумном канале с ограниченной полосой пропускания частот. В 1948 году Клод Шеннон (Claude Shannon) продолжил работу Найквиста и расширил ее для случая канала со случайным (то есть термодинамическим) шумом. Это важнейшая работа во всей теории передачи информации. Мы кратко рассмотрим результаты работы Найквиста и Шеннона, ставшие сегодня классическими.

Найквист доказал, что если произвольный сигнал прошел через низкочастотный фильтр с полосой пропускания B , то такой отфильтрованный сигнал может быть полностью восстановлен по дискретным значениям этого сигнала, измеренным с частотой

2.1. Теоретические основы передачи данных    111

2B в секунду. Производить измерения сигнала чаще, чем 2B в секунду, нет смысла, так как более высокочастотные компоненты сигнала были отфильтрованы. Если сигнал состоит изV дискретных уровней, то уравнение Найквиста будет выглядеть так:

максимальная скорость передачи данных = 2B log2 V , бит/с.

Так, например, бесшумный канал с частотой пропускания в 3 кГц не может передавать двоичные (то есть двухуровневые) сигналы на скорости, превосходящей 6000 бит/с.

Итак, мы рассмотрели случай бесшумных каналов. При наличии в канале случайного шума ситуация резко ухудшается. Уровень термодинамического шума в канале измеряется отношением мощности сигнала к мощности шума и называется отношением сигнал/шум . Если обозначить мощность сигналаS , а мощность шума -N , то отношение сигнал/шум будет равноS/N . Обычно величина отношения выражается через ее десятичный логарифм, умноженный на 10: 10 lgS/N , так как ее значение может меняться в очень большом диапазоне. Единица такой логарифмической шкалы называетсядецибелом (decibel, dB, дБ); здесь приставка «деци» означает «десять», а «бел» - это единица измерения, названная в честь изобретателя телефона Александра Грэма Белла. Таким образом, отношение сигнал/шум, равное 10, соответствует 10 дБ, отношение, равное 100, равно 20 дБ, отношение, равное 1000, равно 30 дБ и т. д. Производители стереоусилителей часто указывают полосу частот (частотный диапазон), в которой их аппаратура имеет линейную амплитудно-частотную характеристику в пределах 3 дБ. Отклонение в 3 дБ соответствует ослаблению сигнала примерно в два раза (потому что 10 log10 0,5≈ –3).

Главным результатом, который получил Шеннон, было утверждение о том, что максимальная скорость передачи данных или емкость канала с полосой частот B Гц и отношением сигнал/шум, равнымS/N , вычисляется по формуле:

максимальная скорость передачи данных = B log2 (1 +S/N ), бит/с.

Это наилучшее значение емкости, которое можно наблюдать для реального канала. Например, полоса пропускания канала ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line, ассиметричная цифровая абонентская линия), по которому осуществляется доступ в Интернет через телефонные сети, равна приблизительно 1 МГц. Отношение сигнал/ шум в значительной степени зависит от расстояния между компьютером пользователя и телефонной станцией. Для коротких линий длиной от 1 до 2 км очень хорошим считается значение около 40 дБ. С такими характеристиками канал никогда не сможет передавать более 13 Мбит/с, независимо от способа модуляции сигнала, то есть количества используемых уровней сигнала, частоты дискретизации и т. д. Поставщики услуг заявляют скорость передачи данных до 12 Мбит/с, однако пользователям редко удается наблюдать такое качество передачи данных. Тем не менее это великолепный результат для шестидесяти лет развития технологий передачи информации, в течение которых произошел огромный скачок от емкости каналов, характерной для времен Шеннона, и до существующей в современных реальных сетях.

Результат, полученный Шенноном и подкрепленный постулатами теории информации, применим к любому каналу с Гауссовским (термальным) шумом. Попытки доказать обратное заранее обречены на провал. Для того чтобы добиться в канале ADSL скорости, превышающей 13 Мбит/с, необходимо либо улучшить отношение

Почему при использовании технологии ADSL скорость передачи данных всегда меньше скорости соединения? Почему ADSL-модем соединяется на скорости 12 Мбит/с, а скорость, измеряемая speedtest.net, не превышает 8 Мбит/с?

