22A Hue Street, Hanoi, Vietnam 0904092014 info@binhminhitc.com

UniFi – Fast Roaming

by | Mạng doanh nghiệp, Mạng không dây, Tích hợp hệ thống

Tổng quan

Bài viết mô tả UniFi Fast Roaming, cách nó cải thiện hiệu năng mạng, cũng như các ưu điểm so với giao thức roaming trước đây như Zero-Handoff.

Fast Roaming với UniFi

Khi các thiết bị không dây ngày càng mạnh và gọn nhẹ, người dùng kỳ vọng hiệu năng vượt trội khi di chuyển từ máy tính bảng, điện thoại và thiết bị VoIP di động. Từ firmware 3.7.26 trên dòng UniFi AP thế hệ đầu và 3.7.21 trên dòng UniFi AP thế hệ thứ hai, các UAP tự động triển khai Fast Roaming để cải thiện hiệu năng roaming.
Fast Roaming lấy cảm hứng từ Fast BSS Transition (IEEE 802.11r), một bản sửa đổi giao thức không dây giúp access point xác minh nhanh các thiết bị đang roaming. Kết quả là chuyển vùng mượt mà trên mạng WPA2-Enterprise và WPA2-Personal, phát huy tối đa thiết bị di động.
Lưu ý UniFi Fast Roaming không phải là bản triển khai trực tiếp của 802.11r – đây là giải pháp lấy cảm hứng từ 802.11r, với một vài khác biệt độc quyền quan trọng. Thử nghiệm cho thấy Fast Roaming mang lại khoảng 90% mức cải thiện roaming của BSS Transition. Tuy nhiên, Fast Roaming không cần thiết bị client hỗ trợ, nên tương thích ngược với mọi client.
Trong bài này, chúng tôi giải thích cách 802.11r hoạt động để bạn hình dung UniFi Fast Roaming cải thiện hiệu năng mạng thế nào, rồi so sánh nó với các giao thức roaming trước đây.

Trước khi có BSS Transition

Khi một client kết nối tới access point trên mạng bảo mật bất kỳ, một quá trình xác minh sẽ bắt đầu.

Giao thức roaming WPA Enterprise

Ví dụ, trên mạng WPA2 Enterprise, phải hoàn tất quá trình sau trước khi được cấp quyền truy cập mạng:

  1. Trao đổi thông điệp xác thực 802.11
  2. Trao đổi thông điệp reassociation
  3. Trao đổi EAP-request/response identity
  4. Trao đổi gói access request và challenge
  5. EAP request/response
  6. Trao đổi RADIUS access request/accept
  7. Thông điệp thành công gửi tới client
  8. Trao đổi giá trị nonce
  9. Trao đổi temporal key và acknowledgement

Tám trong chín thao tác trên là trao đổi, mỗi trao đổi gồm hai bước. Tổng cộng là 17 bước.

Quá trình BSS Transition

Trước 802.11r, 17 bước này lặp lại mỗi khi client roaming sang AP mới. Với BSS Transition, kết nối được thiết lập chỉ trong bốn bước. Điều này có được nhờ cho phép client giữ master key (bỏ được các bước 3-7) và gộp các gói dữ liệu. Gói dữ liệu của bước 8 và 9 được gộp với gói của bước 1 và 2. Kết quả là quá trình chỉ còn 2 lần trao đổi dữ liệu:

  1. Client và AP trao đổi thông điệp xác thực 802.11 và giá trị nonce
  2. Client và AP trao đổi thông điệp reassociation và temporal key/acknowledgement


Giao thức Fast Roaming
Nhờ giảm số bước xác thực theo 802.11r, Fast Roaming cải thiện đáng kể thời gian chuyển giao (handoff) trên UniFi AP. Cải thiện rõ nhất trên mạng WPA2-Enterprise, nhưng BSS Transition cũng giảm số bước tương tự trên mạng WPA2-Personal (WPA2-PSK) nhờ cho phép client thương lượng nhanh với bất kỳ AP nào trong mạng.
Giống 802.11r, UniFi Fast Roaming giảm số bước để roaming trên mạng bảo mật trơn tru hơn. Hãy xem nó so với các giao thức roaming khác của UniFi thế nào.

