Last Updated on 12/10/2021 by administrator

Velký praktický test bezdrátové technologie 802.11ac a NV2

802.11ac a NV2

Motivace:

Tento komplexní článek se zaměřuje na testování bezdrátového standardu 802.11ac a proprietárního bezdrátového protokolu NV2 od firmy Mikrotik. V prvních třech částí dochází k měření přenosových rychlostí mezi 802.11ac a NV2. Tyto tři části se dělí na:

• Test přenosové rychlosti – bez použití šifry versus s šifrou
  
• Test přenosové rychlosti – IPv4 versus IPv6
  
• Test přenosové rychlosti – L4 protokoly (TCP/UDP)
  

Čtvrtá část je zaměřena na test latence, lépe řečeno obousměrného zpoždění na spoji a počtu ztracených paketů.

Měření přenosové rychlosti bylpoužitý nástroj Bandwidth Test.

Technické parametry:

Platforma: RouterBoard SXT HG5 ac
Firmware: 6.39.3

Parametry při měření:

Frekvence: 5 GHz, výběr metodou DFS
Směr měření: receive
Odstup signál/šum: 52-56 dB
MTU: 1500 Bajtů
Vzdálenost měření: 136 m, přímá viditelnost

Co se testovalo:

Bezdrátový protokol: 802.11ac a NV2 // výchozí nastavení
L4 protokol: TCP, UDP
L3 protokol: IPv4, IPv6
Šířka kanálů: 20, 40 a 80 MHz
Velikost paketů: 64(UDP), 800(UDP), 1500(TCP/UDP) Bajtů
Autentizace: otevřená (open) vs sdílený klíč (PSK) šifrou AES CCM

Něco o použitém šifrování při měření:

802.11ac – použití WPA2 (802.11i).
NV2 – používá velmi podobný princip jako WPA2 (802.11i).
Oba bezdrátové protokoly používají pro šifrování dat algoritmus AES s módem CCM s předsdíleným klíčem.
NV2 je prorietární bezdrátový protokol jako náhrada za 802.11 vyvinutý společností Mikrotik na základě TDMA, místo CSMA – více o NV2.

Následují jednotlivé testy – všechny získané hodnoty jsou průměrem z 1 minutového měření.

1) Test přenosové rychlosti – bez použití šifry versus s šifrou (AES-CCM)

1.1) 802.11ac, IPv4

Tabulka a graf č. 1.1.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

<!–nextpage–>

Tabulka č. 1.1.2 – o kolik procent méně se liší přenosová rychlost s šifrou

Největší omezení rychlosti nastalo u 64 bajtového UDP paketu s využitím šířek kanálů 40 a 80 MHz a to o více jak 12% a také u 1500 bajtového paketu TCP s šířkou kanálu 20MHz, kde rychlost poklesla skoro o 10%. Chyba v měření nastala u procenta s mínusem 800 bajtového paketu o délce kanálu 40 MHz.

1.2) 802.11ac, IPv6

Tabulka a graf č. 1.2.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

 

Tabulka č. 1.2.2 – o kolik procent méně se liší přenosová rychlost s šifrou

Největší omezení rychlosti nastalo u 64 bajtového UDP paketu s využitím šířek kanálů 40 a 80 MHz a to o více jak 12%. Chyba v měření nastala u procenta s mínusem 800 bajtového paketu o délce kanálu 40 MHz.

1.3) NV2, IPv4

Tabulka a graf č. 1.3.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Tabulka č. 1.3.2 – o kolik procent méně se liší přenosová rychlost s šifrou

Největší omezení rychlosti nastalo u 1500 bajtového TCP paketu o šířce kanálu 20 MHz a skoro o 19%. Více než 15 % snížení přenosové rychlosti nastalo u 20 MHz šířky 800 bajtového UDP paketu a 1500 bajtového TCP paketu. O něco méně byly také ovlivněny 1500 bajtové UDP pakety o šířkách kanálu 40 MHz a 80MHz. Chyba v měření nastala u proceta s mínusem.

