Khóa luận tốt nghiệp Công nghệ thông tin: Xây dựng giải pháp bảo mật hệ thống wifi cho một trường đại học

Trang 1

Trang 1

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP BẢO MẬT HỆ THỐNG WIFI CHO MỘT TRƢỜNG ĐẠI HỌC

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN HỮU LỘC NGUYỄN VĂN ĐÔNG

MSSV: 11C1190004 Lớp: CĐ LT ĐH CNTT

Khóa: 1

Trang 2

Trang 2

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP BẢO MẬT HỆ THỐNG WIFI CHO MỘT TRƢỜNG ĐẠI HỌC

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN HỮU LỘC NGUYỄN VĂN ĐÔNG

MSSV: 11C1190004 Lớp: CĐ LT ĐH CNTT Khóa: 1

Trang 3

Trang i

Tơi cam đoan rằng đề tài này là do chính tơi thực hiện, các thơng tin, hình ảnh trong đề tài là trung thực, đề tài không trùng với bất kỳ đề tài nghiên cứu khoa học nào

Sinh viên thực hiện

Trang 4

Trang ii

Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến thầy Nguyễn Hữu Lộc - Khoa Công nghệ thông tin, ngƣời đã dành nhiều thời gian để hƣớng dẫn em hồn thành khóa luận này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Khoa Công nghệ thông tin trƣờng Đại học Võ Trƣờng Toản lời cảm ơn sâu sắc vì những kiến thức mà các thầy cô đã giảng dạy cho chúng em trong suốt quá trình học tập tại trƣờng

Em cũng xin cảm ơn đến các bạn cùng học tập, đã gián tiếp giúp em hồn thành khóa luận này

Sinh viên thực hiện

Trang 5

Trang iii

 Họ và tên ngƣời hƣớng dẫn: Nguyễn Hữu Lộc  Học vị: Thạc sỹ

 Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

 Cơ quan công tác: Khoa Công nghệ Thông tin – Trƣờng ĐH Võ Trƣờng Toản  Họ và tên : Nguyễn Văn Đông

 Mã số sinh viên : 11C1190004

 Chuyên ngành : Công nghệ thông tin

 Tên đề tài : Xây dựng giải pháp bảo mật hệ thống wifi cho một trƣờng đại học

NỘI DUNG NHẬN XÉT

1 Tính phù hợp của đề tài với chuyên ngành đào tạo:

2 Về hình thức:

3 Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài:

4 Độ tin cậy của số liệu và tính hiện đại của luận văn:

5 Nội dung và các kết quả đạt đƣợc:

Trang 6

Trang iv

Hậu Giang, ngày … tháng … năm …

Giáo viên phản biện

Trang 7

Trang v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BIỂU BẢNG viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÁC THUẬT NGỮ ix

TÓM TẮT xi

ABSTRACT xi

CHƢƠNG 1 1

TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP, Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2