Fast Roaming và Zero-Handoff Roaming

Zero-Handoff Roaming (ZHO) được giới thiệu trên UniFi AP thế hệ đầu. Dù cho phép client roaming mà không tăng độ trễ, ZHO có một số hạn chế. Khi bật, mọi AP trong mạng dùng cùng một kênh vô tuyến, thực chất biến cả mạng thành một AP duy nhất. Dù loại bỏ hoàn toàn độ trễ roaming, mọi lưu lượng không dây phải tranh nhau thời gian phát trên một kênh. Kết quả là mạng chậm hơn, nhất là khi có nhiều client trực tuyến.
Khi tắt ZHO, UniFi AP từng có thời gian roaming tương đối dài trước khi có Fast Roaming. Fast Roaming cải thiện độ trễ roaming mà vẫn giữ được hiệu năng chung của mạng.
Để đánh giá mức cải thiện của Fast Roaming, một vài thử nghiệm đã được thực hiện để so sánh hiệu năng mạng với bốn cấu hình AP khác nhau:

  1. UAP-PRO – firmware v. 3.7.5
  2. UAP-PRO ZHO – firmware v. 3.7.5, bật Zero Handoff Roaming
  3. UAP-AC-PRO – firmware 3.7.5
  4. UAP-AC-PRO FR – firmware 3.7.24

Với mỗi cấu hình, 3 AP được đặt theo hình tam giác—mỗi AP cách nhau khoảng 15 mét, nối dây ethernet tới switch US-8-150W. Thử nghiệm được thực hiện trên một điện thoại thông minh hỗ trợ 802.11ac. Ngoài điện thoại, còn hai client ac khác kết nối vào mạng: một máy tính để bàn xem video trên Netflix và một laptop nghe nhạc trên Pandora. Khi mạng đã sẵn sàng, tốc độ tải lên/tải xuống và độ trễ roaming được đo cho từng cấu hình.
Trước tiên, một bài kiểm tra tốc độ tải lên/xuống đơn giản được thực hiện bằng ứng dụng UniFi trên điện thoại. Từ tâm tam giác AP, chúng tôi kết nối vào mạng và đo tốc độ tải lên và tải xuống. Mỗi cấu hình được đo ba lần và lấy trung bình:

Cấu hình AP-PRO AP-PRO-ZHO AP-AC-PRO AP-AC-PRO-FR
Tốc độ tải xuống (Mbps) 232.3 205.0 243.2 231.9
Tốc độ tải lên (Mbps)  278.4 223.8 298.1 256.1

Có thể thấy, ZHO xếp cuối về tốc độ tải lên và tải xuống, dù chỉ có 3 thiết bị client kết nối. Vì toàn bộ lưu lượng ZHO dùng một kênh, có thể dự đoán hiệu năng còn tệ hơn trên mạng đông thiết bị.
Fast Roaming có tốc độ thấp thứ hai, nhưng gần tương đương với các giao thức roaming trước. Tốc độ tải xuống và tải lên chỉ thấp hơn lần lượt khoảng 5% và 14% so với mức cao nhất đo được.
Tiếp theo, một công cụ ping monitor được dùng để đo thời gian roaming. Công cụ ghi lại từng gói tin gửi giữa thiết bị client và AP. Ở bước này, chúng tôi bắt đầu tại một AP và đi thẳng về phía AP khác. Dùng ping monitor, chúng tôi ghi lại thời điểm nhận ping cuối cùng từ AP ban đầu và thời điểm nhận ping đầu tiên từ AP mới. Lấy hiệu hai thời điểm này để có tổng thời gian roaming giữa các AP. Mỗi cấu hình cũng được đo ba lần và lấy trung bình:

Cấu hình AP-PRO AP-PRO-ZHO AP-AC-PRO AP-AC-PRO-FR
Thời gian roaming (giây) 11.4 0 14.6 0.6

Fast Roaming cải thiện đáng kể so với hiệu năng roaming không dùng ZHO trước đây, giảm tổng thời gian roaming xuống dưới một giây. Tức là giảm gần 95% độ trễ roaming!
Với bất kỳ mạng nào, cần cân nhắc nhu cầu người dùng, rồi thiết kế và cấu hình mạng phù hợp với yêu cầu của từng dự án. Ví dụ, Zero Handoff Roaming có thể đủ khi cần độ trễ tối thiểu, miễn là mỗi lúc chỉ có vài client trực tuyến.
Lưu ý Fast Roaming không bảo đảm thời gian roaming luôn nhanh. Kể cả với Fast Roaming, roaming tốt chỉ đạt được khi mạng được quy hoạch tốt—gồm thiết lập công suất phát (Tx power) phù hợp và vùng phủ chồng lấn (cell overlap) hợp lý.
Với mạng cần cả tốc độ lẫn tính di động, Fast Roaming là lựa chọn lý tưởng, giảm mạnh thời gian roaming mà tốc độ giảm rất ít. Đây là gói roaming hoàn chỉnh nhất của UniFi cho đến nay.

Nguồn: ubnt.com