1.4) NV2, IPv6

Tabulka a graf č. 1.4.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Tabulka č. 1.4.2 – o kolik procent méně se liší přenosová rychlost s šifrou

Největší omezení rychlosti nastalo u 1500 bajtového TCP paketu o šířce kanálu 20 MHz o 17%. 10 % snížení přenosové rychlosti nastalo u 40 MHz šířky 800 bajtového UDP paketu. Chyba v měření nastala u procet s mínusem.

2) Test přenosové rychlosti – IPv4 versus IPv6

2.1) 802.11ac, otevřená autentizace

Tabulka a graf č. 2.1.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Tabulka č. 2.1.2

• plusové procenta – o kolik % má větší přenosovou rychlost IPv4,
• mínusové procenta – o kolik % má větší přenosovou rychlost IPv6

IPv6 protokol vykazoval 90% snížení přenosové rychlosti v porovnání s IPv4 protokolem u 64 bajtových UDP paketů. Naopak měl IPv6 protokol o 20% vetší přenosovou rychlost u 1500 Bajtového TCP paketu o šířce kanálu 80 MHz.

2.2) 802.11ac, šifrování pomocí AES-CCM

Tabulka a graf č. 2.2.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Tabulka č. 2.2.2

• plusové procenta – o kolik % má větší přenosovou rychlost IPv4,
• mínusové procenta – o kolik % má větší přenosovou rychlost IPv6

IPv6 protokol vykazoval o více jak 88% snížení přenosové rychlosti v porovnání s IPv4 protokolem u 64 bajtových UDP paketů. Naopak měl IPv6 protokol o 14% vetší přenosovou rychlost u 1500 Bajtového TCP paketu o šířce kanálu 40 MHz.

2.3) NV2, otevřená autentizace

Tabulka a graf č. 2.3.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Tabulka č. 2.3.2

• plusové procenta – o kolik % má větší přenosovou rychlost IPv4,
• mínusové procenta – o kolik % má větší přenosovou rychlost IPv6

IPv6 protokol vykazoval o více jak 92% snížení přenosové rychlosti v porovnání s IPv4 protokolem u 64 bajtových UDP paketů. Skoro 20% rozdíl snížení přenosové rychlosti vykazoval IPv6 protokol u 1500 bajtových UDP paketů. Naopak IPv6 protokol měl více než 15% vetší přenosovou rychlost u 1500 Bajtových TCP paketů o šířce kanálu 40 a 80 MHz.

2.4) NV2, šifrování pomocí AES-CCM

Tabulka a graf č. 2.4.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Tabulka č. 2.4.2

• plusové procenta – o kolik % má větší přenosovou rychlost IPv4,
• mínusové procenta – o kolik % má větší přenosovou rychlost IPv6

IPv6 protokol vykazoval o více jak 92% snížení přenosové rychlosti v porovnání s IPv4 protokolem u 64 bajtových UDP paketů. Naopak IPv6 protokol měl více než 19% vetší přenosovou rychlost u 1500 Bajtových TCP paketů o šířce kanálu 40 a 80 MHz.

3) Test přenosové rychlosti – L4 protokoly

3.1) Testování přenosové rychlosti TCP paketů

Tabulka a graf č. 3.1.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Na šířce kanálu 80 MHz lze největší přenosovou rychlost TCP protokolu dosáhnout pomocí 802.11ac, bez šifrování protokolem IPv6. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 173,3 Mbit/s Na šířce kanálu 40 MHz lze největší přenosovou rychlost TCP protokolu dosáhnout pomocí NV2, bez šifrování protokolem IPv6. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 143,8 Mbit/s Na šířce kanálu 20 MHz lze největší přenosovou rychlost TCP protokolu dosáhnout pomocí NV2, bez šifrování protokolem IPv4. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 103,6 Mbit/s