1.5 PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2

1.6 KẾT CẤU KHÓA LUẬN 2

CHƢƠNG 2 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 3

2.1.1 Giới thiệu 3

2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển mạng không dây 3

2.1.3 Tổ chức IEEE và họ chuẩn IEEE 802 4

2.2 CÁC CÔNG NGHỆ KHƠNG DÂY PHỔ BIẾN 6

2.2.1 IEEE 802.11 cơng nghệ Wifi – mạng WLAN 7

2.2.2 IEEE 802.15 công nghệ Bluetooth, ZigBee – mạng WPAN 7

2.2.3 IEEE 802.16 công nghệ WiMAX – mạng WMAN 9

2.3 ƢU KHUYẾT ĐIỂM CỦA MẠNG KHƠNG DÂY 15

2.4 MƠ HÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG KHƠNG DÂY 17

2.4.1 Mơ hình mạng Adhoc WLAN (IBSS) 17

2.4.2 Mơ hình mạng INFRASTRUCTURE (BSSs) 18

2.4.3 Mơ hình mạng mạng diện rộng (WiMax) 19

2.5 TỔNG QUAN VỀ WIFI MẠNG LAN KHÔNG DÂY CHUẨN IEEE 802.11 20

2.5.1 Giới thiệu 20

2.5.2 Lịch sử hình thành và phát triển WLAN 21

2.5.3 Vị trí của WLAN trong hệ thống mạng không dây 22

Trang 8

Trang vi

2.6.1 THỰC TRẠNG VỀ BẢO MẬT WLAN HIỆN NAY 36

2.6.2 CÁC HÌNH THỨC TẤN CƠNG PHỔ BIẾN TRONG WLAN 37

CHƢƠNG 3 44

NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 44

3.1 YÊU CẦU PHẢI BẢO MẬT WIFI 44

3.2 CÁC GIẢI PHÁP, PHƢƠNG THỨC, KỸ THUẬT BẢO MẬT MẠNG WIFI 45

3.2.1 CÁC KỸ THUẬT BẢO MẬT SỬ DỤNG CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP (DEVICE AUTHORIZATION) 46

3.2.2 CÁC KỸ THUẬT BẢO MẬT SỬ DỤNG CƠ CHẾ MÃ HÓA ENCRYPTION 48

3.2.3 GIAO THỨC TỒN VẸN DỮ LIỆU VỚI KHĨA THEO THỜI GIAN TKIP 52

3.2.4 PHƢƠNG THỨC BẢO MẬT SỬ DỤNG TƢỜNG LỬA (FIREWALL) 52

3.2.5 PHƢƠNG THỨC BẢO MẬT SỬ DỤNG VPN (Virtural Private Network) 54

3.2.6 HỆ THỐNG PHÁT HIỆN XÂM NHẬP KHÔNG DÂY (WIRELESS IDS) CHO MẠNG WLAN 55

3.2.7 BẢO MẬT WLAN BẰNG XÁC THỰC RADIUS SERVER 56

3.3 GIẢI PHÁP BẢO MẬT MẠNG WIFI TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƢỜNG TOẢN 69

3.3.1 MƠ HÌNH ỨNG DỤNG MẠNG WIFI TẠI TRƢỜNG 69

3.3.2 CÁC BƢỚC BẢO MẬT MẠNG WIFI TẠI NHÀ TRƢỜNG 72

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

Trang 9

Trang vii

Hình 2.2 Wimax Relay 12

Hình 2.3 Minh họa 1 số ứng dụng last-mile của WiMax 14

Hình 2.4 Minh họa ứng dụng của WiMAXMobile 15

Hình 2.5 Mơ hình mạng Adhoc 17

Hình 2.6 Mơ hình kết nối tập dịch vụ cơ bản BSS 18

Hình 2.7 Mơ hình mạng diện rộng Wimax 19

Hình 2.8 Vai trị và vị trí của WLAN 22

Hình 2.9 Mơ hình một BSS 23

Hình 3.0 Mơ hình một ESS 24

Hình 3.1 Mạng khơng dây kết nối mạng có dây 25

Hình 3.2 Hai mạng có dây kết nối với nhau bằng kết nối khơng dây 25

Hình 3.3 Phạm vi của WLAN trong mơ hình OSI 26

Hình 3.4 Logo chứng nhận sản phâm đạt chuân 802.11n 29

Hình 3.5 Tốc độ truyền tải so với các chuẩn khác 30

Hình 3.6 Tấn cơng Man-In-The-Middle 40

Hình 3.7 Mơ hình tấn cơng “u cầu xác thực lại” 40

Hình 3.8 Mơ hình tấn cơng Fake Access Point 41

Hình 3.9 Mơ hình tấn cơng ngắt kết nối 42

Hình 4.0 Truy cập trái phép mạng khơng dây 44

Hình 4.1 Mơ hình bảo mật trong WLAN 45

Hình 4.2 Tiến trình xác thực MAC 47 Hình 4.3 Lọc giao thức 48 Hình 4.4 Mơ hình Firewall 53 Hình 4.5 Mơ hình Firewall cứng 53 Hình 4.6 Mơ hình Firewall mềm 54 Hình 4.7 Mơ hình WLAN VPN 55

Hình 4.8 Mơ hình chứng thực sử dung Radius Server 57

Hình 4.9 Quá trình xác thực Radius Radius Server 58

Trang 10

Trang viii

Bảng 2 SO SÁNH ZIGBEE-WIFI-BLUETOOTH 9

Bảng 3 MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CHUẨN IEEE 802.11b 27

Bảng 4 MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CHUẨN IEEE 802.11a 28

Bảng 5 MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CHUẨN IEEE 802.11g 28

Bảng 6 MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CHUẨN IEEE 802.11n 30

Trang 11

Trang ixAccess Control

AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến

BSSs Basic Service Sets Mơ hình mạng cơ sở

CHAP Challenge-handshake

authentication protocol Giao thức xác thực yêu cầu bắt tay

DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu

DS Distribution system Hệ thống phân phối

DSSS Direct sequence spread spectrum Trải phổ trực tiếp

EAP

Extensible Authentication

Protocol Giao thức xác thực mở rộng

ESSs Extended Service Sets Mơ hình mạng mở rộng

FCC Federal Communications

Commission

Ủy ban truyền thông Liên bang Hoa Kỳ

FHSS

Frequency-hopping spread

spectrum Trải phổ nhảy tần

IBSSs Independent Basic Service Sets Mơ hình mạng độc lập hay cịn gọi là mạng Ad hoc

IDS Intrusion Detection System Hệ thống phát hiện xâm nhập

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

Viện kỹ thuật điện và điện tử của Mỹ

IPSec Internet Protocol Security

Tập hợp các chuẩn chung nhất (industry-defined set) trong việc kiểm tra, xác thực và mã hóa các dữ liệu dạng packet trên tầng Network (IP

ISM Industrial, scientific and medical Băng tầng dành cho công nghiệp, khoa học và y học

ISP Internet service provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

MAC Medium Access Control Điều khiển truy cập môi trƣờng

MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị

Trang 12

Trang x

NIST

Nation Instutute of Standard and Technology

Viện nghiên cứu tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia

OFDM Orthogonal frequency division

multiplexing

Trải phổ trực giao

PC Persional Computer Máy tính cá nhân

PDA Persional Digital Assistant Máy trợ lý cá nhân dùng kỹ thuật số

PEAP Protected Extensible

Authentication Protocol

Giao thức xác thực mở rộng đƣợc bảo vệ

PPP Point-to-Point Protocol Giao thức liên kết điểm điểm

PSK Preshared Keys Khóa chia sẻ

RADIUS Remote Authentication Dial In

User Service

Dịch vụ truy câ ̣p bằng điê ̣n thoa ̣i xác nhận từ xa

RF Radio frequency Tần số vô tuyến

SLIP Serial Line Internet Protocol Giao thức internet đơn tuyến

SSID Service set identifier Bộ nhận dạng dịch vụ

TKIP Temporal Key Integrity Protocol Giao thức tồn vẹn khóa thời gian

UDP User Datagram Protocol Là một giao thức truyền tải

VLAN Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

WEP Wired Equivalent Privacy Bảo mật tƣơng đƣơng mạng đi dây

WIFI Wireless Fidelity Hệ thống mạng khơng dây sử dụng sóng vơ tuyến

WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

Trang 13

Trang xi

cho nhà trƣờng Trƣờng Đại học Võ Trƣờng Toản trong những giai đoạn đầu phát triển hệ thống mạng Wifi của nhà trƣờng cũng từng bƣớc triển khai, với yêu cầu sử dụng của cán bộ, giáo viên sinh viên nhà trƣờng cần xây dựng một hệ thống bảo mật Wifi bằng việc chứng thực ngƣời dùng thông qua giao thức RADIUS Server là rất cần thiết

Hiện các công nghệ bảo mật ngày càng phát triển việc ứng hệ thống bảo mật mạng Wifi là vấn đề lớn đặt ra đối với nhà quản trị mạng Tuy nhiên bảo mật nhƣ thế nào và đáp ứng yêu cầu ngƣời dùng ra sau thì đề tài “Xây dựng giải pháp bảo mật hệ thống mạng Wifi của một trƣờng Đại học” sẽ giải thích đƣợc những vấn đề trên

Từ khóa: Chứng thực ngƣời dùng, bảo mật Wifi, Radius Server ABSTRACT

With the development of the internet today, especially the development of wireless technology, the wireless network application in the University is a major requirement for all schools Vo Truong Toan University in the early stages of system development and the school's wireless network deployed gradually, to require the use of officers, school teachers required students to build a wireless security system by user authentication via RADIUS Server protocol is needed

