iwconfig 中的 Bit Rate

Published: July 24, 2019 by keyou

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最近的业务都涉及到局域网通信，但是业务所处的无线网络非常不稳定，因此需要对当前网络情况进行一个探测，其中一个网络性能指标就是当前网络的传输带宽（指局域网中多个设备之间的传输带宽），iperf是一个较好的带宽测试工具，它通过在网络中发送数据包来测量网络带宽，但是最近发现iwconfig中也有一个指标叫做Bit Rate,感觉就是我要的网络带宽，而且它还会根据每次测量变化，看起来真的很像我们所需要的数据。以下研究证明，事情并没有想象的那么简单。

问题描述

iwconfig 类似 ifconfig，只不过它专门用来查看无线网络，iwconfig 中的 w 就表示 wireless。

直接执行 iwconfig 的结果如下(执行了3遍)：

$ iwconfig
wlan0     IEEE 802.11abgn  ESSID:"NETGEAR29-5G-2"  
          Mode:Managed  Frequency:5.765 GHz  Access Point: 14:59:C0:93:94:17   
          Bit Rate=433.3 Mb/s   Tx-Power=22 dBm   
          Retry short limit:7   RTS thr:off   Fragment thr:off
          Encryption key:off
          Power Management:on
          Link Quality=51/70  Signal level=-59 dBm  
          Rx invalid nwid:0  Rx invalid crypt:0  Rx invalid frag:0
          Tx excessive retries:0  Invalid misc:188   Missed beacon:0
$ iwconfig
wlan0     IEEE 802.11abgn  ESSID:"NETGEAR29-5G-2"  
          Mode:Managed  Frequency:5.765 GHz  Access Point: 14:59:C0:93:94:17   
          Bit Rate=325 Mb/s   Tx-Power=22 dBm   
          Retry short limit:7   RTS thr:off   Fragment thr:off
          Encryption key:off
          Power Management:on
          Link Quality=54/70  Signal level=-56 dBm  
          Rx invalid nwid:0  Rx invalid crypt:0  Rx invalid frag:0
          Tx excessive retries:0  Invalid misc:187   Missed beacon:0
$ iwconfig
wlan0     IEEE 802.11abgn  ESSID:"NETGEAR29-5G-2"  
          Mode:Managed  Frequency:5.765 GHz  Access Point: 14:59:C0:93:94:17   
          Bit Rate=390 Mb/s   Tx-Power=22 dBm   
          Retry short limit:7   RTS thr:off   Fragment thr:off
          Encryption key:off
          Power Management:on
          Link Quality=52/70  Signal level=-58 dBm  
          Rx invalid nwid:0  Rx invalid crypt:0  Rx invalid frag:0
          Tx excessive retries:0  Invalid misc:185   Missed beacon:0

可以看到其中的Bit Rate值都是不一样的，分别是433.3Mb/s,325Mb/s,390Mb/s，那这个值是否就是当前网卡的传输速度呢？否则它怎么会变化呢。

解决过程

于是网上一通查找，发现有提到这个值是网络的最大带宽，但如果是最大带宽怎么会变化呢？因此问题还没有解决。

于是apt source下载下来iwconfig的源码，想看一下这个值是怎么来的，在iwconfig.c:79文件中找到了获取方法，如下：

// file: wireless.10.h
#define SIOCGIWRATE 0x8B21      /* get default bit rate (bps) */
    
// file: iwconfig.c
 /* Get bit rate */
 if(iw_get_ext(skfd, ifname, SIOCGIWRATE, &wrq) >= 0)                             80     {
     info->has_bitrate = 1;
     memcpy(&(info->bitrate), &(wrq.u.bitrate), sizeof(iwparam));
   }

// file: iwlib.h
/*------------------------------------------------------------------*/
/* 
* Wrapper to extract some Wireless Parameter out of the driver
*/
static inline __attribute__((always_inline)) int
iw_get_ext(int          skfd,       /* Socket to the kernel */
      const char *     ifname,     /* Device name */
      int          request,    /* WE ID */
      struct iwreq *   pwrq)       /* Fixed part of the request */
{      
 /* Set device name */
 strncpy(pwrq->ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
 /* Do the request */
 return(ioctl(skfd, request, pwrq));
}

