Oversettelsen fra engelske uttrykk til norske beskrivelser er gjort av undertegnede og vil helt sikkert kunne gjøres på en bedre måte. Jeg har valgt å sammenlikne «roaming» med «å stikke innom», «besøke» eller «streife innom». Dette er muligens en dårlig fornorskning men meningen er å antyde at en «wifi klient » (f.eks. en telefon/nettbrett eller tilsvarende) med Wifi tilkoblet som du eller jeg har, kobler seg til andre AP når vi flytter på oss og dermed fortsatt ha kontakt med en server/Internet.
Denne artikkelen handler m.a.o. om å bevege seg fra aksesspunkt (AP1) til neste aksesspunkt (AP2) når det brukes TCP/IP og hvordan dette kan gjennomføres på raskest mulig måte uten at det går ut over autentiseringen og sikkerheten som ligger i de forskjellige standardene som er definert i IEEE 802.11. Slike aksess punkter (AP) er som oftest basert på standard router som kjøpes på de fleste steder der datautstyr selges, men også dagens mobiltelefoner (smart telefoner) kan som oftest ha en konfigurasjon som gjør dem om til aksess. punkter. Som nevnt i andre artikler er det med datasikkerhet ikke et tema i samme grad om aksesspunktene kun benyttes for UDP kommunikasjon som hvis de benyttes som TCP (dette er delivis beskrevet i vår artikkel «Basic nettverk»).
For mange av dere som arbeider med dette til daglig vil jeg tro dere hopper over artikkelen, men for dere som har forholdsvis begrenset erfaring håper jeg det kan være til litt hjelp og gi noen ideer eller noen «aha-opplevelser» mhp roaming ihht 802.11 (i praksis litt av det som er beskrevet i Wifi IEEE 802.11r standarden og hva som kan gjøres for å få til raskere skifte mellom aksesspunkter-AP). Denne standarden blir også beskrevet som «Fast Transistion» roaming (FT) eller Fast Transistion BSS der BSS står for Basic Service Set. Et Basic Service Set (BSS) er i praksis et aksesspunkt med de tilhørende klienter (også kalt stations) som er låst til det spesifikke AP. 801.11R definerer skifte mellom aksesspunkt ved å redefinere sikkerhetsnøkkel i sikkerhetsprotokollen (som er definert i 801.11e) og tillater at slik utveksling og forespørsel skjer parallelt uten at sikkerheten reduseres. Service Set ID (SSID) er en en «større/utbygget» løsning der flere BSS er koplet sammen i en Extended Service Set (ESS). Hver ESS får sin egen ID og det er denne som kalles SSID.
802.11s og 802.11q
Dessuten er vi en enda raskere tur innom det som er beskrevet i 802.11s (mesh nettverk) som omhandler det å ha flere aksesspunkter (AP) å veksle mellom om roaming skal være en mulighet. Et mesh nettverk beskrives av enkelte som et redundant nettverk men ettersom det anbefales 20% overlapping i et mesh nettverk, vil et redundant nettverk kreve minimum 2 x 20% overlapp. I artikkelen som omhandler Wifi generelt har jeg også tatt opp dette med signalstyrke og støy, etc. I den forbindelsen er det mye som tyder på at 20% overlapping blir for lite når det gjelder tale over Wifi ettersom signalet blir for svakt. 40% overlapping er derfor et tall som ofte kommer opp. Men noen har kanskje ikke apper som indikerer signalstyrke på Wifi og en generell tommelfinger regel er da at når en mister kontakten med server (bruk laptop eller tlf) s kan en gå halve veien tilbake for å sette opp et nytt aksess punkt. Dette forutser imidlertid at det ikke er problemer md «sticky clients» (se egen artikkel, ettersom en da kan ha gått altfor langt fra tidligere aksesspunkt.
Mesh nettverk og redundant nettverk
Når jeg nå snakker om redundant nettverk er det naturligvis den trådløse wifi standarden jeg tenker på. Redundant nettverk for kablet nettverk trenger i utgangspunktet kun 2 x NIC, dvs 2 forskjellige Mac adresser, 2 kabler og 2 nettverkskonnektorer.
Når vi kommer til trådløse standarder blir alt vesentlig mer komplisert.