3.2) Testování přenosové rychlosti UDP 1500 bajtových paketů

Tabulka a graf č. 3.2.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Na šířce kanálu 80 MHz lze největší přenosovou rychlost UDP protokolu o velikosti paketu 1500 bajtů dosáhnout pomocí  NV2, bez šifrování protokolem IPv6. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 301,9 Mbit/s Na šířce kanálu 40 MHz lze největší přenosovou rychlost UDP protokolu o velikosti paketu 1500 bajtů dosáhnout pomocí 802.11ac, bez šifrování protokolem IPv4. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 203,3 Mbit/s Na šířce kanálu 20 MHz lze největší přenosovou rychlost UDP protokolu o velikosti paketu 1500 bajtů dosáhnout pomocí  NV2, bez šifrování protokolem IPv4. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 119,4 Mbit/s

3.3) Testování přenosové rychlosti UDP 800 bajtových paketů

Tabulka a graf č. 3.3.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Na šířce kanálu 80 MHz lze největší přenosovou rychlost UDP protokolu o velikosti paketu 800 bajtů dosáhnout pomocí  NV2, bez šifrování protokolem IPv6. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 221,7 Mbit/s Na šířce kanálu 40 MHz lze největší přenosovou rychlost UDP protokolu o velikosti paketu  800 bajtů dosáhnout pomocí NV2, bez šifrování protokolem IPv6. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 197 Mbit/s Na šířce kanálu 20 MHz lze největší přenosovou rychlost UDP protokolu o velikosti paketu  800 bajtů dosáhnout pomocí  NV2, bez šifrování protokolem IPv4. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 116,9 Mbit/s

3.4) Testování přenosové rychlosti UDP 64 bajtových paketů

Tabulka a graf č. 3.4.1 – naměřené hodnoty přenosové rychlosti

Na šířce kanálu 80 MHz lze největší přenosovou rychlost UDP protokolu o velikosti paketu 64 bajtů dosáhnout pomocí  NV2, bez šifrování protokolem IPv4. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 33,2 Mbit/s Na šířce kanálu 40 MHz lze největší přenosovou rychlost UDP protokolu o velikosti paketu  64 bajtů dosáhnout pomocí NV2, bez šifrování protokolem IPv4. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 32 Mbit/s Na šířce kanálu 20 MHz lze největší přenosovou rychlost UDP protokolu o velikosti paketu  64 bajtů dosáhnout pomocí  NV2, bez šifrování protokolem IPv4. – průměrná dosažená rychlost z minutového měření byla 32,7 Mbit/s   Celkové pozorování testu přenosových rychlostí

• 2x větší šířka kanalů neznamená 2x vetší přenosovou rychlost, nicméně pro větší propustnost je dobré použít větší šířku pásma u delších paketů
• šířka kanálu již při přenosu malých velikostí UDP paketů přestává hrát roli
• na šířce kanálu 80 MHz dosáhneme větší přenosové rychlosti díky IPv6 protokolu u všech L4 měřených protokolů
• naopak na šířce kanálu 20 MHz dosáhneme větší přenosové rychlosti díky IPv4 protokolu u všech L4 měřených protokolů
• přenášíme bezdrátovým spojem UDP pakety velmi malé délky, lepších výsledků přenosové rychlosti lze dosáhnout pomocí NV2, bez šifrování protokolem IPv4
• IPv6 protokol se v žádném případě nehodí k přenašení paketů malé délky, až 93% pokles přenosové rychlosti v porovnání s IPv4 protokolem u 802.11ac i NV2
• 64 bajtové UDP pakety jsou šifrou procentuelně více ovlivňovány u technologie 802.11ac u IPv4 i IPv6
• 1500 bajtové UDP pakety jsou šifrou procentuelně více ovlivňovány u technologie NV2 protokolem IPv4

802.11ac VS NV2 – největší naměřené přenosové rychlosti v závislosti na TCP/UDP, IPv4/IPv6, 80/40/20 MHz a bez šifrování/s šifrováním:

Bez šifrování, IPv4

• 80 MHz
  • TCP – 802.11ac – 144,3 Mbit/s
    
  • UDP – 802.11ac – 283,6 Mbit/s
• 40 MHz
  • TCP – 802.11ac – 130,5 Mbit/s
  • UDP – 802.11ac – 203,3 Mbit/s
• 20 MHz
  • TCP – NV2 – 103,6 Mbit/s
  • UDP – NV2 – 119,4 Mbit/s