Currently the security technology growing system for the wireless network security poses a big problem for the network administrator But how secure and meet user requirements after the project "Building security solutions of a Wifi network university" will explain the problem

Trang 14

Trang 1

TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Sự phát triển không ngừng của mạng Wifi trong vài năm gần đây gần giống nhƣ sự bùng nổ của Internet trong những thập kỷ qua

Việc đòi hỏi của một hệ thống Wifi chuyên nghiệp cho mảng giáo dục, cần xây dựng một giải pháp tổng thể với các thiết bị chuyên dụng để cung cấp các giải pháp tối ƣu trong việc quản lý ngƣời dùng truy cập

Với sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ internet thì nhu cầu làm việc, học tập giải trí trên mạng internet đối với sinh viên là rất lớn, hệ thống Wifi trong môi trƣờng trƣờng học thì cần địi hỏi rất cao, phải đáp ứng nhu cầu kết nối liên tục và cùng lúc của rất nhiều sinh viên, giáo viên, khả năng hoạt động liên tục 24/7

Tuy nhiên mạng Wifi vẫn là một mạng rất dễ bị tấn công Từ năm 1997 đến nay, rất nhiều nghiên cứu nhằm tăng cƣờng tính bảo mật của mạng Wifi đã đƣợc thực hiện Môi trƣờng khơng dây là một mơi trƣờng chia sẻ trong đó thơng tin truyền đi có thể dể dàng bị thu lại Do đó, bảo vệ thơng tin truyền trên kênh không dây là một yêu cầu cấp thiết

Từ các vấn đề nêu trên cho thấy cần xây dựng một giải pháp tổng thể nhằm bảo mật tài nguyên hệ thống, tránh những nguy cơ tấn cơng, mất an tồn thông tin,…

Đề tài “Xây dựng giải pháp bảo mật hệ thống Wifi cho một trƣờng Đại học” đƣợc thực hiện nhằm nghiên cứu các giải pháp bảo mật hệ thống Wifi và xây dựng một hệ thống chứng thực thông qua giao thức RADIUS khi sinh viên truy cập Wifi

1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu các giải pháp bảo mật hệ thống Wifi, từ đó xây dựng hệ thống chứng thực thơng qua giao thức RADIUS khi sinh viên truy cập Wifi

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Trang 15

Trang 2

bảo mật và xây dựng, đề xuất giải pháp bảo mật phù hợp với đều kiện thực tế của nhà trƣờng.

1.5 PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN

- Tìm hiểu lý thuyết

- Phân tích yêu cầu và thiết kế mơ hình

- Cài đặt chƣơng trình

1.6 KẾT CẤU KHĨA LUẬN

Ngồi phần mở đầu tổng quan về khóa luận, nội dung của khóa luận này đƣợc bố cục nhƣ sau:

Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết

Chƣơng 3: Nội dung và kết quả nghiên cứu

Trang 16

Trang 3

2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHƠNG DÂY 2.1.1 Giới thiệu

Mạng khơng dây là một hệ thống các thiết bị đƣợc nhóm lại với nhau, có khả

năng giao tiếp thơng qua sóng vơ tuyến thay vì các đƣờng truyền dẫn bằng dây

2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển mạng không dây

Do Guglielmo Marconi sáng lập ra

Năm 1894, Marconi bắt đầu các cuộc thử nghiệm và năm 1899 đã gửi một bức điện báo đăng qua kênh đào Anh mà không sử dụng bắt kỳ loại dây nào Thành tựu “chuyển tin bằng tín hiệu” này đánh dấu một tiến bộ lớn và là một dấu hiệu cho sử ra đời một hệ thống các giá trị mang tính thực tiễn cao

Ba năm sau đó, thiết bị vơ tuyến của Marconi đã có thể chuyển và nhận điện báo qua Đại Tây Dƣơng Công nghệ không dây mà Marconi phát triển là một sự pha tạp giữa điện báo có dây truyền thống và sóng Hert (đƣợc đặt tên sau khi Heinrich phát minh ra chúng)

Trong chiến tranh thế giới thứ I, lần đầu tiên nó đƣợc sử dụng ở cuộc chiến Boer năm 1899 và năm 1912, một thiết bị vô tuyến đã đƣợc sử dụng trong các tàu Titanic

Trƣớc thập niên 1920, điện báo vô tuyến đã trở thành một phƣơng tiện truyền thông hữu hiệu bởi nó cho phép gửi các tin nhắn cá nhân băng qua các lục địa Cùng với sự ra đời của radio (máy phát thanh), công nghệ không dây đã có thể tồn tại một cách thƣơng mại hóa

Thập niên 1980, cơng nghệ vơ tuyến là những tín hiệu analogue

Trang 17

Trang 4

Chƣơng này sẽ giới thiệu sơ lƣợt về tổ chức IEEE, cách tiếp cận cũng nhƣ hiện trạng của các tiêu chuẩn thuộc họ chuẩn IEEE 802

 Giới thiệu về tổ chức IEEE

“IEEE (từ tiếng Anh Institute of Electrical and Electronics Engineers nghĩa là "Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử") Một tổ chức phi lợi nhuận, chuyên nghiệp nhằm nâng cao sự thịnh vượng qua sự phát huy các đổi mới công nghệ tạo cơ hội nghề nghiệp cho các thành viên và cổ vũ cộng đồng thế giới mở rộng IEEE đề xướng quá trình kỹ nghệ của sáng tạo, phát triển, tích hợp, chia sẻ và ứng dụng hiểu biết về công nghệ điện tử và tin học, cũng như là các khoa học nhằm đem lại lợi ích cho con người và nghề nghiệp Tổ chức này chính thức hoạt động đầu năm 1963 Thành viên hiện hơn 350 ngàn người khắp nơi trên thế giới bao gồm kỹ sư, khoa học gia và sinh viên Một ảnh hưởng lớn của IEEE là việc phát triển tiêu chuẩn 802 cho LAN và được phổ dụng mọi nơi” [4, tr.13]

Trong họ chuẩn IEEE 802, IEEE đã đƣa ra các chuẩn về công nghệ Ethernet đầu tiên, các công nghệ về mạng LAN không dây (WLAN, WPAN, WMAN),…

