Tiêu Chuẩn ieee 802 pptx

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 0-9 100VG-AnyLAN 100VG Voice Grade AnyLan Một loại công nghệ mạng 3G Third-Generation Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3 4G Fourth-Generation Công nghệ truyền thông

Khoa mạng máy tính và truyền thông

Lớp MMT03

BÀI BÁO CÁO

Môn: Công nghệ mạng viễn thông

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ 5

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 8

NỘI DUNG 12

1 Chương I: Tổng quan về tổ chức IEEE và họ chuẩn IEEE 802 12

1.1 Giới thiệu về tổ chức IEEE 12

1.2 Các tiêu chuẩn IEEE 13

1.2.1 Giới thiệu 13

1.2.2 Các bộ tiêu chuẩn thuộc họ IEEE 802 14

1.2.3 Quan hệ giữa các chuẩn IEEE và mô hình OSI 15

2 Chương II: Một số chuẩn thông dụng trong họ chuẩn IEEE 802 17

2.1 Chuẩn hóa mạng LAN/MAN hữu tuyến 17

2.1.1 IEEE 802.1 - các giao thức LAN tầng cao 17

2.1.2 IEEE 802.2 – điều khiển liên kết logic (LLC) 18

2.1.3 IEEE 802.3 – tiêu chuẩn cho công nghệ Ethernet 18

2.1.4 IEEE 802.4, 5, 6, 9, 12, 14 22

2.1.5 IEEE 802.17 24

2.2 Chuẩn hóa mạng LAN/MAN không dây 25

2.2.1 IEEE 802.11 – công nghệ WiFi – mạng WLAN 26

2.2.2 IEEE 802.15 – Công nghệ Bluetooth, ZigBee – mạng WPAN 26

2.2.3 IEEE 802.16 – công nghệ WiMAX – mạng WMAN 29

2.2.4 IEEE 802.20 34

2.2.6 IEEE 802.22 – mạng WRAN 35

2.3 Chuẩn hóa các thành phần khác 35

2.3.1 IEEE 802.10 36

2.3.2 IEEE 802.19 36

3 Chương III: IEEE 802.11 và chuẩn hóa mạng LAN không dây (WLAN) 37

3.1 Giới thiệu bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11 37

3.2 Kiến trúc của chuẩn IEEE 802.11 37

3.2.1 Các thành phần kiến trúc 37

3.2.2 Kiến trúc các lớp trong mô hình OSI của chuẩn IEEE 802.11 39

3.2.3 Phương pháp truy cập cơ bản: CSMA/CA 41

3.2.4 Các chứng thực mức MAC 43

3.2.5 Phân đoạn và Tái hợp 43

3.2.6 Các không gian khung Inter (Inter Frame Space) 44

3.2.7 Giải thuật Exponential Backoff 45

3.2.8 So sánh kiểu Cơ sở hạ tầng và kiểu Ad Hoc 46

3.3 Lý thuyết về mạng không dây 48

3.3.1 Cách một trạm nối với một cell hiện hữu (BSS) 48

3.3.2 Roaming 48

3.3.3 Giữ đồng bộ 49

3.3.4 Tiết kiệm năng lượng 49

3.3.5 Các kiểu khung 50

3.3.6 Khuôn dạng khung 50

3.3.7 Các khung định dạng phổ biến nhất 54

3.3.8 Hàm Phối hợp Điểm (PCF) 56

3.3.9 Các mạng Ad-hoc 56

3.4 Các tiêu chuẩn trong bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11 56

3.4.1 IEEE 802.11 56

3.4.2 IEEE 802.11b 57

3.4.3 IEEE 802.11a 57

3.4.4 IEEE 802.11d 58

3.4.5 IEEE 802.1x (Tbd) 58

3.4.6 IEEE 802.11i 58

3.4.7 IEEE 802.11g 59

3.4.8 IEEE 802.11h 59

3.4.9 IEEE 802.11n 60

3.5 Bảo mật trong mạng WLAN 69

3.5.1 Cơ sở bảo mật mạng WLAN 69

3.5.2 WEP 74

3.5.3 WPA (Wi-Fi Protected Access) 75

3.5.4 WPA2 76

3.5.5 Trạng thái bảo mật mạng WLAN 84

3.5.6 Các ví dụ kiến trúc bảo mật mạng WLAN 85

3.5.7 Bảo mật 88

3.5.8 Kiến trúc khuyến nghị 88

KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG TIẾP CẬN TIẾP THEO 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

LỜI NÓI ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đời sống ngày càng cao, con người cần có nhiều phương tiện để thỏa mãn những nhu cầu về công việc và sinh hoạt Việc kết nối và truyền tải giữa các thiết bị công nghệ ngày càng được yêu cầu cao về công nghệ cũng như tốc độ truyền tải Đáp ứng nhu cầu ngày càng cao đó, Viện IEEE đã phát triển tiêu chuẩn 802 dành cho các mạng LAN

và mạng MAN Trải qua thời gian phát triển, các kỹ sư của viện IEEE đã phát triển rất nhiều các chuẩn khác nhau thuộc họ chuẩn IEEE 802 Các chuẩn được dùng rộng rãi nhất là dành cho họ Ethernet, Token Ring, mạng LAN không dây, các mạng LAN dùng bridge và bridge ảo

Tài liệu này tập trung tìm hiểu tổng quan về họ chuẩn IEEE 802 Bên cạnh đó, tài liệu cũng

đi sâu tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE 802.11, một trong những bộ tiêu chuẩn quan trọng trong họ chuẩn IEEE 802 Tài liệu được chia làm 3 chương gồm:

1 Chương I: Tổng quan về tổ chức IEEE và họ chuẩn IEEE 802

2 Chương II: Một số chuẩn thông dụng trong họ chuẩn IEEE 802

3 Chương III: IEEE 802.11 và chuẩn hóa mạng LAN không dây (WLAN)

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và tạo điều kiện của thầy ThS Ngô Hán Chiêu trong quá trình chúng em hoàn thành đề tài này

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ

BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các bộ tiêu chuẩn thuộc họ chuẩn IEEE 802 15

Bảng 2.1 : So sánh ZigBee – Wifi - Bluetooth 28

Bảng 3.1 So sánh các lớp vật lý của chuẩn IEEE 802.11 39

Bảng 3.2: Tổng kết các cách dùng địa chỉ 54

Bảng 3.3: Các đặc tả kỹ thuật chủ yếu của 802.11n 64

Bảng 3.4: Các đặc điểm kỹ thuật của IEEE 802.11n 66

Bảng 3.5 Các đặc tính của các kiến trúc bảo mật mạng WLAN 88

HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình phân tầng của mạng LAN 16

Hình 1.2: Quan hệ giữa một số chuẩn IEEE và mô hình OSI 16

Hình 1.3: Các thí vụ về cách tiếp cận đối với mô hình OSI 17

Hình 2.1: Một số loại mạng Ethernet với đường truyền vật lý 21

Hình 2.2: Ví dụ về một mạng Ethernet 21

Hình 2.3: Vòng RPR 25

Hình 2.4: Các lĩnh vực ứng dụng ZigBee 29

Hình 2.5: Wimax Relay 31

Hình 3.1 Mạng WLAN IEEE 802.11 tiêu biểu 38

Hình 3.2 Lớp MAC 40

Hình 3.3 Giao dịch giữa hai trạm A và B, và sự thiết lập NAV 43

Hình 3.4 Khung MSDU 44

Hình 3.5 Sơ đồ cơ chế truy cập 46

Hình 3.6 So sánh kiểu Ad Hoc và kiểu cơ sở hạ tầng 47

Hình 3.7 Khuôn dạng khung chuẩn IEEE 802.11 50

Hình 3.8 Khuôn dạng khung MAC 51

Hình 3.9 Trường điều khiển khung (Frame Control) 52

Hình 3.10: Khuôn dạng khung RTS 54

Hình 3.11: Định dạng khung CTS 55

Hình 3.12: Định dạng khung ACK 55

Hình 3.13:Logo chứng nhận sản phẩm đạt chuẩn 802.11n 61

Hình 3.14: Công nghệ MIMO 63

Hình 3.15 :Các chuỗi dữ liệu của 802.11n 63

Hình 3.16: Sự tập hợp cải thiện hiệu quả trong chế độ Mixed 68

Hình 3.17: Các mức độ bảo vệ mạng 70

Hình 3.18 Các mẫu lan truyền RF của các anten phổ biến 72

Hình 3.19 Chứng thực hệ thống mở 73

Hình 3.20 Chứng thực khóa chia sẻ 74

Hình 3.21: Key Generation trong WEP, WPA và WPA2 77

Hình 3.22: Per-Packet Key Generation 79

Hình 3.23: Authentication Architecture 80

Hình 3.24: EAPOL 81

Hình 3.25: Authentication Overview 82

Hình 3.26: Hoạt động của ASE Counter Mode 83

Hình 3.27: CBC MAC 84

Hình 3.28 Chứng thực LEAP/RADIUS Cisco 87 Hình 3.29 Kiến trúc mạng WLAN được đề xướng 89