Bez šifrování, IPv6:

• 80 MHz
  • TCP – 802.11ac – 173,3 Mbit/s
    
  • UDP – NV2 – 301,9 Mbit/s
• 40 MHz
  • TCP – NV2 – 143,8 Mbit/s
  • UDP – 802.11ac – 192,5 Mbit/s
• 20 MHz
  • TCP – 802.11ac  – 98,9 Mbit/s
  • UDP – 802.11ac – 108,1 Mbit/s

S šifrováním, IPv4:

• 80 MHz
  • TCP – 802.11ac – 143,9 Mbit/s
    
  • UDP – 802.11ac – 274,6 Mbit/s
• 40 MHz
  • TCP – 802.11ac – 119,4 Mbit/s
  • UDP – 802.11ac – 193,6 Mbit/s
• 20 MHz
  • TCP – 802.11ac – 91,8 Mbit/s
  • UDP – 802.11ac – 108,7 Mbit/s

S šifrováním, IPv6:

• 80 MHz
  • TCP – 802.11ac – 173,3 Mbit/s
    
  • UDP – 802.11ac – 256,7 Mbit/s
• 40 MHz
  • TCP – NV2 – 137 Mbit/s
  • UDP – 802.11ac – 193,6 Mbit/s
• 20 MHz
  • TCP – 802.11ac – 97,9 Mbit/s
  • UDP – 802.11ac – 108,7 Mbit/s

tabulka vznikla jako rozdíl hodnot mezi průměrnou dobou obousměrného zpoždení s šifrou a bez šifry. Výsledne hodnoty v tabulce udávají o kolik milisekund je obousmerne zpozdeni ovlivneno sifrou. Záporné hodnoty udávájí chybu v měření.

4) Test latence

Všechny tři části výše testovaly maximální možnou přenosovou rychlost bezdrátového spoje. Díky tomuto maximálnímu zatížení se také zvyšuje doba latence. Co to znamená? Pokud je bezdrátový spoj zatížen, budou více či méně ovlivněny real-time aplikace (IP telefonie, Videokonference, online hry, …). Další testy se budou zaměřovat na obousměrné zpoždění (angl. Round trip time [RTT])., rovněž se bude měřit počet ztracených paketů (angl. Packet Loss [PL]).

Vysvětlivky v tabulkách 5.X.1:

avg – average – průměrná hodnota
max – maximum – maximální hodnota

4.1) Testování RTT – TCP/IPv4

Tabulka a graf č. 5.1.1 – naměřené hodnoty latence v ms

Nejmenší průměrné (avg) obousměrné zpoždění bylo naměřeno u protokolu NV2 bez šifrování a to 1ms na šířce kanálu 40 MHz, dále 6ms u standardu 802.11ac bez šifrování na 80MHz a 8ms u protokolu NV2 bez šifrování na šířce kanálu 20 MHz.

Tabulka a graf č. 5.1.2 – naměřené hodnoty ztráty paketů v %.

V měření nedocházelo k žádným ztrátám paketů.

4.2) Testování RTT – TCP/IPv6

Tabulka a graf č. 5.2.1 – naměřené hodnoty latence v ms

Nejmenší průměrné (avg) obousměrné zpoždění bylo naměřeno u standardu 802.11ac bez šifrování a to 13ms na šířce kanálu 80 MHz, dále 17ms u protokolu NV2 bez šifrování na šířce kanálu 40 MHz a 18ms u protokolu NV2 bez šifrování na šířce kanálu 20 MHz.

Tabulka a graf č. 5.2.2 – naměřené hodnoty ztráty paketů v %.

V měření nedocházelo k žádným ztrátám paketů.

4.3) Testování RTT – UDP 1500 Bajtů/IPv4

Tabulka a graf č. 5.3.1 – naměřené hodnoty latence v ms

Nejmenší průměrné (avg) obousměrné zpoždění bylo naměřeno u standardu 802.11ac bez šifrování a to 9ms na šířce kanálu 80 MHz, dále 10ms u protokolu NV2 bez šifrování na šířce kanálu 20 MHz a 12ms u protokolu NV2 bez šifrování i s šifrováním na šířce kanálu 40 MHz.

