О влиянии беспроводных маршрутизаторов на скорость Интернет-соединения

По материалам статьи Ивана Морозова, руководителя Учебного центра TRENDnet

Многие пользователи, подключившиеся к сети Wi-Fi, не всегда довольны скоростью соединения: как правило, она значительно ниже ожидаемой. В связи с этим часто встречаются вопросы такого рода: «Тарифный план предусматривает скорость 50 Мбит/с — почему получается всего 20?». «Почему на коробке написано 300 Мбит/с, а программа-клиент при загрузке торрента отображает 2,5–12 Мбайт/с (что равно 20–96 Мбит/с)?»

Однако этому есть вполне объективные объяснения. Мы надеемся, что данная статья поможет разобраться в технических тонкостях доступа в сетях Wi-Fi и в том, почему указанная в спецификациях пропускная способность (рассчитанная теоретически) не соответствует реальности.

Как маршрутизатор «режет» скорость

Зачастую после приобретения маршрутизатора, его подключения и настройки пользователи сталкиваются с тем, что скорость Интернет-соединения стала ниже. Особенно часто такая проблема встречается в случае высокоскоростных Интернет-тарифов.

Например, при наличии тарифного плана, предусматривающего скорость Интернет-соединения в 100 Мбит/с, и при подключении кабеля провайдера «напрямую» к сетевой плате компьютера скорость соединения полностью соответствует тарифному плану. При подключении же кабеля провайдера к WAN-порту маршрутизатора, а компьютера — к порту LAN зачастую можно наблюдать снижение пропускной способности (как принято говорить, «роутер режет скорость тарифного плана»).

Логичнее всего предположить, что в данном случае проблема в самом маршрутизаторе и его скорость не соответствует скорости тарифного плана. Однако, если подключить более «медленный» тарифный план (например, 20 Мбит/с), то можно заметить, что «скорость Интернета» соответствует указанной в тарифном плане.

Как известно, пропускная способность WAN–LAN измеряется в мегабитах в секунду (Мбит/с) и определяет производительность маршрутизатора. За скорость коммутации WAN–LAN и за производительность маршрутизатора в целом отвечает его аппаратное оснащение — это модель и тактовая частота процессора, объем оперативной памяти, модель встроенного коммутатора, стандарт и модель WI-Fi-радиомодуля (точки доступа Wi-Fi), встроенного в маршрутизатор.

Кроме аппаратной версии устройства немалую роль в скорости маршрутизации WAN–LAN играет версия микропрограммного обеспечения, установленного на маршрутизатор («прошивки»). Именно поэтому рекомендуется обновить версию микропрограммного обеспечения устройства на рекомендованную сразу после приобретения. После этого должна повыситься стабильность работы маршрутизатора, уровень оптимизации устройства для работы в сетях российских провайдеров, а также пропускная способность WAN–LAN.

Скорость Wi-Fi

Теоретическая и реальная скорость

На коробках и спецификациях устройств указана теоретически рассчитанная максимальная пропускная способность технологии Wi-Fi для идеальных условий (по сути для вакуума).

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

Многие клиентские утилиты, поставляемые производителями вместе с Wi-Fi-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 (см. таблицу) оказывается примерно в три раза ниже, чем та, что указана в спецификациях к устройству или в том или ином стандарте IEEE группы 802.11 (технология Wi-Fi).

Теоретическая и реальная пропускная способность в сетях Wi-Fi

Стандарт	Максимальная теоретически рассчитанная  пропускная способность (Мбит/с)	Максимальная реальная скорость  передачи данных (Мбит/с)
IEEE 802.11a	До 54	До 24
IEEE 802.11g	До 54	До 24
IEEE 802.11n	До 150	До 50
IEEE 802.11n	До 300	До 100

Скорость в режиме WLAN–WLAN

Все современные стандарты Wi-Fi работают сходным образом. В каждый момент времени активное оборудование Wi-Fi (точка доступа или маршрутизатор) работает только с одним клиентом (Wi-Fi-адаптером) из всей Wi-Fi-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 в обратном направлении и т. д. Одновременный «параллельный» процесс передачи данных (дуплекс) в технологии Wi-Fi невозможен.

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

Рассмотрим пример: два компьютера с Wi-Fi-адаптерами стандарта IEEE 802.11g подключены к одному Wi-Fi-маршрутизатору стандарта IEEE 802.11g. Оба компьютера находятся на небольшом расстоянии от маршрутизатора. Вся сеть имеет максимальную теоретическую пропускную способность в 54 Мбит/с (как написано в спецификациях устройств), реальная же скорость обмена данными не превысит 24 Мбит/с.

Поскольку в технологии Wi-Fi происходит полудуплексная передача данных, то радиомодулю Wi-Fi приходится осуществлять коммутацию между двумя клиентами сети (Wi-Fi-адаптерами) в два раза чаще, чем если бы клиент был один. Соответственно реальная скорость передачи данных между двумя адаптерами будет в два раза ниже, чем в случае 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 к другому через маршрутизатор по Wi-Fi-соединению (WLAN–WLAN).

В зависимости от удаленности клиента сети от точки доступа или маршрутизатора будет изменяться «теоретическая» и, как следствие, «реальная» скорость передачи данных по Wi-Fi (рис. 1).

Наибольшую устойчивость к «удаленности» демонстрирует стандарт 802.11b (до 45–50 м без потери теоретической скорости). Это происходит из-за того, что активное Wi-Fi-оборудование, работая в полудуплексном режиме, совместно с адаптерами изменяет параметры сигнала (рис. 2) в зависимости от условий в радиоканале (расстояние, наличие препятствий и помех).

Из представленной схемы следует, что при удалении адаптера Wi-Fi от маршрутизатора меняются модуляция, скорость сверточного кодирования и т.д. Соответственно, меняется и пропускная способность. Так, при нахождении клиента сети в зоне покрытия с «теоретической» пропускной способностью 54 Мбит/с максимальная реальная скорость соединения будет составлять 24 Мбит/с вблизи маршрутизатора, а при перемещении клиента на расстояние 50 м в условиях прямой оптической видимости (без преград и помех) она уменьшится до 2 Мбит/с. Подобный же эффект может вызвать преграда в виде толстой несущей стены или массивной металлоконструкции.

Рассмотрим пример, когда сеть Wi-Fi создается Wi-Fi-маршрутизатором стандарта IEEE 802.11 n (150 Мбит/с), к которому подключены ноутбук с адаптером Wi-Fi стандарта IEEE 802.11n (300 Мбит/с) и стационарный компьютер с 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-маршрутизаторе стандарта IEEE 802.11n, 150 Мбит/с, при этом максимальная реальная скорость Wi-Fi не превысит 50 Мбит/с. Так как все стандарты Wi-Fi, работающие на одном частотном диапазоне, обратно совместимы друг с другом, то к такой сети можно подключиться при помощи Wi-Fi-адаптера стандарта IEEE 802.11g, 54 Мбит/с. При этом максимальная реальная скорость этого подключения не превысит 24 Мбит/с. При подключении к данному маршрутизатору ноутбука с Wi-Fi-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 Wi-Fi-маршрутизатор 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 снова вспомним, что технология Wi-Fi — это полудуплексная связь и точка доступа (или маршрутизатор) может работать только с одним клиентом сети, причем все остальные клиенты сети «оповещены» о том времени, на которое зарезервирован радиоканал для передачи данных.