 Các tiêu chuẩn IEEE

IEEE 802 là các họ chuẩn IEEE dành cho các mạng LAN và MAN Cụ thể hơn, các chuẩn IEEE dành cho các mạng mang gói tin có kích thƣớc đa dạng (Khác với các mạng này, dữ liệu trong các mạng cell-based đƣợc truyền theo các đơn vị nhỏ có cùng kích thƣớc đƣợc gọi là cell Các mạng Isochorounonus, nơi dữ liệu đƣợc truyền theo một dòng liên tục các octet hoặc các nhóm octet tại các khoản 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 mơ hình OSI) Thực tế IEEE 082 chia tầng liên kết dữ liệu thành 2 tần con LLC (điều kiển logic liên kết) và MAC (điều khiển truy cập môi trƣờng truyền) Cụ thể, ta có thể liệt kê nhƣ sau:

Trang 18

Trang 5 Tầng vật lý

Họ chuẩn IEEE 802 đƣợc bảo trì bởi LMSC (Ban tiêu chuẩn LAN/MAN IEEE 802) đƣợc thành lập năm 1980 LMSC đã phát triển rất nhiều tiêu chuẩn cho mạng LAN/MAN trong đó phổ biến nhất là các tiêu chuẩn dành cho họ Ethernet, Token Ring, mạng LAN khơng dây Mỗi lĩnh vực có một Working Group độc lập tập trung nghiên cứu

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

- 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 mơ hình tham chiếu OSI và mối quan hệ của những tiêu chuẩn này với các giao thức lớp cao hơn Tiêu chuẩn này cũng đƣa ra một kiến trúc chuẩn về địa chỉ LAN MAC và sự nhận dạng các giao thức chung, riêng và chuẩn

- 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

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

- 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 trƣớc đó cũng nhƣ thảo luận về các chuẩn này

 Các bộ tiêu chuẩn thuộc họ IEEE 802

Trang 19

Trang 6

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 triên

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 (WiFi 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 Bluetoothcertification 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

2.2 CÁC CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY PHỔ BIẾN

Trang 20

Trang 7- Kết nối sử dụng tia hồng ngoại

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 khơng khí” (over-the- air), sử dụng sóng vơ 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 (mơ hìnhad-hoc)

Bộ chuẩn này bao gồm các tiêu chuẩn con như IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n [4, tr.26]

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 nhƣ sau:

Mạng WPAN (Wireless Personal Area Network) - hay còn gọi là mạng cá nhân không dây đƣợc sử dụng đế phục vụ truyền thông tin trong những khoảng cách tƣơng đối ngắn Không giống nhƣ mạng WLAN, mạng WPAN có thế liên lạc hiệu quả mà khơng địi hỏi nhiều về cơ sở hạ tầng Tính năng này cho phép có thêm các hƣớng giải quyết rẻ tiền, nhỏ gọn mà vẫn đem lại hiệu suất cao trong liên lạc nhất là trong một băng tần eo hẹp.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 khơng gian nhỏ (bán kính 30m) Tính năng của chuẩn mạng WPAN là suy hao năng lƣợng nhỏ, tiêu tốn ít năng lƣợng, vận hành trong vùng khơng gian nhỏ, kích thƣớc bé Chính vì thế mà nó tận dụng đƣợc tốt nhất ƣu điểm của kỹ thuật sử dụng lại kênh tần số, đó là giải quyết đƣợc các vấn đề hạn chế về băng tần nhƣ hiện nay

Trang 21

Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.Trang 8

 WPAN tốc độ cao (chuẩn IEEE 802.15.3) phù hợp với các ứng dụng đa phƣơng tiện yêu cầu chất lƣợng dịch vụ cao

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

 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 địi hỏi mức tiêu hao năng lƣợng thấp, khơng 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 lƣợng Trong chuẩn này thì cơng nghệ ZigBee/IEEE802.15.4 chính là một ví dụ điển hình

Chúng ta sẽ nói rõ thêm về công nghệ ZigBee, một xu hƣớng 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 lƣợng, chi phí thấp và là giao thức mạng không dây hƣớng 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 đƣợc 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 lƣợng 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 nhƣ Bluetooth Một điều nổi bật là ZigBee có thể dùng đƣợc trong các mạng mắt lƣới (mesh network) rộng hơn là sử dụng công nghệ Bluetooth Các thiết bị không dây sử dụng cơng nghệ ZigBee có thế dễ dàng truyền tin trong khoảng cách 10-75m tùy thuộc vào môi trƣờng truyền và mức công suất phát đƣợc 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)

Trang 22

từ các hãng sản xuất khác nhau nhƣng vẫn theo một chuẩn riêng đế làm việc với nhau đƣợc mà không tƣơng 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 lƣới) Các phƣơng pháp định tuyến đƣợc thiết kế sao cho năng lƣợng đƣợc bảo toàn và độ trễ trong truyền tin là ở mức thấp nhất có thế bằng cách dùng cac khe thời gian đảm bảo (GTSs_guaranteed time slots) Tính năng nổi bật chỉ có ở cơng nghệ ZigBee là giảm thiếu đƣợc sự hỏng hóc dẫn đến gián đoạn kết nối tại một nút mạng trong mạng mesh Nhiệm vụ đặc trƣng của tầng vật lý gồm có phát hiên chất lƣợng của đƣờng truyền (LQI) và năng lƣợng truyền (ED), đánh giá kênh truyền (CCA), giúp nâng cao khả năng chung sống với các loại mạng khơng dây khác [4, tr.26-29]

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

Bảng 2: SO SÁNH ZIGBEE-WIFI-BLUETOOTH

Zisbcc™ Wifi Bluetooth

Tần số 868MHZ.915MHz 2.4 GHz2.4 GHz2.4 GHz, 5 GHz

Data rate 20-250Kbps1-100 Mbps1-3 Mbps

Khoảng cách 10-100m30-l00m2-10m

2.2.3 IEEE 802.16 công nghệ WiMAX – mạng WMAN

a) 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

Trang 23

MAN không dây băng rộng triển khai trên toàn cầu Hệ thống tiêu chuẩn này do nhóm làm việc IEEE 802.16 đƣợc 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 đƣợc gọi là WirelessMAN (WMAN)