Tabulka a graf č. 5.3.2 – naměřené hodnoty ztráty paketů v %

V měření nedocházelo k žádným ztrátám paketů.

4.4) Testování RTT – UDP 1500 Bajtů/IPv6

Tabulka a graf č. 5.4.1 – naměřené hodnoty latence v ms

Nejmenší průměrné (avg) obousměrné zpoždění bylo naměřeno u standardu 802.11ac bez šifrování a to 9ms na šířce kanálu 80 MHz, dále 17ms u protokolu NV2 bez šifrování
i s šifrováním na šířce kanálu 20 MHz a 18ms u protokolu NV2 bez šifrování na šířce kanálu 40 MHz.

Tabulka a graf č. 5.4.2 – naměřené hodnoty ztráty paketů v %.

IPv6 protokol vykazoval u protokolu NV2 s šifrováním ztrátu 2% paketů na šířce kanálu 80 MHz.

4.5) Testování RTT – UDP 800 Bajtů/IPv4

Tabulka a graf č. 5.5.1 – naměřené hodnoty latence v ms

Nejmenší průměrné (avg) obousměrné zpoždění bylo naměřeno u protokolu NV2 bez šifrování a to 11ms na šířce kanálu 20 MHz, dále 12ms u protokolu NV2 s šifrováním na šířce kanálu 40 MHz a 13ms u 802.11ac i protokolu NV2 s šifrováním na šířce kanálu 80 MHz.

Tabulka a graf č. 5.5.2 – naměřené hodnoty ztráty paketů v %

V měření nedocházelo k žádným ztrátám paketů.

4.6) Testování RTT – UDP 800 Bajtů/IPv6

Tabulka a graf č. 5.6.1 – naměřené hodnoty latence v ms

Nejmenší průměrné (avg) obousměrné zpoždění bylo naměřeno u protokol NV2 bez šifrování a to 11ms na šířce kanálu 40 MHz stejně tak na šířce kanálu 80 MHz u 802.11ac bez i s šifrování, dále 17ms u protokolu NV2 bez šifrování na šířce kanálu 20 MHz.

Tabulka a graf č. 5.6.2 – naměřené hodnoty ztráty paketů v %

IPv6 protokol vykazoval u protokolu NV2 bez šifrování ztrátu 9% paketů na šířce kanálu 80 MHz, dále 3% na stejné šířce kanálu u protokolu NV2 s šifrováním a po 1% u šířkách kanálů 20 a 40MHz.

4.7) Testování RTT – UDP 64 Bajtů/IPv4

Tabulka a graf č. 5.7.1 – naměřené hodnoty latence v ms

Nejmenší průměrné (avg) obousměrné zpoždění bylo naměřeno u protokolu NV2 bez šifrování i s šifrováním a to 8ms na šířce kanálu 20 MHz, dále 9ms u protokolu NV2 bez šifrování i s šifrováním na 80 MHz a 10ms NV2 s šifrováním na 40 MHz.

Tabulka a graf č. 5.7.2 – naměřené hodnoty ztráty paketů v %

V měření nedocházelo k žádným ztrátám paketů.

4.8) Testování RTT – UDP 64 Bajtů/IPv6

Tabulka a graf č. 5.8.1 – naměřené hodnoty latence v ms

Nejmenší průměrné (avg) obousměrné zpoždění bylo naměřeno u protokolu 802.11ac a to pod 1ms na šířce kanálů 20 a 80 MHz, dále pod 0ms u protokolu 802.11ac na šířce kanálů 40 MHz

Tabulka a graf č. 5.8.2 – naměřené hodnoty ztráty paketů v %

V měření nedocházelo k žádným ztrátám paketů.

Další doporučený pojednává jak chránit svůj vnitřní server pokud dojde k DDoS útoku https://martinuvzivot.cz/mikrotik-port-forwarding-with-ddos-protection/.

Mikrotik – Port forwarding with DDoS protection