I tegningen nedenfor har jeg forsøkt å beskrive 3 nettverksløsninger.
a) Dette er den tradisjonelle løsningen med 3 aksesspunkt som overlapper hverandre noe frem til Server A.
b) Dette er det som tradisjonelt beskrives som mesh nettverk.
c) Dette er det jeg velger å beskrive som redundant nettverk.
Mange er av den mening at Mesh nettverk er det samme som Redundant nettverk. Mulig de har rett men jeg har valgt å beskrive nettverke forskjellig.
Tegningene ovenfor forutsetter bruk av omnidirectional (rundstråle) antenne. Ved bruk av slik directional antenne må en ta ibruk det som kalles «polar diagram» og som leveres av antenne leverandarøen for å vurdere avstander og strålingsmønster samt gjøre faktiske målinger av signalet (dette gjelder langt på vei også bruk av rundstråleantenner).
a)
Den øverste tegningen med Server A beskriver et tradisjonelt nettverk (stjerne) der AP1,2 og 3 som oftest er koblet sammen med kabel for å begrense tap pga signal/støyforhold.
Ved bruk av noen få aksesspunkt (f.eks 2 stk i en bolig vil tapet mht hastighet ikke være like ille som ved bruke av flere aksesspunkt i en stor bolig/kontormiljø.
b)
Tegningen med Server B er et tradisjonelt Mesh nettverk. Om f.eks. klienten er koblet opp mot AP4 (dvs innenfor normal rekkevidde for AP4 som er beskrevet med en grønn sirkel) og AP2 velges av nettverket men slutter å fungere, vil systemet (i dette tilfelle AP4) sende data over AP3 isteden. DETTE VIL IMIDLERTID SENKE HASTIGHETEN PÅ NETTVERKET. Dette skjer fordi datastrømmen stopper opp og må snu for å benytte AP3. Løsningen gir altså en viss grad av redundans, men om AP1, AP4 eller nettverk i Server B slutter å fungere vil nettverket ikke lenger være brukelig og dermed heller ikke redundant. Dette skjer når klienten har dekning fra bare ett aksesspunkt (delt lyseste feltet)
c)
Med tegning av Server C har jeg forsøkt å beskrive et redundant nettverk. Server C er beskrevet med 2 trådløse nettverkskoblinger ved å tegne 2 grønne sirkler oppå hverandre. Nå står aksesspunktene så nært hverandre at om en stå noen cm fra AP3 at det er 100% overlapping. Om AP3 feiler så vil klienten fortsatt ha kontakt med AP1, 2, 5 og 6. Dette betyr at uansett hvor en står og har kontakt med et aksesspunkt vil en teoretisk ha kontakt med alle. Unntaket er de ytterste aksesspunktene i nettverket (i dette tilfellet det lysegrønne feltet for dekningsområdet til AP3). Ettersom tegningen er enkel er alle aksesspunkt i det nettverket som er tegnet, tegnet i ytterkant, men om det ble tegnet nye aksesspunkt rundt A1,2,3,4,5 og 6 så vil det være de nye aksesspunktene som er i ytterkant mens de første 6 helt sikkert vil ha kontakt med hverandre om et av de nye ytre aksesspunktene feiler.
Om de aksesspunktene som er tegnet normalt gir en rekkevidde på 100 meter vil de ihht tegningen ikke ha større avstand enn 50 meter om det benytte omniderectional (rundstråle) antenne.
802.11r
Det kan være klienter (stations) som mobiltelefoner, nettbrett, bærbare IP-telefoner, bærbare PC’er eller annet som en har med seg rundt i et kontormiljø, kjøpesenter, store messeområder, fotballstadion, etc og som benytter wifi. Men etterhvert har det også blitt tatt i bruk på tog, fly og båter. Løsningene er imidlertid forskjellig avhengig av bruksområde og vil noen ganger benytter kombinasjoner av flere løsninger. F.eks. Vil en når en går gjennom et tog måtte aksesere et nytt AP i hver vogn mens tog selv også er en klient som benytter en annen metode for tilgang til f.eks. Internet for hver enkelt vogn.
Også andre løsninger enn telefoner og wifi enheter benytter tilsvarende Roaming. F. eks. vil en PC mus med Bluetooth kommunikasjon benytte ca 250ms (dvs ca 1/4 sekund) på å oppnå kontakt med en annen enhet og tilsvarende om en benytter en Bluetooth løsning som handsfree mellom øretelefon/mic og telefon og lar telefonen ligge igjen mens en selv beveger seg bort. 802.11r definerer denne tiden til å bli bare 20% av tiden det tar for en Bluetooth enhet å kople seg til et aksesspunkt.