Công nghệ Wifi IEEE 802.11 trong vài năm gần đây đã gặt hái đƣợc những thành công rực rỡ với minh chứng là nó đƣợc triển khai rộng rãi khắp nơi Hầu nhƣ tất cả các máy tính cá nhân, điện thoại thơng minh, PDA đều đƣợc tích hợp Wifi Tốc độ dữ liệu của Wifi có thể đạt đƣợc 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 nƣớc châu Âu, băng tần 3.5 GHz đƣợc dành riêng cho WiMAX di động Các ứng dụng cốđịnh (802.16d)thì dùng băng tần tử l0-66GHz

a) Các chuẩn khác nhau của WiMAX

 Chuẩn cơ bản 802.16 basic:

Chuẩn 802.16 ban đầu đƣợc 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 ngƣời 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 khơng 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 trƣờng hợp khơng có vật cản giữa SS và BS (line of sight), thông tin sẽ đƣợc trao đổi trên băng tần cao Ngƣợc lại, thông tin sẽ đƣợc truyền trên băng tần thấp để chống nhiễu

 Các chuẩn bổ sung (amendments) của WiMAX

Trang 24

chƣớng ngại trên đƣờng truyền 802.16a cịn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc với BS thơng qua một thiết bị cuối khác Với đặc tính này, vùng phủ sóng của 802.16a BS sẽ đƣợc nới rộng

- 802.16b: Chuẩn này hoạt động trên băng tần tử 5 - 6 Ghz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lƣợng cao (QoS) Cụ thể chuẩn ƣu 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 đƣợc kết hợp vào chuẩn 802.16a

- 802.16c : Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dãi băng tần tử 10-66GHz với mục đích cải tiến interoperability

- 802.16d : Có một số cải tiến nhỏ so với chuẩn 802.16a Chuẩn này đƣợc chuẩn hóa 2004 Các thiết bị pre-WiMAX có trên thị trƣờng là dựa trên chuẩn này

- 802.16e : Đã đƣợc 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 2.1 dƣới đây

Hình 2.2: Wimax Relay

Lợi ích của việc dùng những relay BS đã đƣợc liệt kê trong hình 2.5 Có thể kể đến các lợi ích sau:

Trang 25

BS có thể dùng để tăng vùng phủ sóng của mạng WiMAX (relay BS rẻ hơn lắp đặt BS wimax)

- User sẽ không cần tiêu tốn một năng lƣợng lớn để liên lạc với BS (tiết kiệm năng lƣợng tiêu thụ ở thiết bị di động)

- 802.16m: Đang đƣợc nghiên cứu và chuẩn hóa Chuẩn này hƣớng tới tăng tốc độ truyền của WiMAX lên 1 Gbps bằng cách dùng MIMO và các dãy angten Ngoài ra cịn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang đƣợc triển khai hoặc đang trong giai đoạn chuẩn hóa nhƣ 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 thơng (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 nhƣ công nghệ 3G dựa trên CDMA đƣợc xây dựng nhằm vào dịch vụ thoại, WiMAX đƣợc thiết kế để đáp ứng dịch vụ truyền dữ liệu dung lƣợng lớn (trong đó có cả dịch vụ thoại VoIP) WiMAX sự dụng kỹ thuật trải phố 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 đƣợc nhiều ứng dụng hơn, và quan trọng là vùng phủ sóng rộng hơn, và khơng bị ảnh hƣởng bởi địa hình WiMAX có thể thay đối một cách tự động phƣơng thức điều chế để có thể tăng vùng phủ bằng cách giảm tốc độ truyền và ngƣợc lại Để tăng vùng phủ, chuẩn WiMAX hoặc sử dụng mạng Mesh hoặc sử dụng antenna thông minh hoặc MIMO Dữ liệu truyền trong mạng WiMAX đƣợc phân chia thành 5 lớp dịch vụ với những ƣu tiên khác nhau nhằm cung ứng QoS Ngoài ra bảo mật cũng là một đặc điểm vƣợt trội của WiMAX so với Wifi

 Ứng dụng của WiMAX

Trang 26

Trang 27

Hình 2.3: 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 angten BS ở giữa khu dân cƣ Mỗi ngƣời dùng sẽ đƣợc cung cấp một angten thu (CPE), lắp trên mái nhà/cửa sổ CPE có thể đƣợc 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

Trang 28

Hình 2.4: Minh họa ứng dụng của WiMAXMobile

2.3 ƢU KHUYẾT ĐIỂM CỦA MẠNG KHÔNG DÂY

Ƣu điểm Khuyết điểm

- Giá thành giảm nhiều đối với mọi đối tƣợng sử dụng

- Công nghệ không dây đƣợc tích hợp rộng rãi trong các bộ xử lý dành cho máy tính xách tay đều có sẵn tính năng kết nối mạng không dây

- Mạng Wireless cung cấp tất cả các tính năng của cơng nghệ mạng LAN nhƣ là Ethernet và Token Ring mà không bị giới hạn về kết nối vật lý (giới hạn về cable)

- Tốc độ mạng Wireless bị phụ thuộc và băng thông, tốc độ mạng Wireless thấp hơn mạng cố định vì mạng Wireless chuẩn phải xác nhận cẩn thận những frame đã nhận để tránh bị tình trạng mất dữ liệu

Trang 29

Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.Trang 16 - Tính linh động ca: tạo sự thoải mái trong

việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị có hỗ trợ mà khơng có sự ràng buộc về khoảng cách và khơng gian nhƣ mạng có dây thông thƣờng Ngƣời sử dụng mạng Wireless có thể kết nối vào mạng trong khi di chuyển bất kỳ nơi nào trong phạm vi phủ sóng của thiết bị tập trung (Access point)

- Mạng WLAN sử dụng sóng hồng ngoại (Infrared Light) và sóng Radio để truyền nhận dữ liệu thay vì dùng Twist – Pair và Fiber Optic Cable Thơng thƣờng thì sóng Radio đƣợc dùng phổ biến hơn vì nó truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn, băng thông cao hơn

bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép, ngoài ra mạng Wireless thì có ranh giới khơng rõ ràng cho nên rất khó quản lý