可以看到，iw_get_ext的SIOCGIWRATE参数用来获取Bit Rate，然后调用ioctl来获取值。

这下有些麻烦了，ioctl是用来和驱动打交道的，常用来和设备驱动打交道，要想知道它的数据来源需要查找对应驱动的实现，先不管了，由于这个数据几乎所有的无线网卡都支持，因此应该随便找一个驱动就行了，接下来就要去内核中找一个驱动随便来看一下，由于我使用RTL系列的网卡，因此我在内核中找到了rtl8188eu的网卡驱动，经过查找，找到了它的实现如下：

/*
* rtw_get_cur_max_rate -
* @adapter: pointer to struct adapter structure
*
* Return 0 or 100Kbps
*/
u16 rtw_get_cur_max_rate(struct adapter *adapter)
{
...
            /* cur_bwmod is updated by beacon, pmlmeinfo is updated by association response */
            bw_40MHz = (pmlmeext->cur_bwmode && (HT_INFO_HT_PARAM_REC_TRANS_CHNL_WIDTH & pmlmeinfo->HT_info.infos[0])) ? 1 : 0;

            short_GI_20 = (le16_to_cpu(pmlmeinfo->HT_caps.cap_info) & IEEE80211_HT_CAP_SGI_20) ? 1 : 0;
            short_GI_40 = (le16_to_cpu(pmlmeinfo->HT_caps.cap_info) & IEEE80211_HT_CAP_SGI_40) ? 1 : 0;

            max_rate = rtw_mcs_rate(                                                                                                  
                RF_1T1R,
                bw_40MHz & (pregistrypriv->cbw40_enable),
                short_GI_20,
                short_GI_40,
                pmlmeinfo->HT_caps.mcs.rx_mask
            );  
        }   
...
    return max_rate;
}

/* show MCS rate, unit: 100Kbps */
u16 rtw_mcs_rate(u8 rf_type, u8 bw_40MHz, u8 short_GI_20, u8 short_GI_40, unsigned char *MCS_rate)                                    
{
    ...
        if (MCS_rate[0] & BIT(7))
            max_rate = (bw_40MHz) ? ((short_GI_40) ? 1500 : 1350) : ((short_GI_20) ? 722 : 650);
        else if (MCS_rate[0] & BIT(6)) 
            max_rate = (bw_40MHz) ? ((short_GI_40) ? 1350 : 1215) : ((short_GI_20) ? 650 : 585);
        else if (MCS_rate[0] & BIT(5)) 
            max_rate = (bw_40MHz) ? ((short_GI_40) ? 1200 : 1080) : ((short_GI_20) ? 578 : 520);
... 
    return max_rate;
}

这里面都是些数值计算，并没有任何发送数据包，接收数据包然后计算带宽的操作，因此，iwconfig

的结果很可能是通过计算来的而不是测量来的，顺着这个思路去查了一下802.11ac的Bit Rate，然后就查到了一张速率对应表，如下面这样：

1564025404705

从这张表上可以看到我之前测得的325Mb/s,390Mb/s,433.3Mb/s都在这个表上，又多测了几次，果然速度都逃不过这张表，后来又用iw wlan0 link查了一下网卡信息，结果如下：

$ iw wlan0 link
...
	tx bitrate: 390.0 MBit/s VHT-MCS 8 80MHz short GI VHT-NSS 1

$ iw wlan0 link
...
	tx bitrate: 325.0 MBit/s VHT-MCS 7 80MHz short GI VHT-NSS 1

$ iw wlan0 link
...
	tx bitrate: 433.3 MBit/s VHT-MCS 9 80MHz short GI VHT-NSS 1

iw类似ip，和 iwconfig 的功能类似（要更强大一点），它结果显示出了一些更详细的参数 VHT-MCS 8 80MHz short GI VHT-NSS 1,这些参数就是表格中的表头了，也就是查表的参数了，NSS 1表示Number of Special Stream,也就是表的第一列中的数字1，VHT-MCS 8 80MHz就表示第7行的80MHz,short GI表示 Short Guard interval(400ns) ,也就是400ns GI那一列，所以就在表中查到了 390，这个数字就是iw的返回结果了。其他数字也可以用相同的方式查表得到。