При использовании технологии ADSL скорость передачи данных всегда меньше скорости соединения как минимум на 13-15% . Это технологическое ограничение, о котором мы далее расскажем подробнее. Оно не зависит ни от провайдера, ни от используемого модема.
В идеальных условиях при скорости соединения 12 Мбит/с можно рассчитывать на максимальную реальную скорость ~ 10 Мбит/с.

В реальности, помимо технологического ограничения, есть еще целый ряд факторов, снижающих скорость передачи. Об этих факторах мы расскажем далее.

Технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - асимметричная технология передачи данных, в которой доступная полоса пропускания канала распределена между входящим (Download ) и исходящим (Upload ) трафиком асимметрично. Таким образом, при подключении ADSL-модема используется скорость к абоненту (Download ) и скорость от абонента (Upload ).
В ADSL-сетях передачи данных скорость подключения измеряется в Мегабитах в секунду (Мбит/с) или Килобитах в секунду (Кбит/с) .
Например: цифры 10240/768 говорят о том, что максимальная входящая скорость подключения к абоненту составит 10240 Кбит/с (скорость, с которой данные будут поступать на ваш локальный компьютер), а максимальная исходящая скорость подключения от абонента составит 768 Кбит/с (скорость, с которой данные будут поступать от вашего локального компьютера на удаленный сервер).
При этом максимальная скорость при скачивании файлов (скорость закачки) составит ~ 1000 Килобайт в секунду (КБ/сек) .
Эта цифра получена по следующей формуле:
скорость подключения (10240) - 15% (1500) / 8 (для перевода килобит в килобайты) .

Дело в том, что интернет-браузеры или менеджеры закачек/загрузок показывают скорость передачи в Килобайтах в секунду .

Например, в браузере Internet Expolrer скорость закачки файла отображается в поле Скорость передачи (Transfer rate): xxx КБ/сек (KB/Sec).

Браузеры и/или менеджеры закачек/загрузок используют эту цифру для оценки скорости передачи, чтобы рассчитать общее время загрузки файла. Но обращаем ваше внимание, что по ряду причин скорость передачи данных отображается неточно. Например, данные могут буферизироваться (при этом таймеры запускаются с небольшой задержкой, что приводит к неправильным показаниям). Также скорость передачи данных может зависеть от производительности компьютера.

Реальную скорость соединения рекомендуем проверить следующим образом. Самый надежный способ для получения более достоверных результатов - замерить скорость скачивания файла с сайта вашего интернет-провайдера.
Нужно скачать какой-нибудь файл с сайта провайдера и посмотреть скорость закачки этого файла.

Многие пользователи часто используют популярные интернет-сервисы для проверки скорости интернет-канала (например, speedtest.net). Мы обращаем ваше внимание, что проверка скорости с помощью интернет-сервисов не гарантирует достоверного измерения. В данном случае точность измерения скорости вашего интернет-канала будет зависеть от выбранного сервера и его загруженности, его местоположения, загруженности вашего интернет-канала и других факторов.

Подробно рассмотрим факторы, которые влияют на реальную скорость соединения:

• В качестве транспортного протокола коммуникационное оборудование (IP ADSL-коммутаторы) использует технологию АТМ (Asynchronous Transfer Mode - асинхронный способ передачи данных). АТМ - сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде кадров (ячейки) фиксированного размера (53 байта).
  Как известно, Интернет использует протокол IP в качестве протокола связи, и в частности протокол TCP/IP. Технология ADSL в качестве транспортного протокола используют ATM, и поэтому данные передаются по вашей ADSL-линии с помощью TCP/IP через ATM. Т.е. IP-кадры упаковываются (инкапсулируются) в АТМ-ячейки и передаются по DSL-линии, а затем принимающим оборудованием снова распаковываются, и получаются обычные IP-кадры.
  Крупные пакеты при этом будут поделены на 48-байтные части. Если пакет не делится без остатка на 48, то к нему добавляется заполнение, чтобы получилось целое число ячеек по 48 байт. После деления пакета на ячейки по 48 байт к каждой из получившихся ячеек добавляется заголовок (5 байт).
  В результате происходит снижение скорости на уровне 10% от скорости передачи данных.
• Использование протокола TCP/IP при передаче данных снижает скорость на уровне 3% от скорости передачи данных, т.к. передаваемую полезную информацию (данные) дополняет служебная (протокольная) информация.