Bảng so sánh hệ thống mạng không dây và mạng có dây

Hệ thống Mạng khơng dây Mạng có đây

Tốc độ 11/54/108Mbps 10/100/1000Mbps

Bảo mật

Bảo mật khơng đảm bảo bằng mạng có dây do phát sóng thơng tin ra mọi phía

Bảo mật đảm bảo chỉ bị lộ thông tin nếu can thiệp thẳng vào vị trí dây dẫn

Thi cơng và triển khai

Thi công triển khai nhanh và dễ dàng

Thi công phức tạp do phải thiết kế đi dây cho toàn bộ hệ thống

Khả năng mở rộng

Khả năng mở rộng khoảng cách tốt với chi phí hợp lý

Địi hỏi chi phí cao khi mở rộng triển khai đặt biệt là mở rộng bằng cáp quang

Tính mềm dẻo

Các vị trí kết nối mạng có thể thay đổi mà khơng cần phải thiết kế lại

Trang 30

2.4 MƠ HÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG KHƠNG DÂY 2.4.1 Mơ hình mạng Adhoc WLAN (IBSS)

Phƣơng thức AdHoc đƣợc biết đến nhƣ là một phƣơng thức không xác định Chúng hoạt động theo phƣơng thức ngang hàng và không sử dụng AP, các thiết bị cầm tay kết nối trực tiếp với nhau trong mạng Kết nối Adhoc kiểu này thƣờng đƣợc sử dụng trong các môi trƣờng nhƣ phòng họp hay nhà hàng khi mà vài thiết bị laptop cần kết nối với nhau và yêu cầu một liên kết tạm thời

Hình 2.5: Mơ hình mạng Adhoc

Hình trên là một mơ hình mạng AdHoc, trong đó các máy client chỉ giao tiếp với nhau trong một phạm vi giống nhƣ trong một văn phòng Nếu một máy client nào muốn kết nối tới bên ngồi thì một máy nào đó trong phịng phải hoạt động đóng vai trị nhƣ một gateway và thực hiện dịch vụ truyền tín hiệu

Phƣơng thức AdHoc cũng đƣợc đề xuất sử dụng trong các mạng đan xen lớn nơi mà mỗi nút mạng vừa là client vừa là router để chuyển các gói đi khắp mạng Mặc dù phƣơng thức này không đƣợc phổ biến rộng rãi, tuy nhiên nó thƣờng đƣợc sử dụng

Trang 31

2.4.2 Mơ hình mạng INFRASTRUCTURE (BSSs)

Hình 2.6: Mơ hình kết nối tập dịch vụ cơ bản BSS

Hình trên là một ví dụ về mạng 802.11 theo phƣơng thức tập dịch vụ cơ bản Mỗi thiết bị mạng khơng dây trong đó đều truyền tín hiệu tới một thiết bị mạng gọi là điểm truy cập (AP - Access Point) Điểm truy cập này hoạt động nhƣ một cầu mạng theo chuẩn Ethernet và chuyển các tín hiệu đó tới các mạng thích hợp, mạng dây dẫn hoặc các mạng không dây khác

Trƣớc khi có thể trao đổi dữ liệu, các máy client và AP phải đƣợc thiết lập một mối quan hệ hay một sự liên kết Chỉ khi kết nối đó đƣợc thiết lập chính xác, hai trạm kết nối khơng dây mới có thể trao đổi dữ liệu với nhau đƣợc

Sau đây là ba trạng thái cơ bản để bắt đầu tám bƣớc trong quá trình thiết lập liên kết đó :

- Chƣa chứng thực và khơng kết nối - Đã chứng thực và chƣa kết nối - Đã xác định và đã kết nối

Trang 32

- Tất cả các điểm truy cập phát một tín hiệu đèn báo management frame tại một khoảng thời gian xác định

- Để liên kết với một điểm truy cập và gia nhập một BSS, các máy client dị tìm tín hiệu hiệu thông báo để phát hiện ra điểm truy cập ở trong phạm vi kết nối

- Máy client lựa chọn BSS để gia nhập theo một cách độc lập

- Máy client cũng có thể gửi một u cầu thăm dị managenment frame để tìm một điểm truy cập với một giá trị SSID xác định trƣớc SSID - Ervices Set Indentifier là một giá trị định danh đƣợc gán cho điểm truy cập không dây

- Sau khi nhận dạng đƣợc điểm truy cập, máy client và điểm truy cập thực hiện việc chứng thực bằng việc trao đổi các thông tin kiểm tra biết trƣớc - Sau khi chứng thực thành công, máy client chuyển sang trạng thái thứ hai: đã chứng thực và chƣa kết nối

- Để chuyển từ trạng thái thứ hai sang trạng thái thứ ba, đã xác định và có kết nối, máy client gửi một yêu cầu liên kết và điểm truy cập sẽ trả lời bằng một tín hiệu xác nhận kết nối

- Các máy client sẽ trở thành ngang hàng trong mạng không dây và có thể truyền dữ liệu trong mạng [5, tr.6]

2.4.3 Mơ hình mạng mạng diện rộng (WiMax)

Trang 33

Hình trên là mơ hình mạng WMAN (Wimax) bao phủ một vùng rộng lớn hơn nhiều mạng WLAN, kết nối nhiều toà nhà qua những khoảng cách địa lý rộng lớn Công nghệ Wimax dựa trên chuẩn IEEE 802.16 và HiperMAN cho phép các thiết bị truyền thông trong một bán kính lên đến 50km và tốc độ truy nhập mạng lên đến 70 Mbps [1, tr.16]

2.5 TỔNG QUAN VỀ WIFI MẠNG LAN KHÔNG DÂY CHUẨN IEEE 802.11 2.5.1 Giới thiệu

Mạng LAN không dây chuẩn IEEE 802.11 viết tắt là WLAN (Wireless Local Area Network) hay Wifi (Wireless Fidelity), mạng 802.11 là hệ thống mạng khơng dây sử dụng sóng vơ tuyến, giống nhƣ điện thoại di động, truyền hình và radio

Hệ thống này đã hoạt động ở một số sân bay, quán café, thƣ viện hoặc khách sạn Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống này, hồn tồn khơng cần đến cáp nối Ngồi các điểm kết nối cơng cộng (hotspots), Wifi có thể đƣợc thiết lập ngay tại nhà riêng

Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Viện kỹ thuật điện và điện tử Mỹ Viện này đƣa ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng

Trong một mạng Wifi, máy tính và card mạng Wifi kết nối không dây đến một bộ định tuyến không dây (router) Router đƣợc kết nối với Internet bằng một modem, thƣờng là một cáp hoặc modem DSL Bất kỳ ngƣời dùng trong vòng 200 feet hoặc hơn (khoảng 61 mét) của các điểm truy cập sau đó có thể kết nối với Internet, dù cho tốc độ truyền tải tốt, khoảng cách 100 feet (30,5 m), hoặc ít đƣợc phổ biến hơn Các tín hiệu khơng dây có thể mở rộng phạm vi của một mạng không dây

Trang 34

dịch vụ hỗ trợ quảng cáo, dịch vụ quảng cáo miễn phí cho một khoản phí nhỏ San Francisco gần đây đã chọn Google để cung cấp cho nó với một mạng không dây

Wifi sử dụng công nghệ vô tuyến để liên lạc, thông thƣờng hoạt động ở tần số 2.4GHz Wifi là công nghệ đƣợc thiết kế để phục vụ cho các hệ thống máy tính nhẹ của tƣơng lai, đó là điện thoại di động và thiết kế để tiêu thụ điện năng tối thiểu PDA, máy tính xách tay, và các phụ kiện khác nhau đƣợc thiết kế để tƣơng thích với Wifi Thậm chí cịn có điện thoại đƣợc phát triển mà có thể chuyển đổi liền mạch từ các mạng di động vào mạng Wifi mà không cần bỏ một cuộc gọi

2.5.2 Lịch sử hình thành và phát triển WLAN

Năm 1990, công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện, khi những nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động ở băng tần 900 Mhz Các giải pháp này (khơng có sự thống nhất của các nhà sản xuất) cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbs, thấp hơn rất nhiều so với tốc độ 10 Mbs của hầu hết các mạng sử dụng cáp lúc đó

Năm 1992, các nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAN sử dụng băng tần 2.4GHz Mặc dù những sản phẩm này có tốc độ truyền cao hơn nhƣng chúng vẫn chỉ là những giải pháp riêng của mỗi nhà sản xuất và không đƣợc công bố rộng rãi Sự cần thiết cho việc thống nhất hoạt động giữa các thiết bị ở những dãy tần số khác nhau dẫn đến một số tổ chức bắt đầu phát triển ra những chuẩn mạng không dây

Năm 1997, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đã thông qua sự ra đời của chuẩn 802.11, và đƣợc biết đến với tên WIFI (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN

Năm 1999, IEEE thông qua sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là chuẩn 802.11a và 802.11b (định nghĩa ra những phƣơng pháp truyền tín hiệu) Và các thiết bị WLAN dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chóng trở thành cơng nghệ khơng dây nổi trội

Năm 2003, IEEE công bố thêm sự cải tiến là chuẩn 802.11g, chuẩn này cố gắng tích hợp tốt nhất các chuẩn 802.11a, 802.11b và 802.11g Sử dụng băng tần 2.4Ghz cho phạm vi phủ sóng lớn hơn

Trang 35

2.5.3 Vị trí của WLAN trong hệ thống mạng khơng dây

Hình 2.8: Vai trị của WLAN

2.5.4 Các kiến trúc cơ bản của chuẩn IEEE 802.11 2.5.4.1 Trạm thu phát – STA

STA - Station, các trạm thu/phát sóng Thực chất ra là các thiết bị không dây kết nối vào mạng nhƣ máy vi tính, máy Palm, máy PDA, điện thoại di động, vv với vai trị nhƣ phần tử trong mơ hình mạng ngang hàng Pear to Pear hoặc Client trong mô hình Client/Server Trong phạm vi đề tài này chỉ đề cập đến thiết bị khơng dây là máy vi tính (thƣờng là máy xách tay cũng có thể là máy để bàn có card mạng kết nối khơng dây) Có trƣờng hợp trong đồ án này gọi thiết bị không dây là STA, có lúc là Client, cũng có lúc gọi trực tiếp là máy tính xách tay Thực ra là nhƣ nhau nhƣng cách gọi tên khác nhau cho phù hợp với tình huống đề cập [2, tr.13]

2.5.4.2 Điểm truy cập – AP

Trang 36

mạng khơng dây với mạng có dây AP có phạm vi từ 30m đến 300m phụ thuộc vào cơng nghệ và cấu hình

2.5.4.3 Trạm phục vụ cơ bản – BSS

Kiến trúc cơ bản nhất trong WLAN 802.11 là BSS - Base Service Set Đây là đơn vị của một mạng con không dây cơ bản Trong BSS có chứa các STA, nếu khơng có AP thì sẽ là mạng các phần tử STA ngang hàng (còn đƣợc gọi là mạng Adhoc), cịn nếu có AP thì sẽ là mạng phân cấp (còn gọi là mạng Infrastructure)

Các STA trong cùng một BSS thì có thể trao đổi thông tin với nhau Ngƣời ta thƣờng dùng hình Oval để biểu thị phạm vi của một BSS Nếu một STA nào đó nằm ngồi một hình Oval thì coi nhƣ STA khơng giao tiếp đƣợc với các STA, AP nằm trong hình Oval đó Việc kết hợp giữa STA và BSS có tính chất động vì STA có thể di chuyển từ BSS này sang BSS khác Một BSS đƣợc xác định bởi mã định danh hệ thống ( SSID - System Set Identifier ), hoặc nó cũng có thể hiểu là tên của mạng

khơng dây đó [2, tr.14]

Trang 37

2.5.4.4 BSS độc lập – IBSS

Trong mơ hình IBSS - Independent BSS, là các BSS độc lập, tức là khơng có kết nối với mạng có dây bên ngồi Trong IBSS, các STA có vai trị ngang nhau IBSS thƣờng đƣợc áp dụng cho mơ hình Adhoc bởi vì nó có thể đƣợc xây dựng nhanh chóng mà khơng phải cần nhiều kế hoạch

2.5.4.5 Hệ thống phân tán – DS

Ngƣời ta gọi DS - Distribution System là một tập hợp của các BSS Mà các BSS này có thể trao đổi thơng tin với nhau Một DS có nhiệm vụ kết hợp với các BSS một cách thông suốt và đảm bảo giải quyết vấn đề địa chỉ cho toàn mạng