Når en beveger seg mellom Wifi AP vil det oppstå en kort periode der en ikke har tilgang til nettet. Dette fordi data sendes til et spesifikt aksesspunkt (AP) da router/server tror at den mobile enheten befinner seg ved den opprinnelige IP adressen (alle AP enheter har sin egen IP adresse på lik linje med din og min mobile enhet som telefon/nettbrett, etc). Dette blir på engelsk beskrevet som «handover» eller «hand off» på amerikansk, og er den tiden det tar å overlevere «eierskapet» for en Wifi klient fra opprinnelig AP til ny AP. Et søk for nytt AP oppstår som oftest når klient (i dette tilfellet er dette den håndholdte enheten vi benytter og som har tilgang til Wifi nettet) enten oppdager svake signaler fra eksisterende AP eller om hastigheten blir lav fordi datapakker stadig må sendes på nytt. Ved teleoverføring der en har har kontinuerlig strøm med lyd (f.eks streaming av film) vil en oppdage det ganske raskt ved at video «fryser», men der en leser en web side er det ikke sikkert det oppdages eller ikke blir sett på som problem. Da hjelper det ikke med å benytte Qos fordi dette er en løsning som i hovedsak prioriterer lyd fremfor annen data mens forsinkelsen som skjer er relatert til sikkerhetsaspektet + en del annet som vi kommer tilbake til.
Større utfordringer kan oppstå om det er snakk om wifi kontakt mellom bil eller tog og fastmontert antenneopplegg som står montert på master etc, men til dette bruket benyttes det ikke samme Wifi adgang til eksterne servere.
Sannsynligvis vil også telefonoperatører i Norge gradvis presses til å støtte Wifi samtaler der f.eks. en tradisjonell GSM samtale bytter til wifi internsamtale om samtalen foregår mellom ansatte i en bedrift. Men det krever også at telefonprodusenten støtter slike funksjoner. Foreløpig (i 2016) er det bare noen få telefoner som støtter dette. For å få til slik wifi støtte må såkalt «hand-over» nærme seg 0.
Med 802.11r er forsinkelsen fra et AP over til et annet er idag nede i 45ms (mot de litt eldre løsningene som gjerne brukte både 1, 2 eller 3 sekunder). For å få så rask «hand over» må både AP og client (f.eks. Telefon) støtte 802.11r.
Hva skjer egentlig ved en overgang mellom forskjellige AP?
For det første må aksesspunktene overlappe hverandre. Hvor mye er avhengig av hvor raskt klienten beveger seg.I figur 1 nedenfor er slik overlapping simulert med sirkler som viser områder med tilgang til hvert enkelt AP punkt.Men en må derfor ta hensyn til signal styrken fra AP for det aktuelle området samt signal separasjonen, dvs avstanden mellom signalene i MHz i tillegg til overlapping. I artikkelen om «Wifi – trådløst ethernet» viser jeg bl.a. til at 802.11 på 2,4GHz benytter 11 kanaler og hver kanal har en båndbredde på ca 22MHz og at en avstand på 3 kanaler skaper minst kollisjon. Dette betyr at i et mesh nettverk bør en f.eks. benytte kanal 1 (inkluderer litt av 2 og 3) for et AP, mens neste AP som overlapper med 20% bør benytte helt andre kanaler f.eks. 6 (med litt av 4 til 8) eller 11 (med litt av 9 og 10). På den måten begrenses kollisjoner av datapakker og dermed høyere hastighet på datastrømmene fordi det er et hopp på 5MHz opp til kanal 4 eller ned til kanal 8.
For 5GHz nettverk er det flere kanaler å velge mellom og dette gir større fleksibilitet mht plasseringer av AP. Men ettersom det fortsatt benyttes veldig mye 2,4GHz enheter i bruk (f.eks de fleste mobiltelefoner når dette skrives) vil det være naturlig å fortsatt inkludere 2,4GHz enheter. Redundante løsninger har dessuten flere utfordringer mht valg av aksesspunkt, etc da flere aksesspunkt kan gi samme signalstyrke (forenklet kan vi si at signalstyrken benyttes oftest til å velge AP) og at kanal separasjonen gjør det vanskeligere ihht det som er beskrevet om 2,4GHz i avsnittet ovenfor.