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

0-9

100VG-AnyLAN

100VG (Voice Grade) AnyLan Một loại công nghệ mạng

3G Third-Generation Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3 4G Fourth-Generation Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 4

A

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao bất đối xứng AMC Adaptive Modulation and Coding

ANSI American National Standards Institute Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ

AP Access Point Điểm truy nhập

ARCNET Attached Rersource Computer Network Một loại mạng cục bộ Token-passing ATM Asynchronous Transfer Mode Giao thức truyền thông ATM

CCK Complementary Code Keying Kỹ thuật điều chế khóa mã bù

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/ Collision

Avoidance

Đa truy nhập cảm nhận sóng mạng nhắm tránh xung đội

D

DOCSIS Data Over Cable Service Interface

Specification

Là một đặc tả

DQDB Distributed-queue dual-bus Cáp quang hình trạng dạng bus kép

DS distributed system Hệ thống phân tán

DSSS Directed Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

E

EV-DO Evolution-Data Optimized Công nghệ phát triển tối ưu hóa dữ liệu

F

FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện Dữ liệu Phân bố theo Cáp

sợi quang

G

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GSM Global System for Mobile

Học Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử

IP Internet Protocol Giao thức liên mạng

ISL Inter-Switch Link Các giao thức Cisco Inter-Switch Link ISO International Organization for

Standardization

Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế

L

LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ

LLC Logical Link Control Điều khiển logic

M

MAC Media Access Control Điều khiển truy cập môi trường truyền MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MAN

MBWA Mobile Broadband Wireless Access Mạng di động băng rộng

MIH Media Independent Handover

MIMO Multi Input Multi Output Kỹ thuật phân chia đa đường

MPLS Multi Protocol Label Switching Một loại công nghệ truyền thông

O

OSI Open Systems Interconnection Reference Mô hình tham chiếu kết nối các hệ

thống mở

Q

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPDS Queued-Packet, Distributed-Switch Giải thuật sắp xếp hàng phân tán

Synchronous Digital Hierarchy/

Synchronous Optical Networking

Một chuẩn mạng truyền thông

SOFDMA Một kỹ thuật trải phổ cải tiến từ

OFDMA

SS Sucriber Station Người sử dụng

TAG Technical AdviSory Group Một tổ chức

Wi-Fi Wireless Fidelity Hệ thống mạng không dây

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave

Access

Là một công nghệ viễn thông cho phép kết nối Internet băng rộng ở khoảng cách lớn

WLAN Wireless LAN Mạng LAN không dây

WMAN Wireless Metropolitan Area Network Mạng không dây định vị đô thị hay đơn

giản là mạng MAN không dây WMM Wi-Fi Multimedia Wi-Fi đa phương tiện

WPAN Wireless Personnal Area Network Mạng không dây cá nhân

WRAN Wireless Regional Area Network Mạng không dây vùng địa lý

NỘI DUNG

1 Chương I: Tổng quan về tổ chức IEEE và họ chuẩn IEEE 802

Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về tổ chức IEEE và các họ chuẩn IEEE 802 cũng như các thông tin liên quan đến họ chuẩn này

Mục đích thấy được:

ü Sơ lược về tổ chức IEEE và họ tiêu chuẩn IEEE 802

ü Các bộ tiêu chuẩn đã và đang được chuẩn hóa

Phạm vi: Không đi sâu vào chi tiết về tổ chức IEEE và các tiêu chuẩn cụ thể, mà chỉ nêu lên khái niệm sơ lược, cách tiếp cận cũng như hiện trạng của các tiêu chuẩn thuộc họ chuẩn IEEE 802

1.1 Giới thiệu về tổ chức IEEE IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers nghĩa là "Học Viện kỹ nghệ Điện và

Điện Tử") (phát âm trong tiếng Anh như i triple e), là tổ chức chuyên môn kỹ thuật lớn nhất trên

thế giới với mục tiêu thúc đẩy sự sáng tạo và chuyên ngành công nghệ vì lợi ích con người, được thành lập vào năm 1884 bởi một số các chuyên gia điện như Thomas Edison, Alexander Graham Bell…ở New York, Mỹ Tổ chức này chính thức hoạt động đầu năm 1963 IEEE là tổ chức hàng đầu trong các lĩnh vực từ các hệ thống không gian vũ trụ, máy tính và viễn thông đến kỹ thuật hóa sinh, năng lượng điện, điện tử tiêu dùng… với 39 hội chuyên ngành IEEE đang ngày càng lớn mạnh, hiện nay đã có 380.000 hội viên là các nhà khoa học, các nhà giáo dục, các chuyên gia đầu ngành, các kỹ sư trong nhiều ngành nghề từ hơn 150 nước, hoạt động trong 325 chi hội ở 10 vùng lãnh thổ trên toàn thế giới Với 1300 tiêu chuẩn đã ban hành và hơn 400 tiêu chuẩn đang được soạn thảo IEEE còn là cơ quan phát triển các tiêu chuẩn quốc tế hàng đầu trong các lĩnh vực viễn thông, công nghệ thông tin, thiết bị sản xuất năng lượng và dịch vụ,…

Tổ chức IEEE đã thành lập một ủy ban chuẩn hóa riêng cho mạng LAN/MAN được gọi là IEEE 802 Ủy ban này đã tiến hành chuẩn hóa các thành phần cũng như từng chi tiết trong cấu trúc mạng LAN/MAN và các quá trình kết nối giữa chúng Các tiêu chuẩn do ủy ban này chuẩn hóa được chia thành các nhóm nhỏ, tương ứng với từng lĩnh vực của các chuẩn đó Ủy ban chuẩn hóa mạng LAN/MAN IEEE 802 có một nguyên tắc cơ bản là duy trì và khuyến khích sử dụng các

chuẩn hóa IEEE/ANSI và các chuẩn tương ứng IEC/ISO JTC trong lớp 1 và lớp 2 của mô hình tham chiếu OSI Ủy ban này gặp nhau ít nhất 3 lần một năm từ khi được thành lập năm 1980 Theo yêu cầu của một số nước thành viên, tập các chuẩn IEEE 802 được quốc tế hóa trong chuẩn JTC1 Tập các chuẩn này được biết đến với ký hiệu là 802.xxx và các chuẩn tương ứng của JTC1 được kí hiệu là 8802-nm IEEE 802 quan niệm khái niệm “local” (trong LAN) nghĩa là các khu trường học,

cơ quan,… còn khái niệm “metropolitan” (trong MAN) nghĩa là trong một thành phố, đô thị Trong họ chuẩn IEEE 802, IEEE đã đưa ra các chuẩn về công nghệ Ethernet đầu tiên, các công nghệ về mạng LAN không dây (Wireless LAN, WPAN, WiMAX),…

1.2 Các tiêu chuẩn IEEE 1.2.1 Giới thiệu

IEEE 802 là các họ chuẩn IEEE dành cho các mạng LAN và mạng MAN Cụ thể hơn, các chuẩn IEEE 802 được giới hạn cho các mạng mang gói tin có kích thước đa dạng (Khác với các mạng này, dữ liệu trong các mạng cell-based được truyền theo các đơn vị nhỏ có cùng kích thước được gọi là cell Các mạng Isochronous, nơi dữ liệu được truyền theo một dòng liên tục các octet, hoặc các nhóm octet, tại các khoảng thời gian đều đặn, cũng nằm ngoài phạm vi của chuẩn này) Các dịch vụ và giao thức đặc tả trong IEEE 802 ánh xạ tới hai tầng thấp (tầng liên kết dữ liệu

và tầng vật lý của mô hình 7 tầng OSI) Thực tế, IEEE 802 chia tầng liên kết dữ liệu OSI thành hai tầng con LLC (điều khiển logic liên kết) và MAC (điều khiển truy cập môi trường truyền) Cụ thể,

ta có thể liệt kê như sau:

Họ chuẩn IEEE 802 hiện có 3 tiêu chuẩn được chuẩn hóa:

ü Tiêu chuẩn 802-2001 IEEE cho các mạng LAN và MAN: tổng quan và kiến trúc chung, tiêu chuẩn này là một phần của họ tiêu chuẩn 802 LAN/MAN và nêu tổng quan về

họ giao thức này Đồng thời định nghĩa sự tuân thủ với họ tiêu chuẩn IEEE 802, mô tả mối quan hệ của các tiêu chuẩn IEEE 802 với mô hình tham chiếu OSI và mối quan hệ của những tiêu chuẩn này với các giao thức lớp cao hơn Tiêu chuẩn này cũng đưa ra một kiến trúc chuẩn về địa chỉ LAN MAC và sự nhận dạng các giao thức chung, riêng và chuẩn

ü Tiêu chuẩn IEEE 802a-2003 cho mạng LAN và MAN nói về các loại Ethernet cho các loại giao thức khác nhau và triển khai đặc thù của từng nhà cung cấp thiết bị

ü Tiêu chuẩn IEEE 802b-2004 cho mạng LAN và MAN nói về quá trình đăng ký và nhận dạng các mục tiêu

ü P802/D29 (C/LM) nói về tổng quan và kiến trúc của mạng LAN và MAN Trong dự

án này nhằm điểm lại các chuẩn có liên quan đã xuất bản trước đó cũng như thảo luận về các chuẩn này

1.2.2 Các bộ tiêu chuẩn thuộc họ IEEE 802

IEEE là tổ chức đi tiên phong trong lĩnh vực chuẩn hóa mạng cục bộ với dự án IEEE 802 bất đầu được triển khai và kết quả là hàng loạt chuẩn họ IEEE 802 ra đời, tạo nền tảng quan trọng cho việc thiết kế và cài đặt mạng cục bộ trong thời gian qua Vị trí của họ chuẩn này càng cao hơn khi ISO đã xem xét và tiếp nhận chúng thành chuẩn quốc tế mang tên ISO 8802.x Đến nay họ IEEE

802 bao gồm các bộ tiêu chuẩn sau:

Tiêu chuẩn Lĩnh vực nghiên cứu Trạng thái hoạt động

IEEE 802.1 Các giao thức LAN tầng cao

IEEE 802.2 Điều khiển liên kết logic Đã ngừng phát triển

IEEE 802.3 Ethernet

IEEE 802.4 Token Bus Đã giải tán

IEEE 802.5 Token Ring

IEEE 802.6 Metropolitan Area Network Đã giải tán

IEEE 802.7 Broadband LAN using Coaxial Cable Đã giải tán

IEEE 802.8 Fiber Optic TAG Đã giải tán

IEEE 802.9 Integrated Services LAN Đã giải tán

IEEE 802.10 Interoperable LAN Security Đã giải tán

IEEE 802.11 Wireless LAN (Wi-Fi certification)

IEEE 802.12 Công nghệ 100 Mbits/s plus

IEEE 802.13 Không sử dụng IEEE 802.14 Modem cáp Đã giải tán

IEEE 802.15

IEEE 802.15.1

IEEE 802.15.4

Wireless PAN Bluetooth certification ZigBee certification

IEEE 802.16

IEEE 802.16e

Broadband Wireless Access (WiMAX certification)

(Mobile) Broadband Wireless Access

IEEE 802.17 Resilient packet ring

IEEE 802.18 Radio Regulatory TAG

IEEE 802.19 Coexistence TAG

IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access

IEEE 802.21 Media Independent Handoff

IEEE 802.22 Wireless Regional Area Network

Bảng 1.1: Các bộ tiêu chuẩn thuộc họ chuẩn IEEE 802

1.2.3 Quan hệ giữa các chuẩn IEEE và mô hình OSI

Ngoài mô hình OSI dùng cho việc chuẩn hóa các mạng nói chung, việc chuẩn hóa mạng LAN/MAN cũng đã được thực hiện trong một khoảng thời gian dài Do đặc trưng riêng, việc chuẩn hóa mạng LAN/MAN chỉ được thực hiện trên hai tầng thấp nhấp, tương ứng với tầng vật lý

và tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI

Hình 1.1: Mô hình phân tầng của mạng LAN

Trong LAN, tầng liên kết dữ liệu được chia làm hai tầng con: LLC và MAC LLC đảm bảo tính độc lập của việc quản lý các liên kết dữ liệu với đường truyền vật lý và phương pháp truy cập đường truyền MAC Tầng con LLC trùng với nhiều môi trường truyền vật lý khác nhau (chẳng hạn Ethernet, token ring, WLAN) Trong khi đó, MAC quản lý truy cập đường truyền, hoạt động với vai trò một giao diện giữa tầng con LLC và tầng vật lý của mạng

Hình 1.2 sau sẽ mô tả sẽ so sánh vị trí tương đối của một số chuẩn IEEE 802.x trên khi so sánh với mô hình OSI:

Hình 1.2: Quan hệ giữa một số chuẩn IEEE và mô hình OSI

Hình 1.3 sẽ mô tả các thí dụ khác nhau về cách tiếp cận của tổ chức IEEE đối với mô hình OSI

Hình 1.3: Các thí vụ về cách tiếp cận đối với mô hình OSI

2 Chương II: Một số chuẩn thông dụng trong họ chuẩn IEEE 802

Trong chương này sẽ trình bày chung về các bộ tiêu chuẩn trong họ chuẩn IEEE 802 và nhấn mạnh một số chuẩn quan trọng, được áp dụng rộng rãi trong cuộc sống

Mục đích thấy được:

ü Sơ lược về các bộ tiêu chuẩn thuộc họ IEEE 802

ü Đặc điểm, tính chất của các bộ tiêu chuẩn quan trọng

Phạm vi: Không đi sâu vào chi tiết các chuẩn thông thường, không quan trọng Trong khi đó, đào sâu vào các chuẩn quan trọng, có ứng dụng rộng rãi

2.1 Chuẩn hóa mạng LAN/MAN hữu tuyến

Bao gồm các bộ chuẩn IEEE 802.1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 12, 14, 17 Những bộ chuẩn này chủ yếu chuẩn hóa về mạng LAN/MAN hữu tuyến, về công nghệ Ethernet cũng như các phương thức truy nhập và báo hiệu vật lý cho các cho các công nghệ mạng LAN/MAN hữu tuyến gồm: Token Bus, Token Ring, DQDB, các dịch vụ tích hợp, ưu tiên theo yêu cầu

Cụ thể như sau:

2.1.1 IEEE 802.1 - các giao thức LAN tầng cao

IEEE 802.1 là chuẩn đặc tả kiến trúc mạng, kết nối giữa các mạng và việc quản trị mạng đối với các mạng cục bộ Tiêu chuẩn IEEE 802.1 được phát triển cho các lĩnh vực sau: kiến trúc mạng LAN/WAN, kết nối giữa các mạng LAN, mạng MAN và các mạng lưới rộng khu vực khác, bảo mật, tổng thể mạng lưới quản lý và giao thức các lớp phía trên MAC và LLC

Trong họ tiêu chuẩn này hiện đã có nhiều chuẩn cụ thể cho từng vấn đề như:

ü Chuẩn IEEE P802.1AB/D10 là phiên bản nháp hiện chưa được thông qua nói về các trạm và quá trình khám phá điều khiển truy nhập môi trường

ü Chuẩn IEEE 802.1F-1993 (R2004) nói về các định nghĩa và các thủ tục chung cho thông tin quản lý IEEE 802

ü Chuẩn IEEE 802.1D-2004 về cầu nối điều khiển truy nhập môi trường (MAC)

ü Chuẩn IEEE 802.1G, 1998 nói về kỹ thuật thông tin, viễn thông và quá trình trao đổi thông tin giữa các hệ thống

