Comparative performance and resource utilization analysis of captive portal solutions

Captive portals are used by both private and public entities to manage user authentication and to collect data, offering a Wi-Fi service. However, they introduce computational costs that impact both system performance and user experience. This thesis examines the performance of two implementation solutions: CoovaChilli, an open-source software, and a proprietary alternative developed by the Italian company MobiMESH. The goal is to measure the increase in CPU utilization compared to a scenario without a captive portal, as well as to compare the two implementations. The tests separately evaluate the impact of two different factors: consumed bandwidth and number of concurrent users. The analysis was conducted in a controlled test environment with three machines connected via Ethernet: Client, Router, Server. Three scenarios were analyzed: Router without captive portal (baseline), Router with CoovaChilli, Router with enterprise software. Traffic was generated with iperf3, CPU utilization with mpstat, htop, perf. Virtual network interfaces and MACVLANs with network namespace were used to emulate simultaneous users. The results show the prevailing impact of bandwidth over the number of users. It is observed that CPU utilization increases almost linearly with bandwidth up to 800 Mbps, and then shows a non-proportional trend. The introduction of a captive portal introduces significant computational costs, more than doubling CPU utilization compared to the baseline scenario. Comparison of the two solutions reveals significant differences only at a low number of users, with CoovaChilli performing slightly better. As the number of users increases, the difference between the two implementations becomes irrelevant. The study has scalability limitations, especially in increasing concurrent users beyond a certain threshold. However, the results obtained offer concrete and useful data for evaluating the performance of captive portal software in different operational scenarios.

I Captive Portal sono utilizzati sia da aziende sia da enti pubblici per gestire l’autenticazione degli utenti e raccogliere dati, offrendo un servizio di Wi-Fi. Tuttavia, introducono costi computazionali che impattano sia le performance del sistema sia l’esperienza utente. Questa tesi esamina le prestazioni di due soluzioni implementative: CoovaChilli, un software open-source, e un’alternativa proprietaria sviluppata dall’azienda italiana MobiMESH . L’obiettivo è misurare l’aumento dell’utilizzo della CPU rispetto a uno scenario senza captive portal, oltre a confrontare le due implementazioni. I test valutano separatamente l’impatto di due fattori differenti: la banda consumata e il numero di utenti simultanei. L’analisi è stata condotta in un ambiente di test controllato con tre macchine collegate via Ethernet: Client, Router, Server. Sono stati analizzati tre scenari: Router senza captive portal (riferimento), Router con CoovaChilli, Router con il software aziendale. Il traffico è stato generato con iperf3, l’utilizzo della CPU con mpstat, htop, perf. Per emulare più utenti simultanei sono state utilizzate interfacce di rete virtuali e MACVLAN con network namespace. I risultati mostrano l’impatto prevalente della banda rispetto al numero di utenti. Si osserva che l’utilizzo della CPU cresce quasi linearmente con la banda fino a 800 Mbps, per poi mostrare un andamento non proporzionale. L’introduzione di un captive portal introduce costi computazionali significativi, più che raddoppiando l’utilizzo della CPU rispetto allo scenario base. Il confronto tra le due soluzioni rivela differenze significative solamente ad un basso numero di utenti, con prestazioni leggermente migliori di CoovaChilli. Al crescere del numero di utenti, la differenza tra le due implementazioni diventa irrilevante. Lo studio presenta limitazioni di scalabilità, soprattutto nell’aumento di utenti simultanei oltre una certa soglia. Tuttavia, i risultati ottenuti offrono dati concreti e utili per la valutazione delle performance dei software di captive portal in diversi scenari operativi.