Указанные выше факторы - это и есть, те самые технологические ограничения, о которых шла речь в начале статьи. Эти ограничения и приводят к тому, что скорость передачи данных всегда меньше скорости соединения как минимум на 13-15% .

Но существуют и другие факторы, снижающие скорость передачи данных.

• Теоретически в окне браузера или менеджера закачек/загрузок при загрузке файла вы должны видеть скорость передачи, вычисляемой по формуле скорость подключения - 15% (расходы при использовании TCP/IP и ATM) / 8 (для перевода килобит в килобайты) , но в реальности отображается скорость ниже, и этому есть свои причины:
  
  
  • Настройки компьютера. Например, недостаточно памяти (виртуальной/оперативной), устаревший процессор, нестабильная работа (сбои) операционной системы (синий экран) или программного обеспечения, недостаток свободного места на жестком диске, наличие на компьютере вредоносных программ/вирусов и т.д.
  
  
  • Потери пакетов при передаче данных. Большое количество потерь возможно на плохих линиях (каналах связи) или при использовании предельно допустимой скорости подключения.
    Если происходит потеря пакетов при передаче кадров, то протокол TCP/IP замечает отсутствующий пакет в общем потоке данных, не признает его получения и затем инициирует повторную передачу потерянных данных. Процедура ретрансляции приводит к дополнительным задержкам.
    Таким образом, протокол TCP/IP, помимо важной функции контроля и транспортировки данных, при наличии больших потерь пакетов на линии замедляет скорость передачи данных.
    Для проверки качества соединения с сервером в сети Интернет можно использовать утилиту ping (пинг). В командной строке операционной системы выполните команду ping -t имя_сайта , например ping -t www.download.com . Подождите секунд 30 и затем нажмите Ctrl+C для завершения работы утилиты. В статистике будет указан % потерь пакетов. Если потери пакетов составят свыше 5%, то производительность протокола TCP/IP будет плохой при работе с указанным сайтом.
  
  
  • Перегрузка серверов и шлюзов провайдера. Зависит от структуры сети провайдера (например, много шлюзов) или низкой пропускной способности исходящего канала провайдера. Проблема наблюдается при пиковой нагрузке со стороны пользователей. Слишком большое количество обращений на сервер может превысить максимум его использования в часы пиковой нагрузки и вызовет замедления в работе.
  
  
  • Проблемы с маршрутизацией также могут вызвать снижение скорости. При обнаружении проблем с маршрутизацией пакеты могут перенаправляться по альтернативным маршрутам, что вызовет задержки при передаче данных.
  
  
  • Использование протокола PPPoE может приводить к снижению скорости. PPPoE - это туннелирующий сетевой протокол канального уровня передачи кадров PPP через Ethernet. В основном используется DSL-сервисами. PPPoE ресурсоемкий протокол, и при передаче сетевых данных требования к процессору возрастают. В зависимости от реализации и использования PPPoE можно увидеть снижение максимальной скорости до 5-25%.
  
  
  • Недостаточная (низкая) производительность сервера BRAS (Broadband Remote Access Server). Маршрутизатор широкополосного удаленного доступа (BRAS) маршрутизирует трафик к/от DSL-коммутатора (DSLAM) в сетях интернет-провайдера. BRAS находится в ядре сети провайдера и агрегирует пользовательские подключения из сети уровня доступа. Маршрутизатор производит логическую терминацию туннелей точка-точка (PPP). Это могут быть инкапсулированные туннели PPP через Ethernet (PPPoE) или PPP через ATM (PPPoA). BRAS также является интерфейсом к системам аутентификации, авторизации и учета трафика.
  
  
  • Возможно ограничение скорости по тарифному плану на сервере BRAS. Типовой случай, когда скорость физического соединения одна, а скорость приема данных ограничена оплаченным тарифным планом.
  
  
  • При использовании дополнительного сервиса, например IPTV (цифровое телевидение), поток принимаемого телевидения тоже занимает определенную полосу, как правило около 4 Мбит/с для каналов стандартного разрешения. Максимальная скорость приема данных, при использовании сервиса IPTV, может быть рассчитана по следующей формуле:
    скорость подключения - 15% - скорость потока IPTV .
    Например, скорость подключения (10240) - 15% (1500) - скорость потока IPTV (4000) = 4700 Кбит/с (587 Кбайт/с).