ü Chuẩn IEEE 802.1X-2001 nói về điều khiển truy nhập mạng dựa vào cổng

ü Chuẩn IEEE P802.1X/D11 là phiên bản nháp hiện vẫn chưa được thông qua cũng nói

về điều khiển truy nhập mạng dựa trên cổng

ü P802.1t/D10 (C/LM) là chuẩn về kỹ thuật thông tin, viễn thông và trao đổi thông tin giữa các hệ thống – mạng LAN và mạng MAN-các đặc tính chung - phần 3: các cầu nối điều khiển truy nhập môi trường (MAC)- các hiệu chỉnh về kỹ thuật và nội dung

ü P802.1w/D10 (C/LM) chuẩn này cũng như chuẩn P802.1t/D10 ở trên, tuy nhiên phần này nói về quá trình cấu hình lại nhanh

ü P802.1X/D11(C/LM) nói về điều khiển truy nhập mạng dựa trên cổng

ü P802.1y (C/LM) nói về cầu nối điều khiển truy nhập môi trường trong mạng LAN/MAN - bản sửa đổi thứ 3: Các hiệu chỉnh về nội dung và kỹ thuật và được thông qua vào tháng 12 năm 2005

ü P802.1aa (C/LM) nói về điều khiển truy nhập mạng dựa trên cổng trong mạng LAN

và mạng MAN

2.1.2 IEEE 802.2 – điều khiển liên kết logic (LLC)

IEEE 802.2 là chuẩn đặc tả tầng LLC (dịch vụ, giao thức) của mạng LAN

Có 3 kiểu giao thức LLC chính được định nghĩa:

ü LLC type 1: Là giao thức kiểu không liên kết, không báo nhận

ü LLC type 2: Là giao thức kiểu có liên kết

ü LLC type 3: Là giao thức dạng không liên kết, có báo nhận

Các giao thức này được xây dựng dựa theo phương thức cân bằng của giao thức HDLC và có các khuôn dạng dữ liệu và các chức năng tương tự, đặc biệt là trong trường hợp LLC – type 2 Hiện tại, bộ tiêu chuẩn này không còn hoạt động nữa

2.1.3 IEEE 802.3 – tiêu chuẩn cho công nghệ Ethernet

Với đòi hỏi nối mạng các máy tính với nhau, mạng LAN đã ra đời Cùng với đó là các bộ giao thức cho phép kết nối LAN (FDDI, TokenRing,…) ra đời theo tuy nhiên phát triển nhất vẫn là Ethernet

Ethernet là một họ lớn và đa dạng gồm các công nghệ mạng dựa khung dữ liệu (frame-based) dành cho mạng LAN Ethernet định nghĩa một loạt các chuẩn nối dây và phát tín hiệu cho tầng vật

lý, hai phương tiện để truy nhập mạng tại phần MAC (điều khiển truy nhập môi trường truyền dẫn) của tầng liên kết dữ liệu (data-link), và một định dạng chung cho việc đánh địa chỉ

Ethernet và mô hình kiến trúc cơ bản đã được hình thành vào những năm 1970 và trở thành công nghệ chủ đạo để xây dựng mạng LAN vào những năm 1980 Trải qua hơn hai thập kỷ phát triển, với mục tiêu xuyên suốt là xây dựng một giao diện mềm dẻo, có độ linh hoạt và tin cậy lớn, giảm giá thành lắp đặt mạng, thuận tiện cho việc vận hành và bảo dưỡng, đáp ứng được những đòi hỏi ngày càng cao của mạng chuyển mạch gói, Ethernet ngày nay đã trở nên phổ biến trong các điểm tập trung lưu lượng của mạng Internet, và tại các kết nối của các máy tính trong mạng văn phòng Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, tốc độ Ethernet đã được cải thiện từ Mbps lên Gbps Song song với nó, cấu hình mạng máy tính sử dụng công nghệ Ethernet cũng đã phát triển từ cấu trúc bus dùng chung lên cấu trúc mạng chuyển mạch hình sao Đây là những nhân tố quan trọng để xây dựng các mạng máy tính có dung lượng cao, chất lượng cao, hiệu suất cao, đáp ứng được những đòi hỏi ngày càng khắt khe của yêu cầu về chất lượng (QoS)

Do đó, Ủy ban IEEE 802 đã chuẩn hóa Ethernet thành IEEE 802.3 IEEE 802.3 quy định các phương thức truy nhập và báo hiệu vật lý cho các kỹ thuật mạng MAN và LAN hữu tuyến theo CSMA/CD Theo đó, cấu trúc mạng hình sao, hình thức nối dây cáp xoắn (twisted pair) của Ethernet đã trở thành công nghệ LAN được sử dụng rộng rãi nhất từ thập kỷ 1990 đến nay Nó đã thay thế các chuẩn LAN cạnh tranh khác như Ethernet cáp đồng trục (coaxial cable), Token Ring, FDDI và ARCNET

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, tốc độ kết nối trong Ethernet không ngừng được nâng cao Vào năm 1995, Fast Ethernet ra đời, IEEE dùng 802.3u để quy chuẩn cho các tiêu chí có

liên quan đến Fast Ethernet Tiếp đến là 802.3z (10Gbps qua cáp quang), 802.3ab (10 Gbps qua cáp UTP), 802.3ae(10Gbps),

Hiện có 4 tiêu chuẩn nói về mạng LAN/MAN thuộc họ này

ü Chuẩn IEEE 802.3-2002 nói về kỹ thuật thông tin, viễn thông và sự trao đổi thông tin giữa các hệ thống – mạng LAN và mạng MAN

ü Chuẩn IEEE 802.3af-2003, chuẩn này cũng như chuẩn IEEE 802.3-2002 nhưng nói

về công suất thiết bị đầu cuối số liệu (DTE) qua giao diện độc lập với môi trường (MDI)

ü Chuẩn IEEE 802.3aj-2003, chuẩn này cũng như hai chuẩn trên nhưng phần này nói

về quá trình bảo dưỡng trong mạng

ü Chuẩn 802.3ak-2004, chuẩn này nói về các tham số quản lý và lớp vật lý cho hoạt động tại tốc độ 10 Gb/s, loại 10GBase-CX4

ü P802.3ah (C/LM) về kỹ thuật thông tin - viễn thông và quá trình trao đổi thông tin giữa các hệ thống – mạng LAN và mạng MAN

ü P1802.3/D3.2 (C/LM) nói về phương pháp kiểm tra phù hợp cho các chuẩn của IEEE

về mạng LAN và MAN

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, Wi-Fi dạng LAN không dây được chuẩn hóa bởi bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11 đã được sử dụng bên cạnh hoặc thay thế cho Ethernet trong nhiều cấu hình mạng

Một số thông tin thêm về các quy định về mạng khung dữ liệu IEEE 802.3 quy định một số loại mạng có đường truyền vật lý như sau:

Hình 2.1: Một số loại mạng Ethernet với đường truyền vật lý

Ví dụ về một mạng Ethernet:

Hình 2.2: Ví dụ về một mạng Ethernet

2.1.4 IEEE 802.4, 5, 6, 9, 12, 14

Các phương thức truy nhập và báo hiệu vật lý cho các cho các công nghệ mạng MAN/LAN hữu tuyến gồm: Token Bus, Token Ring, DQDB, các dịch vụ tích hợp, ưu tiên theo yêu cầu Những chuẩn như 802.4, 802.5, 802.6, 802.9 và 802.12 hiện đang bị lãng quên và không hoạt động còn 802.14 vừa bị giải tán

Một số thông tin về các chuẩn này:

Nguyên lý: IEEE 802.5 dùng cho mạng dạng xoay vòng và trên cơ sở dùng tín hiệu thăm dò token Mỗi trạm khi nhận được tín hiệu thăm dò token thì tiếp nhận token và bắt đầu quá trình truyền thông tin dưới dạng các frame Phương pháp xâm nhập mạng này quy định nhiều mức ưu tiên khác nhau cho toàn mạng và cho mỗi trạm, việc quy định này vừa do người thiết kế vừa do người sử dụng tự quy định

ü IEEE 802.6

IEEE 802.6 là chuẩn đặc tả một mạng tốc độ cao nối kết nhiều LAN thuộc các khu vực khác nhau của một đô thị Mạng này sử dụng cáp quang với hình trạng dạng bus kép (dual-bus), vì thế còn được gọi là DQDB Lưu thông trên mỗi bus là một chiều và khi cả cặp bus cùng hoạt động sẽ tạo thành một cấu hình chịu lỗi Phương pháp điều khiển truy cập dựa theo một giải thuật xếp hàng phân tán có tên là QPDS (Queued-Packet, Distributed-Switch)