I tillegg blir 802.11q nevnt da den beskriver Qos og tale over wifi ettersom taleoverføring er en sanntidsapplikasjon og er dermed blandt de funksjoner som har vært mest berørt av tiden det tar å flytte fra ett AP til ett annet om en beveger seg rundt på f.eks. et kontor. For et redundant nettverk basert på 2,4GHz er det ikke mulig å skille overlapping av kanaler på denne måten.
Sannsynligvis vil mobile wifi klienter bli stadig mer brukt. En del med fokus på nettverk mener at mye vil skje på dette området. Bl.a. er det nevnt at kanskje mer intelligente AP som prediktiv overgang bli en løsning ?. Foreløpig e r slike løsninger basert på ekstern software og løsningen har så langt begrenset seg til de nye standardene 802.11k og v som laster ned en lokal liste av tilgjengelige AP slik at det å slippe et aksess punkt til fordel for et nytt går raskere. Du kan lese mer om disse standardene og «Sticky Clients» i artikkelen på denne siden.
Tilsvarende problem eksisterer ikke ved bruk av telefon nettet (GSM), men de fleste har hørt om roaming (og kostnadene dette har medført) når en benytter mobiltelefonen i andre Europeiske land. Når en flytter seg og oppnår med antenne kontakt med et nytt telefonselskap vil brukeren kunne oppleve korte øyeblikk der overføringen stopper opp, men dramatisk mindre tid enn ved bruk av wifi.
Roaming «forsinkelsen» har vært målt på forskjellige måter. Noen måler fra mottager/klient (deg eller meg som har en wifi enhet) som forsøker å oppnå kontakt med nytt AP og til en får svar. Andre mener at det skal måles fra sender oppdager forespørsel til den svarer, dvs uten overføringstid da det f.eks. vil oppstå forskjell mhp om nettverket er trådløst eller kablet. Ettersom det finnes så mange ulike tiltak fra forskjellige produsenter for å begrense roaming problemet, og det kommer stadig nye, bør spørre leverandøren om en beskrivelse. En tilfredstillende beskrivelse av løsningen bør inneholde hva løsningen i praksis betyr mht tidsforbruket for «handover» og hvilke kriterier de setter mht slik «handover»(er det begrenset til tiden det tar mellom AP og router/server eller er hele prosessen frem til klient vurdert).
I tillegg har de fleste produsenter av AP valgt å benyttet det som kalles «Lag 3» (se egen supportside her hos Irontech som gir en kort beskrivelse av de forskjellige lagene i ISO modellen). Andre lar switchingen foregå i «Lag 2» ved å definere IP adressene til alle aksesspunkt i samme subnet (se Irontech sin artikkel om IP adresser og subnet).
Mye av årsaken til forsinkelsen som oppstår er basert på at når en når frem til et nytt AP skal autentisering skje ihht de sikkerhetskravene som er definert i systemet og lære hvor klienten er, for å så sende informasjonen på nytt til det nye aksesspunktet. Dette tar naturligvis tid.
Wifi standard 802.11f og det som kalles Inter-access point protocol har inkludert rutiner som skal gi en raskere AP til AP identifikasjon. Likevel er ikke IEEE802.11f den protokollen som gir hastighet høyeste prioritet. 802.11i og 802.11k kan muligens gi et løft mht hastighet.
802.11k og 802.11v er også 2 standarder som er viktige mhp bruk i trådløse nettverk med flere aksesspunkt. Dette er problemstillinger som relaterer seg til det som ofte beskrives som «Sticky Clients» og de problemer dette medfører mht hastighet, en problemstilling der clientene ikke klarer å bytte til nytt aksesspunkt til tross for at signalstyrken sier noe annet. Men dette vil bli tatt opp på i en egen artikkel (se link ovenfor) der vi vha noen enkle grafiske bilder beskriver litt av de hastighets problemene som oppstår hjemme eller på arbeidsplassen.
Copyright © 2020
Jørn Jensen
Gjengitt med tillatelse.
Om ønsker informasjon som ikke finnes på våre sider, ber vi deg kontakte oss med f.eks. en mail til vår support avdeling. Vi vil da forsøke å få opp mer informasjon så raskt som mulig.