给力的网络，有道的性能——802.11n与WLAN

理速率的成倍提高，但是单单依靠物理速率的提高能够同时带来WLAN网络性能和吞吐的成倍提升吗？

802.11协议定义每发送一个报文都必然进行信道竞争，都需要根据模式添加物理层报文头，对于单播报文还需要等待物理层的ACK确认，等等这些和实际发送的报文一样都需要消耗信道资源。

在表2中假设持续发送1538bytes大小的单播报文，在不考虑重传和错包情况下，来对比一下54Mbps、130Mbps和300Mbps物理速率能为WLAN带来的理论性能：

表2 持续发送1538字节报文的理论性能对比

通过表2可以看到，虽然物理速率实现近6倍的提升，但性能并没有同比上升。因此如果802.11n仅仅满足于物理速率，估计最终只能成为实验室的摆设。为了摆脱这个困境，802.11n协议必须实现WLAN网络性能的同步提升，为WLAN应用制造出足够的诱惑力，这个历史重任交给了报文聚合A-MPDU功能。

802.11的任何一个报文在物理发送时会被作为一个MDPU发送，每一次发送都必然需要信道竞争和避让，从而消耗信道资源。而报文聚合A-MPDU通过将多个MPDU聚合为一个物理层报文，只需要进行一次信道竞争或避让，就可完成N个MPDU的同时发送，从而减少了发送N-1个MPDU报文所带来的信道资源消耗。通过报文聚合特性，充分提高了信道资源的利用率，极大地实现了802.11网络性能的提升。

下图为A-MPDU的结构图，其中MPDU Delimiter是为了A-MPDU而专门定义，另外A-MPDU技术只会聚合同一个客户端的MPDU：

图2 报文聚合结构

在A-MPDU报文聚合特性，得到了Block ACK功能的强大支持。通常的802.11网络中，任何一个单播报文都需要得到目的设备的ACK确认，每一个ACK都是一个802.11报文，都需要消耗信道资源。而Block ACK可以配合A-MDPU特性，对于整个A-MDPU中所有的802.11报文只需要一个Block ACK报文，充分减少了信道资源的消耗。

通过下面WLAN性能的理论分析（如图3、4、5、6），可以看出802.11的A-MPDU报文聚合为WLAN网络带来了极大的性能提升（分析中，假设每一个802.11报文都为1534bytes）：

图3 20MHZ聚合报文数和性能关系

图4 20MHZ聚合报文数和信道利用率关系

图5 40MHZ聚合报文数和性能关系

图6 40MHZ聚合报文数和信道利用率关系

至此可以了解，虽然802.11n的物理速率实现了接近6倍的提升，却没有为WLAN性能带来大的提升，但是却通过A-MPDU报文聚合将WLAN性能提升了6倍多，最终实现了WLAN网络物理传输速率和性能的同步提升，将WLAN应用带到了一个高速接入的时代。

三、WLAN接入业务应用感受

802.11n技术将WLAN网络带到了一个高速时代，一个11N的网络的理论性能整体要高于同等条件下11G的WLAN网络，实际的应用效果肯定会得到一定的改善。

通过对常用的网络工具，及对校园网流量的抓包分析发现：在实际的网络流量中大部分的报文并不是我们期待的1500Bytes的报文，而偏偏都是小于100Bytes的小报文，而100字节报文的性能要比1500bytes字节的报文的性能差得远。通过多次分析发现实际网络中的大小报文可以参考下面的经验（如表3所示）：

表3 报文大小分类统计

报文大小分类统计在这样的网络应用条件下，一个11a或者11g的WLAN网络中一个信道，即使在干净的环境条件下，也只能够支撑的如下数据传输性能（如表4所示）：

表4 非11N网络应用性能分析

非11n网络应用性能分析看到这里也许会考虑11n网络的A-MPDU报文聚合将WLAN的性能带到了一个新的高度，整体的应用性能应该会有非常大的改善。但是，所有性能的分析和测试都是在尽可能发送大的数据报文的前提下获取的，只能在一定程度上体现出对业务应用的支持能力。具体11n网络实际应用情况又会怎样？下面以H3C公司自身应用为例（如表5所示），统计WLAN网络所有11n客户端报文聚合情况（目前按照聚合报文的个数直接映射到参考的报文大小）：

表5 H3C公司WLAN网络所有11n客户端报文聚合情况的统计

从11n客户端的数据传输来看，一般的报文聚合个数集中在3-4个左右，也就是说在此网络中一个40Mhz捆绑信道的最好的性能可能只能达到60Mbps左右。这个分析还是考虑整个网络都是11n客户端的情况，如果网络中同时存在11a或者11g的客户端则总的性能肯定要远小于这个性能。

也可以想象实际11n网络，其聚合能力也应该和上面的统计相当基本相当，而且对于11a和11g的兼容、干扰和冲突的存在，以及其他非有效报文的信道消耗，实际的信道性能会远远低于60Mbps。

为了更好的理解网络的性能，可以将11n网络中的A-MPDU报文聚合的情况进行分类统计。针对11gn的网络（20MHz应用）完成如下三种网络应用情况下的信道实际应用性能，整体