Đây là một cải tiến của một tiêu chuẩn cũ hơn (được tạo bởi ANSI) mà nó sử dụng cấu trúc mạng FDDI Các tiêu chuẩn dựa trên FDDI bị thất bại do thực hiện tốn kém và thiếu tính tương thích với các chuẩn LAN hiện hành Các tiêu chuẩn IEEE 802.6 sử dụng DQDB nên nó hổ trợ lên tới 150 Mbit/s tốc độ truyền tải Tiêu chuẩn này không thành công, chủ yếu là do tiêu chuẩn FDDI

mà nó dựa theo cũng không thành công

ü IEEE 802.9

IEEE 802.9 là chuẩn đặc tả một mạng tích hợp dữ liệu và tiếng nói bao gồm 1 kênh dị bộ 10 Mbps cùng với 95 kênh 64 Kbps Giải thông tổng cộng 16 Mpbs Chuẩn này được thiết kế cho các môi trường có lưu lượng lưu thông lớn và cấp bách Tiêu chuẩn này thường được gọi là isoEthernet Có một số nhà cung cấp hổ trợ cho isoEthernet, nhưng nó bị mất thị trường do việc phát triển nhanh chóng của Fast Ethernet và các nhóm làm việc phát triển bộ tiêu chuẩn này đã giải tán

ü IEEE 802.12

IEEE 802.12 là chuẩn đặc tả mạng cục bộ dựa trên công nghệ được đề xuất bởi AT&T, IBM và

HP, gọi là 100 VG – AnyLAN Mạng này sử dụng hình trạng mạng hình sao và một phương pháp

truy cập đường truyền có điều khiển tranh chấp Khi có nhu cầu truyền dữ liệu, trạm sẽ gởi yêu cầu đến hub và trạm chỉ có thể truyền dữ liệu khi được hub cho phép

Chuẩn này nhằm cung cấp một mạng tốc độ cao (100 Mbps và có thể lớn hơn) có thể hoạt động trong các môi trường hỗn hợp Ethernet và Token Ring, bởi thế nó chấp nhận của hai dạng khung 100VG – AnyLAN là đối thủ cạnh tranh đáng gờm của 100BASE-T (Fast Ethernet) nhờ một số tính năng nổi trội hơn, chẳng hạn về khoảng cách đi cáp tối đa cho phép

ü IEEE 802.14

Vào những năm 1990, Ủy ban IEEE 802 thành lập một tiểu ban (802.14) để phát triển một tiêu chuẩn cho các hệ thống modem cáp Trong khi tiến bộ đáng kể, nhóm này bị giải tán khi các nhà điều hành hệ thống Bắc Mỹ đã ủng hộ các đặc điểm kỹ thuật mới mẻ, non trẻ hơn là DOCSIS

2.1.5 IEEE 802.17

IEEE 802.17 hay là RPR (Resilient Packet Ring), giao thức lớp MAC đang được IEEE chuẩn hóa, là giải pháp cho vấn đề bùng nổ nhu cầu kết nối tốc độ cao và chi phí thấp trong khu vực thành phố Bằng cách ghép thống kê gói IP truyền trên hạ tầng vòng sợi quang, có thể khai thác hiệu quả dạng vòng quang và tận dụng ưu điểm truyền gói như Ethernet Khi có lỗi node hay liên kết xảy ra trên vòng sợi quang, RPR thực hiện chuyển mạch bảo vệ thông minh để đổi hướng lưu lượng đi xa khỏi nơi bị lỗi với độ tin cậy đạt tới thời gian nhỏ hơn 50 ms

RPR sử dụng vòng song hướng gồm hai sợi quang truyền ngược chiều nhau, cả hai vòng đồng thời được sử dụng để truyền gói dữ liệu và điều khiển RPR cho phép nhà cung cấp dịch vụ giảm chi phí thiết bị phần cứng cũng như thời gian và chi phí của việc giám sát mạng Trong RPR không

có khái niệm khe thời gian, toàn bộ băng thông được ấn định cho lưu lượng Bằng cách tính toán khả năng mạng và dự báo yêu cầu lưu lượng, RPR ghép thống kê và phân phối công bằng băng thông (fairness) cho các node trên vòng để tránh tắc nghẽn có thể mang lại lợi ích hơn nhiều so với vòng SDH/SONET dựa trên ghép kênh phân chia theo thời gian

RPR là giao thức lớp MAC vận hành ở lớp 2 của mô hình OSI, nó không nhận biết lớp 1 nên độc lập với truyền dẫn nên có thể làm việc với WDM, SDH hay truyền dẫn dựa trên Ethernet (sử dụng GBIC - Gigabit Interface Converter) Ngoài ra, RPR đi từ thiết bị đa lớp đến dịch vụ mạng

thông minh lớp 3 như MPLS MPLS kết hợp thiết bị rìa mạng IP lớp 3 với thiết bị lớp 2 như ATM, Frame Relay Sự kết hợp độ tin cậy và khả năng phục hồi của RPR với ưu điểm quản lý lưu lượng

và khả năng mở rộng của MPLS VPN và MPLS TE được xem là giải pháp xây dựng MAN trên thế giới hiện nay

Một nhược điểm của các phiên bản đầu tiên RPR là nó đã không cung cấp tái sử dụng không gian để truyền frame đến từ địa chỉ MAC không có mặt trên vòng Vấn đề này được giải quyết bởi IEEE 802.17b, trong đó xác định một không gian tầng con tùy chọn (SAS) Điều này cho phép tái

sử dụng không gian để truyền frame đến từ địa chỉ MAC không có mặt trong vòng

Hiện nay RPR là vấn đề khá phức tạp và chưa được chuẩn hoá đầy đủ, nhiều nhà sản xuất có sản phẩm RPR 802.17 nhưng khả năng tương thích giữa sản phẩm của các hãng khác nhau là không chắc chắn

Hình 2.3: Vòng RPR

2.2 Chuẩn hóa mạng LAN/MAN không dây

Bao gồm các bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11, 15, 16, 20, 21, 22 Những bộ chuẩn này chủ yếu tập trung vào các mạng LAN không dây như các mạng WLAN, WPAN, WRAN, … cũng như quy định và các chuẩn công nghệ như công nghệ WiFi (802.11), Bluetooth, ZigBee (802.15), WiMax (802.16),… Cụ thể như sau:

2.2.1 IEEE 802.11 – công nghệ WiFi – mạng WLAN

IEEE 802.11 là một tập các chuẩn bao gồm các đặc điểm kỹ thuật liên quan đến hệ thống mạng không dây Chuẩn IEEE 802.11 mô tả một giao tiếp “truyền qua không khí” (tiếng Anh: “over-the-air”), sử dụng sóng vô tuyến để truyền nhận tín hiệu giữa một thiết bị không dây và tổng đài hoặc điểm truy cập (access point - AP), hoặc giữa hai hay nhiều thiết bị không dây với nhau(mô hình ad-hoc)

Bộ chuẩn này bao gồm các tiêu chuẩn con như IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, …Bộ chuẩn này là một bộ chuẩn quan trọng, sẽ được đề cập chi tiết trong chương

3

2.2.2 IEEE 802.15 – Công nghệ Bluetooth, ZigBee – mạng WPAN

IEEE 802.15 là bộ tiêu chuẩn thứ 15 thuộc họ IEEE 802 Bộ tiêu chuẩn này chuyên về Wireless PAN (Personal Area Network) Nhóm làm việc IEEE 802.15 bao gồm 7 nhóm làm việc con như sau:

3 Nhóm 1: WPAN/ Bluetooth – nhóm làm việc chuyên về tiêu chuẩn Bluetooth

3 Nhóm 2:

3 Nhóm 3: High Rate WPAN

3 Nhóm 4: Low Rate WPAN

Trong thời gian khoảng giữa những năm thập kỉ 80 thế kỷ XX, chuẩn IEEE 802.15 ra đời để phục vụ cho nhóm chuẩn WPAN Nhóm chuẩn này tập trung giải quyết các vấn đề về điều khiển

dữ liệu trong những khoảng không gian nhỏ (bán kính 30m) Tính năng của chuẩn mạng WPAN là suy hao năng lượng nhỏ, tiêu tốn ít năng lượng, vận hành trong vùng không gian nhỏ, kích thước

bé Chính vì thế mà nó tận dụng được tốt nhất ưu điểm của kỹ thuật sử dụng lại kênh tần số, đó là giải quyết được các vấn đề hạn chế về băng tần như hiện nay