2.5.4.6 Hệ thống phục vụ mở rộng – ESS

ESS - Extended Service Set là một khái niệm rộng hơn Mơ hình ESS là sự kết hợp giữa DS và BSS cho ta một mạng với kích cỡ tùy ý và có đầy đủ các tính năng phức tạp Đặc trƣng quan trọng nhất trong một ESS là các STA có thể giao tiếp với nhau và di chuyển từ một vùng phủ sóng của BSS này sang vùng phủ sóng của BSS mà vẫn trong suốt với nhau ở mức LLC - Logical Link Control [2, tr.15]

Trang 38

2.5.5 Mơ hình thực tế

Trên thực tế thì có rất nhiều mơ hình mạng khơng dây từ một vài máy tính kết nối Adhoc đến mơ hình WLAN, WWAN, mạng phức hợp Sau đây là 2 loại mơ hình kết nối mạng khơng dây phổ biến, từ 2 mơ hình này có thể kết hợp để tạo ra nhiều mơ hình phức tạp, đa dạng khác

a) Mạng khơng dây kết nối với mạng có dây

Hình 3.1: Mạng khơng dây kết nối mạng có dây

Mơ hình mạng khơng dây kết nối với mạng có dây AP sẽ làm nhiệm vụ tập trung các kết nối khơng dây, đồng thời nó kết nối vào mạng WAN (hoặc LAN) thông qua giao diện Ethernet RJ45, ở phạm vi hẹp có thể coi AP làm nhiệm vụ nhƣ một router định tuyến giữa 2 mạng này

b) Hai mạng có dây kết nối với nhau bằng kết nối khơng dây

Hình 3.2: Hai mạng có dây kết nối với nhau bằng kết nối không dây

Trang 39

đầu kết nối có thể từ vài trăm mét đến vài chục km tùy vào loại thiết bị cầu nối không dây

2.5.6 Các chuẩn mở rộng của WLAN chuẩn 802.11 2.5.6.1 IEEE 802.11

Hiện nay tiêu chuẩn chính cho Wireless LAN là một họ giao thức truyền tin qua mạng không dây IEEE 802.11 Do việc nghiên cứu và đƣa ra ứng dụng rất gần nhau nên có một số giao thức đã thành chuẩn của thế giới, một số khác vẫn còn đang tranh cãi và một số còn đang dự thảo Một số chuẩn thông dụng nhƣ: 802.11b (cải tiến từ 802.11), 802.11a, 802.11g, 802.11n

Hình 3.3: Phạm vi của WLAN trong mơ hình OSI

Chuẩn khơng dây IEEE 802.11 cung cấp các giao tiếp không dây với tốc độ lMbps hoặc 2Mbps trong các dải ISM (Industrial, Scientific, Medical - công nghiệp, nghiên cứu khoa học, y tế ) 2.4 GHz sử dụng FHSS hoặc DSSS Phƣơng pháp điều biến sử dụng trong 802.11 là PSK (Phase Shift Keying)

Thông thƣờng trong một mạng WLAN, các trạm không dây (STA) sẽ có chung một điểm truy cập cố định (AP) làm chức năng cầu nối (bridge) nhƣ trong mạng LAN thƣờng Sự kết hợp một AP với các STA đƣợc gọi là BSS (Basic Service Set) [1, tr.17]

2.5.6.2 IEEE 802.11b

Chuẩn này đƣợc đƣa ra vào năm 1999, nó cải tiến từ chuẩn 802.11 Cũng hoạt động ở dải tần 2,4 Ghz nhƣng chỉ sử dụng trải phổ trực tiếp DSSS

Trang 40

Các sản phẩm theo chuẩn 802.11b đƣợc kiểm tra và thử nghiệm bởi hiệp hội các công ty Ethernet không dây (WECA) và đƣợc biết đến nhƣ là hiệp hội Wifi, những sản phẩm Wireless đƣợc Wifi kiểm tra nếu đạt thì sẽ mang nhãn hiệu này

Hiện nay IEEE 802.11b là một chuẩn đƣợc sử dụng rộng rãi nhất cho Wireless LAN Vì dải tần số 2,4Ghz là dải tần số ISM (Industrial, Scientific and Medical: dải tần vô tuyến dành cho công nghiệp, khoa học và y học, không cần xin phép) cũng đƣợc sử dụng cho các chuẩn mạng không dây khác nhƣ là: Bluetooth và HomeRF, hai chuẩn này không đƣợc phổ biến nhƣ là 801.11 Bluetooth đƣợc thiết kế sử dụng cho thiết bị không dây mà không phải là Wireless LAN, nó đƣợc dùng cho mạng cá nhân PAN(Personal Area Network) Nhƣ vậy Wireless LAN sử dụng chuẩn 802.11b và các thiết bị Bluetooth hoạt động trong cùng một dải băng tần [1, tr.17]

Bảng 3: MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CHUẨN IEEE 802.11b

Release Date Op Frequency Data Rate (Typ) Data Rate (Max) Range (Indoor) October 1999 2.4 GHz 4.5 Mbit/s 11 Mbit/s ~35 m

2.5.6.3 IEEE 802.11a

Đây là một chuẩn đƣợc cấp phép ở dải băng tần mới Nó hoạt động ở dải tần số 5 Ghz sử dụng phƣơng thức điều chế ghép kênh theo vùng tần số vng góc (OFDM) Phƣơng thức điều chế này làm tăng tốc độ trên mỗi kênh (từ 11Mbps/1kênh lên 54 Mbps/1 kênh)

Có thể sử dụng đến 8 Access Point (truyền trên 8 kênh Non-overlapping, kênh không chồng lấn phổ), đặc điểm này ở dải tần 2,4Ghz chỉ có thể sử dụng 3 Access Point (truyền trên 3 kênh Non – overlapping)

Hỗ trợ đồng thời nhiều ngƣời sử dụng với tốc độ cao mà ít bị xung đột Các sản phẩm của theo chuẩn IEEE 802.11a khơng tƣơng thích với các sản phẩm theo chuẩn IEEE 802.11 và 802.11b vì chúng hoạt động ở các dải tần số khác nhau Tuy nhiên các nhà sản xuất chipset đang cố gắng đƣa loại chipset hoạt động ở cả 2 chế độ theo hai chuẩn 802.11a và 802.11b Sự phối hợp này đƣợc biết đến với tên WiFi5 ( Wifi cho công nghệ 5Gbps) [1, tr.19]

Định dạng
Số trang	93
Dung lượng	2,56 MB