IEEE 802.15 có thể phân ra làm 3 loại mạng WPAN, chúng được phân biệt thông qua tốc độ truyền, mức độ tiêu hao năng lượng và chất lượng dịch vụ (QoS)

3 WPAN tốc độ cao (chuẩn IEEE 802.15.3) phù hợp với các ứng dụng đa phương tiện yêu cầu chất lượng dịch vụ cao

3 WPAN tốc độ trung bình (chuẩn IEEE 802.15.1 / Bluetooth) được ứng dụng trong các mạng điện thoại đến máy tính cá nhân bỏ túi PDA và có chất lượng dịch vụ QoS phù hợp cho thông tin thoại

3 WPAN tốc độ thấp (chuẩn IEEE 802.15.4 / LR-WPAN) dùng trong các sản phẩm công nghiệp dùng có thời hạn, các ứng dụng y học chỉ đòi hỏi mức tiêu hao năng lượng thấp, không yêu cầu cao về tốc độ truyền tin và QoS Chính tốc độ truyền dữ liệu thấp cho phép LR-WPAN tiêu hao ít năng lượng Trong chuẩn này thì công nghệ ZigBee/IEEE802.15.4 chính là một ví dụ điển hình

Chúng ta sẽ nói rõ thêm về công nghệ ZigBee, một xu hướng của mạng không dây trong điều khiển tự động

Đặc điểm của công nghệ ZigBee là tốc độ truyền tin thấp, tiêu hao ít năng lượng, chi phí thấp

và là giao thức mạng không dây hướng tới các ứng dụng điều khiển từ xa và tự động hóa Tổ chức IEEE 802.15.4 bắt đầu làm việc với chuẩn tốc độ thấp được một thời gian ngắn thì tiểu ban về ZigBee và tổ chức IEEE quyết định sát nhập và lấy tên ZigBee đặt cho công nghệ mới này Mục tiêu của công nghệ ZigBee là nhắm tới việc truyền tin với mức tiêu hao năng lượng nhỏ và công suất thấp cho những thiết bị có thời gian sống từ vài tháng đến vài năm mà không yêu cầu cao về tốc độ truyền tin như Bluetooth Một điều nổi bật là ZigBee có thể dùng được trong các mạng mắt

lưới (mesh network) rộng hơn là sử dụng công nghệ Bluetooth Các thiết bị không dây sử dụng công nghệ ZigBee có thể dễ dàng truyền tin trong khoảng cách 10-75m tùy thuộc vào môi trường truyền và mức công suất phát được yêu cầu với mỗi ứng dụng Tốc độ dữ liệu là 250kbps ở dải tần 2.4Ghz (toàn cầu), 40kbps ở dải tần 915Mhz (Mỹ + Nhật) và 20kbps ở dải tần 868Mhz (ở châu Âu)

Các nhóm nghiên cứu ZigBee và tổ chức IEEE đã làm việc với nhau để chỉ rõ toàn bộ các khối giao thức của công nghệ này IEEE 802.15.4 tập trung nghiên cứu và 2 tầng thấp của giao thức (tầng vật lý và liên kết dữ liệu) ZigBee còn thiết lập cơ sở cho những tầng cao hơn trong giao thức (từ tầng mạng đến tầng ứng dụng) về bảo mật, dữ liệu, chuẩn phát triển để đảm bảo chắc chắn rằng các khách hàng dù mua sản phẩm từ các hãng sản xuất khác nhau nhưng vẫn theo một chuẩn riêng

để làm việc với nhau được mà không tương tác lẫn nhau

Hiện nay thì IEEE 802.15.4 tập trung vào các chi tiết kỹ thuật của tầng vật lý và tầng con MAC ứng với mỗi loại mạng khác nhau (mạng hình sao, mạng hình cây, mạng mắt lưới) Các phương pháp định tuyến được thiết kế sao cho năng lượng được bảo toàn và độ trễ trong truyền tin là ở mức thấp nhất có thể bằng cách dùng cac khe thời gian đảm bảo (GTSs_guaranteed time slots) Tính năng nổi bật chỉ có ở công nghệ ZigBee là giảm thiểu được sự hỏng hóc dẫn đến gián đoạn kết nối tại một nút mạng trong mạng mesh Nhiệm vụ đặc trưng của tầng vật lý gồm có phát hiên chất lượng của đường truyền (LQI) và năng lượng truyền (ED), đánh giá kênh truyền (CCA), giúp nâng cao khả năng chung sống với các loại mạng không dây khác

Với các tính năng nổi bật như trên, hứa hẹn trong tương lai sẽ xuất hiện công nghệ ZigBee mới với chuẩn IEEE 802.15.4 được phổ biến rộng rãi

Bảng 2.1 : So sánh ZigBee – Wifi - Bluetooth

Hình 2.4: Các lĩnh vực ứng dụng ZigBee

2.2.3 IEEE 802.16 – công nghệ WiMAX – mạng WMAN

IEEE 802.16 là hệ thống tiêu chuẩn truy cập không dây băng rộng (Broadband Wireless Access Standards) cung cấp đặc tả chính thức cho các mạng MAN không dây băng rộng triển khai trên toàn cầu Hệ thống tiêu chuẩn này do nhóm làm việc IEEE 802.16 được thành lập năm 1999, nghiên cứu và đề xuất Nhóm này là một đơn vị của hội đồng tiêu chuẩn LAN/MAN IEEE 802 Họ tiêu chuẩn IEEE 802.16 chính thức được gọi là WirelessMAN (WMAN)

Công nghệ WiFi IEEE 802.11 trong vài năm gần đây đã gặt hái được những thành công rực rỡ với minh chứng là nó được triển khai rộng rãi khắp nơi Hầu như tất cả các máy tính cá nhân, điện thoại thông minh, PDA đều được tích hợp WiFi Tốc độ dữ liệu của WiFi có thể đạt được 54Mpbs Tuy nhiên vùng phủ sóng của WiFi chỉ hạn chế ở tằm vài chục đến vài trăm mét Để đáp ứng nhu cầu phủ sóng xa hơn, công nghệ WiMAX (IEEE 802.16) xuất hiện

Chuẩn WiMAX đầu tiên ra đời vào tháng 10 năm 2001 Khác với WiFi chỉ sử dụng một băng tần, WiMAX có thể hoạt động trong băng tần từ 2-66 Ghz Các ứng dụng khác nhau sẽ dùng những băng tần khác nhau để tránh sự giao thoa Cụ thể, các ứng dụng di động (802.16e) dùng băng tần từ 2-11 GHz Ở nhiều nước châu Âu, băng tần 3.5 GHz được dành riêng cho WiMAX di động Các ứng dụngicốiđịnhi(802.16d)1thì1dùng1băng1tần1từ110-661GHz

Các chuẩn khác nhau của WiMAX

ü Chuẩn cơ bản 802.16 basic:

Chuẩn 802.16 ban đầu được tạo ra với mục đích là tạo ra những giao diện (interface) không dây dựa trên một nghi thức MAC chung Kiến trúc mạng cơ bản của 802.16 bao gồm một trạm phát (BS - Base Station) và người sử dụng (SS - Sucriber Station) Trong một vùng phủ sóng, trạm BS

sẽ điều khiển toàn bộ sự truyền dữ liệu (traffic) Điều đó có nghĩa là sẽ không có sự trao đổi truyền thông giữa hai SS với nhau Nối kết giữa BS và SS sẽ gồm một kênh uplink và downlink Kênh uplink sẽ chia sẻ cho nhiều SS trong khi kênh downlink có đặc điểm broadcast Trong trường hợp không có vật cản giữa SS và BS (line of sight), thông tin sẽ được trao đổi trên băng tần cao Ngược lại, thông tin sẽ được truyền trên băng tần thấp để chống nhiễu

ü Các chuẩn bổ sung (amendments) của WiMAX

- 802.16a : Chuẩn này sử dụng băng tần có bản quyền từ 2 – 11 Ghz Đây là băng tần

thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền 802.16a còn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong đó một thiết

bị cuối (terminal) có thể liên lạc với BS thông qua một thiết bị cuối khác Với đặc tính này,

vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ được nới rộng

- 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần từ 5 – 6 Ghz với mục đích cung ứng

dịnh vụ với chất lượng cao (QoS) Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau (class of service) Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn 802.16a

- 802.16c : Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dãi băng tần từ 10-66GHz

với mục đích cải tiến interoperability

- 802.16d : Có một số cải tiến nhỏ so với chuẩn 802.16a Chuẩn này được chuẩn hóa

2004 Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trường là dựa trên chuẩn này

- 802.16e : Đã được chuẩn hóa Đặc điểm nổi bật của chuẩn này là khả năng cung cấp

các dịch vụ di động (vận tốc di chuyển lớn nhất mà vẫn có thể dùng tốt dịch vụ này là 100km/h)

- 802.16j: Bây giờ IEEE đang bắt tay vào chuẩn hóa 802.16j để phục vụ cho việc Relay

(Wimax Mesh network) Để minh họa wimax relay, các bạn có thể xem hình 2.5 đây

- 802.16m: Đang được nghiên cứu và chuẩn hóa Chuẩn này hướng tới tăng tốc độ truyền

của WiMAX lên 1Gbps bằng cách dùng MIMO và các dãy angten

- Ngoài ra còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong giai đoạn

chuẩn hóa như 802.16g, 802.16f, 802.16h

Đặc điểm nối bật của WiMAX di động

WiMAX di động cũng có những đặc điểm giống EV-DO hoặc HSxPA nhằm tăng tốc độ truyền thông (data rate) Những đặc điểm đó bao gồm: Mã hóa và điều chế thích nghi (Adaptive Modulation and Coding - AMC), kỹ thuật sữa lỗi bằng dò – lặp (Hybrid Automatic Repeat Request

- HARQ), Phân bố nhanh (Fast Scheduling) và chuyển giao mạng (handover) nhanh và hiệu quả

Không giống như công nghệ 3G dựa trên CDMA được xây dựng nhằm vào dịch vụ thoại, WiMAX được thiết kế để đáp ứng dịch vụ truyền dữ liệu dung lượng lớn (trong đó có cả dịch vụ thoại VoIP) WiMAX sự dụng kỹ thuật trải phổ SOFDMA và hạ tầng mạng xây dựng trên nền IP WiMax cung cấp khả năng kết nối Internet không dây nhanh hơn so với WiFi, tốc độ uplink và downlink cao hơn, sử dụng được nhiều ứng dụng hơn, và quan trọng là vùng phủ sóng rộng hơn,

và không bị ảnh hưởng bởi địa hình WiMAX có thể thay đổi một cách tự động phương thức điều chế để có thể tăng vùng phủ bằng cách giảm tốc độ truyền và ngược lại Để tăng vùng phủ, chuẩn WiMAX hoặc sử dụng mạng Mesh hoặc sử dụng antenna thông minh hoặc MIMO Dự liệu truyền trong mạng WiMAX được phân chia thành 5 lớp dịch vụ với những ưu tiên khác nhau nhằm cung ứng QoS Ngoài ra bảo mật cũng là một đặc điểm vượt trội của WiMAX so với WIFI

Ứng dụng của WiMAX

Nói tới WiMAX , người ta có thể nghĩ tới rất nhiều giải pháp thay thế mà công nghệ này có thể mang lại Đó chính là khả năng thay thế đường xDSL giúp tiếp cận nhanh hơn các đối tượng người dùng băng rộng mà không cần phải đầu tư lớn Đặc biệt WiMAX rất hữu ích để cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở những vùng xa xôi mà giải pháp ADSL hoặc cáp quang là rất tốn kém Ở những nước đang phát triển như Việt Nam, nơi mà Internet băng thông rộng chưa phổ biến, WiMAX là một giải pháp kinh tế Ngoài ra WiMAX còn giúp việc triển khai WiFi thêm nhanh chóng do các hotspot WiFi sẽ không cần đường leased-line mà sẽ nối trực tiếp với WiMAX BS Khả năng roaming giữa các dịch vụ Wi-Fi và WiMAX sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng

Hình 2.6: Minh họa 1 số ứng dụng last-mile của WiMAX

Để có thể dùng dịch vụ Internet băng thông rộng của WiMAX (fixed WiMAX), nhà cung cấp dịch vụ chỉ cần lắp đặt một ang-ten BS ở giữa khu dân cư Mỗi người dùng sẽ được cung cấp một ang-ten thu (CPE), lắp trên mái nhà/cửa sổ CPE có thể được nối trực tiếp với máy vi tính hoặc thông qua một Access Point WiFi Việc triển khai khá đơn giản, mà giá thành lại thấp hơn nhiều so với công nghệ hiện hành

Bên cạnh dịch vụ cố định, WiMAX còn cung ứng các dịch vụ di động Trong tương lai, các thiết bị mobile mà hiện nay được tích hợp WiFi sẽ được tích hợp WiMAX Khi đó, người dùng có thể kết nối mạng mọi lúc mọi nơi thông qua WiMAX, và đặc biệt là vẫn có thể dùng các dịch vụ giống như những dịch vụ của mạng cellular 3G Hơn nữa, tốc độ truyền của WiMAX cao hơn hẳn 3G mà giá hứa hẹn sẽ rẻ Đối với các nhà cung cấp mạng, giá thành của một WiMAX BS rẻ hơn rất nhiều so với giá của một BS UMTS Do đó, có thể nhà cung ứng mạng 3G sẽ dùng WiMAX thay thế 3G1ở1những1khu1vực1thưa1dân1cư

về độ trễ, … Trong mạng IEEE 802.20, việc đồng bộ đường lên và đường xuống đều được thực hiện hiệu quả Dự kiến, chuẩn IEEE 802.20 tương lai sẽ kết hợp với một số tính năng của IEEE 802.16e và các mạng dữ liệu 3G, nhằm cung cấp và tạo ra một mạng truyền thông đa dạng (rich communication) IEEE 802.20 cùng với IEEE 802.16m, IEEE 802.22 được xem là những công nghệ tiền 4G

2.2.5 IEEE 802.21

IEEE 802.21 là một tiêu chuẩn IEEE mới còn đang trong quá trình phát triển Tiêu chuẩn này

hỗ trợ các thuật toán cho phép chuyển giao liền mạng giữa các mạng cùng loại cũng như bàn giao giữa các loại mạng khác nhau, cũng hay được gọi là MIH (Media Independent Handover) Tiêu chuẩn này cung cấp thông tin cho phép bàn giao đến và đi từ các mạng GSM, GPRS, WiFi, Bluetooth, IEEE 802.11, IEEE 802.16 thông qua các cơ chế chuyển giao khác nhau

Các nhóm làm viêc IEEE 802.21 bắt đầu làm việc vào tháng 3 năm 2004 Nhiều hơn 30 công ty

đã gia nhập nhóm làm việc Các nhóm đã sản xuất một dự thảo đầu tiên cho tiêu chuẩn gồm các định nghĩa giao thức Quá trình bỏ phiếu cũng đã được thực hiện và bản sửa đổi tiếp theo của dự thảo cũng đang được tiến hành phát triển Trong tương lai sẽ có những tiêu chuẩn thuộc bộ IEEE 802.21 ra đời

2.2.6 IEEE 802.22 – mạng WRAN

IEEE 802.22 là một tiêu chuẩn cho WRAN (Wireless Regional Area Network) sử dụng khoảng trắng trong phổ tần truyền hình – phổ tần mà TV analog không sử dụng được Sự phát triển của tiêu chuẩn IEEE 802.22 WRAN là nhằm mục đích sử dụng kỹ thuật vô tuyến để cho phép sử dụng những phổ tần không sử dụng cho dịch vụ phát sóng truyền hình, trên cơ sở không can thiệp vào các phổ tần TV analog Vùng phủ của công nghệ này có thể lên tầm 40 – 100km, do đó nó mang lại khả năng truy cập băng rộng đến những vùng địa lý khó khăn, khó tiếp cận, những khu vực có mật độ dân số thấp, xa xôi Điều đó làm cho chuẩn IEEE 802.20 có tiềm năng cho một ứng dụng rộng toàn cầu

IEEE 802.22 WRAN được thiết kế để hoạt động trong băng tần phát sóng truyền hình trong khi đảm bảo rằng không có nhiễu có hại cho các hoạt động truyền thông hiện tại Tiêu chuẩn này dự kiến sẽ được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu

2.3 Chuẩn hóa các thành phần khác

Bao gồm các bộ chuẩn còn lại Nhiệm vụ chủ yếu tập trung vào các vấn đề về bảo mật mạng cũng như điều phối các mạng với nhau, tránh can thiệp lẫn nhau

Cụ thể như sau:

2.3.1 IEEE 802.10

IEEE 802.10 là một tiêu chuẩn cho các chức năng bảo mật có thể được sử dụng trong cả hai mạng LAN và MAN IEEE 802.10 quy định cụ thể việc quản lý an ninh và quản lý chủ chốt, cũng như kiểm soát truy cập, bảo mật dữ liệu và tính toàn vẹn dữ liệu

Các tiêu chuẩn IEEE 802.10 tạm dừng hoạt động vào tháng 1 năm 2004 và nhóm phát triển tiêu chuẩn này của IEEE 802 bị giải tán Các giao thức Cisco Inter-Switch Link (ISL) hổ trợ VLAN trên mạng LAN Ethernet và các công nghệ tương tự dựa trên chuẩn IEEE 802.10 phần lớn đã được thay thế bởi IEEE 802.1q Bảo mật cho mạng không dây thì đang được phát triển sang cho IEEE 802.1i

2.3.2 IEEE 802.19

IEEE 802.19 hay còn gọi là Coexistence TAG ( Technical AdviSory Group) là một nhóm làm việc trong Ủy ban IEEE 802, nhằm giải quyết các vấn đề “chung sống” giữa các mạng không dây không có giấy phép (tức là các mạng không dây tự phát của người sử dụng) Nhiều chuẩn không dây IEEE 802 sử dụng những phổ tần không có giấy phép và do đó cần giải quyết vấn đề cùng tồn tại Những thiết bị không dây không có giấy phép có thể hoạt động trong cùng một băng tần không

có giấy phép ở cùng một vị trí Điều này có thể dẫn đến sự can thiệp lẫn nhau giữa hai mạng không dây (Hai mạng không dây không có giấy phép được cho là cùng tồn tại nếu chúng có thể hoạt động trong cùng một vị trí địa lý mà không gây nhiễu với nhau đáng kể)

Ví dụ như các chuẩn không dây có thể cùng tồn tại:

ü IEEE 802.11 WLAN

ü IEEE 802.15 WPAN

ü IEEE 802.16 WMAN

ü IEEE 802.22 WRAN

3 Chương III: IEEE 802.11 và chuẩn hóa mạng LAN không dây (WLAN)

Phần này đề cập chi tiết, tìm hiểu sâu về các khía cạnh của bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11…Mục đích thấy được tính chất và ứng dụng của các bộ tiêu chuẩn này

3.1 Giới thiệu bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11

IEEE 802.11 là một tập các chuẩn của tổ chức IEEE bao gồm các đặc tả kỹ thuật liên quan đến

hệ thống mạng không dây Mục đích của chuẩn IEEE 802.11 như IEEE định nghĩa là "để cung cấp kết nối không dây tới các thiết bị, hoặc các trạm tự động mà yêu cầu triển khai nhanh, và xách tay hoặc cầm tay, hoặc được gắn lên các phương tiện chuyển động bên trong một vùng"

Chuẩn IEEE 802.11 mô tả một giao tiếp "truyền qua không khí" (over-the-air) sử dụng sóng vô tuyến để truyền nhận tín hiệu giữa một thiết bị không dây và tổng đài hoặc điểm truy cập (AP), hoặc giữa 2 hay nhiều thiết bị không dây với nhau (mô hình ad-hoc)

3.2 Kiến trúc của chuẩn IEEE 802.11

3.2.1 Các thành phần kiến trúc

Chuẩn IEEE 802.11 định nghĩa tầng vật lý và tầng MAC cho một mạng WLAN Chuẩn này định nghĩa ba tầng vật lý khác nhau cho mạng WLAN 802.11, mỗi tầng hoạt động ở một dải tần khác nhau và sử dụng các tốc độ 1 Mbps và 2 Mbps Thành tố cơ bản của kiến trúc 802.11 là tế

bào (cell) với tên gọi trong 802.11 là BSS (được gọi là Tập hợp dịch vụ cơ bản, Basic Service Set)

Mỗi BSS thường gồm một vài máy trạm không dây và một trạm cơ sở trung tâm được gọi là AP (access point) Các máy trạm (có thể di động hoặc cố định) và trạm trung tâm liên lạc với nhau bằng giao thức MAC IEEE 802.11 không dây Có thể kết nối nhiều trạm AP với nhau bằng mạng

hữu tuyến Ethernet hoặc một kênh không dây khác để tạo một hệ thống phân tán (DS – distributed

system) Đối với các giao thức ở tầng cao hơn, hệ thống phân tán này như là một mạng 802 đơn

Các máy trạm dùng chuẩn IEEE 802.11 có thể nhóm lại với nhau để tạo thành một mạng ad hoc - mạng không có điều khiển trung tâm và không có kết nối với "thế giới bên ngoài" Trong trường hợp này, mạng được hình thành tức thời khi một số thiết bị di động tình cờ thấy mình đang

ở gần nhau trong khi đang có nhu cầu liên lạc mà không tìm thấy một cơ sở hạ tầng mạng sẵn có

là khi một vài người mang máy tính xách tay gặp nhau tại một bến tầu và muốn trao đổi dữ liệu mà không có một trạm AP ở gần đó Tương tự trong như mạng Ethernet hữu tuyến 802.3, các máy trạm trong mạng WLAN 802.11 phải phối hợp với nhau khi dùng chung môi trường truyền dẫn (tần số radio) Giao thức MAC có nhiệm vụ điều khiển sự phối hợp này MAC IEEE 802.11 là giao thức CSMA/CA

Toàn bộ liên kết lại mạng LAN không dây bao gồm các cell khác nhau, các điểm truy cập và hệ phân phối tương ứng, được xem xét thông qua mô hình OSI, như một mạng đơn chuẩn IEEE 802,

và được gọi là Tập hợp dịch vụ được mở rộng (ESS)

Hình 3.1 mô tả một chuẩn mạng LAN IEEE 802.11 tiêu biểu:

Hình 3.1 Mạng WLAN IEEE 802.11 tiêu biểu

Chuẩn cũng định nghĩa khái niệm Portal, đó là một thiết bị liên kết giữa mạng LAN chuẩn

IEEE 802.11 và mạng LAN chuẩn IEEE 802 khác Khái niệm này mô tả về lý thuyết phần chức năng của “cầu chuyển dịch”

Mặc dù chuẩn không yêu cầu sự cài đặt tiêu biểu tất yếu phải có AP và Portal trên một thực thể

vật lý đơn

3.2.2 Kiến trúc các lớp trong mô hình OSI của chuẩn IEEE 802.11

Chuẩn IEEE 802.11 định nghĩa lớp vật lý (PHY) và lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC) cho các mạng WLAN Nó định nghĩa lớp vật lý hoạt động ở tốc độ dữ liệu 1Mbps và 2 Mbps trong băng tần RF 2.4 GHz và trong hồng ngoại (IR) Nó được mở rộng hai lần vào năm 1999 thành chuẩn IEEE 802.11a định nghĩa lớp vật lý cho băng 5GHz ở tốc độ 54 Mbps, và chuẩn IEEE 802.11b định nghĩa lớp vật lý cho băng tần 2.4 GHz ở tốc độ 5.5 và 11 Mbps

Tốc độ dữ liệu cực đại (Mbps)

Bảng 3.1 So sánh các lớp vật lý của chuẩn IEEE 802.11

Hệ thống trải phổ nhảy tần FHSS 2.4 GHz và hệ thống IR của chuẩn IEEE 802.11 ít khi được

sử dụng Lớp vật lý OFDM 5 GHz có phạm vi hạn chế (xấp xỉ 15m) nên nó ít được sử dụng Đa số các sản phẩm hiện tại thực hiện công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) theo chuẩn IEEE 802.11b ở tốc độ dữ liệu lên trên tới 11 Mbps do lợi thế khả năng thực hiện và giá thành của nó Mục đích của công nghệ trải phổ là tăng thêm thông lượng và độ tin cậy của truyền dẫn bằng cách sử dụng nhiều dải tần DSSS hoạt động bằng cách chuyển đổi mỗi bit truyền thành một chuỗi