Mạng cục bộ không dây (WLAN) và mạng Ad hoc (MANET)

Mạng cục bộ không dây (WLAN) và mạng Ad hoc (MANET)

Chương 5: Mạng cục không dây (WLAN) mạng Ad hoc (MANET) Nội dung chương • WLAN – Giới thiệu – Tôpô WLAN – Tầng vật lý – Tầng MAC • MANET – Giới thiệu – Ứng dụng mạng ad hoc – Tầng mạng định tuyến WLAN • Giới thiệu – Quyết định cho phép sử dụng cơng cộng băng ISM kích hoạt phát triển WLAN – Các sản phẩm khơng tương thích dẫn đến yêu cầu tiêu chuẩn – Nhóm làm việc 802.11 chịu trách nhiệm phát triển chuẩn chung – Ba tiêu chuẩn thuộc nhóm 802.11 hồn thành vào cuối năm 1999 WLAN • Lợi ích mạng LAN khơng dây – Mạng có dây địi hỏi kết nối cố định gây khó khăn cho việc cài đặt mạng không đáp ứng nhu cầu di động – Không phải dây mạng giảm thời gian cài đặt giá thành mạng – Sử dụng mạng LAN không dây giảm vấn đề bảo trì đường dây mạng ngừng hoạt động giá thành thay đổi dây WLAN • Các ứng dụng WLAN – Mở rộng mạng LAN – Truy nhập không dây – Mạng ad hoc – Kết nối mạng LAN WLAN • Các vấn đề mạng LAN khơng dây – Nhược điểm truyền khơng dây tỉ lệ lỗi bit cao, gấp khoảng mười lần tỉ lệ mạng LAN – Nhược điểm thứ hai tôpô mạng xác định vấn đề trạm bị che giấu trạm bị phô bày WLAN – Phát lỗi thực mạng WLAN – Nguồn điện cung cấp cho trạm có giới hạn, cần giảm tiêu thụ điện năng, thỏa hiệp hiệu suất trì nguồn – Rất nhiều giao thức thiết kế cho mạng có dây Ví dụ TCP giảm hiệu suất hoạt động môi trường không dây – Cài đặt WLAN địi hỏi phải tính đến mơi trường tín hiệu lan truyền – Bảo mật vấn đề mạng không dây Các thành phần 802.11 • Station (trạm) – Wireless network interface – Laptop, thiết bị cầm tay, desktop • Access point (Điểm truy nhập) – Các khuông (frame) mạng 802.11 phải chuyển thành dạng khuông khác trước gửi – Cầu (bridge) • Wireless medium (phương tiện truyền dẫn khơng dây) – Sóng radio (Radio Frequency – RF) – Tia hồng ngoại Tơpơ mạng WLAN • • Khối mạng 802.11 BSS (Basic Service Set) bao gồm nhóm trạm truyền thơng với BSS gồm có hai loại: Independent BSS (Ad hoc) Infrastructure BSS (BSS) Tơpơ mạng WLAN • Ad hoc: Một số lượng không lớn trạm lập mạng tạm thời để trao đổi liệu, vd hội nghị, hội họp • BSS – Sử dụng AP (Access Point) – Hai trạm truyền thông cho qua AP: cần hop, từ MH đến AP từ AP đến MH – Các trạm phải nằm tầm phủ AP – Ưu điểm BSS • Sử dụng AP làm giảm phức tạp MH trì mối quan hệ với nốt liền kề mạng • AP hỗ trợ trạm giảm tiêu thụ điện cách yêu cầu trạm tắt thiết bị thu phát Mạng ad hoc • Tơ pơ mạng ad hoc đồ thị đỉnh host, cạnh hai host biểu thị phạm vi liên lạc hai host • Tên khác mạng ad hoc MANET (Mobile Ad hoc NETwork) • MANET xác định có đặc tính: – Tơ pơ mạng động: Các nốt di chuyển theo hướng – Băng thông giới hạn, mức độ sử dụng thay đổi, đường kết nối khơng đối xứng – Nguồn lượng có giới hạn – Dễ bị ảnh hưởng vấn đề an ninh Một ví dụ mạng ad hoc • • • • Một nhóm robot có khả truyền tin có nhiệm vụ tìm hiểu địa hình gửi thông tin thu thập Các robot di chuyển robot cố định liên lạc với bên ngồi Các robot tạo thành mạng khơng có sở hạ tầng Các robot gửi thông tin điều khiển cho robot cố định gửi hình ảnh thu cho robot cố định Một ví dụ mạng ad hoc • Các vấn đề xảy dàn cảnh trên: – Mạng bị phân tách host di chuyển gói tin – Vùng truyền thơng hạn chế, cần có hợp tác nốt để gửi gói tin – Tính chất truyền rộng dễ gây vấn đề an ninh – Năng lượng pin có giới hạn Tầng mạng • Vấn đề định tuyến tầng mạng quan tâm đến nhiều tính chất di động nốt mạng MANET • Tầng mạng cần giải hai vấn đề – Tìm đường từ nốt phát đến nốt nhận – Duy trì đường • Tìm hiểu giao thức định tuyến – DSR Dynamic Source Routing DSR - Giới thiệu • • DSR giao thức định tuyến cho mạng ad hoc, mạng khơng dây khơng có sở hạ tầng DSR bao gồm hai chế – Phát đường (route discovery) – Duy trì đường (route maintenance) • Giao thức hoạt động theo nhu cầu – Định tuyến xảy có liệu cần gửi – Các host khơng định tuyến cách trao đổi gói tin định kỳ • • Cho phép có nhiều tuyến đến máy đích Trong q trình định tuyến host phát lưu đệm tuyến đến máy đích DSR - Giả thiết • • • • Các nốt mạng ad hoc tình nguyện chuyển tiếp gói tin cho nút khác mạng Đường kính mạng ad hoc số bước nhảy nhỏ cần thiết cho nốt nằm rìa liên lạc với nốt nằm phía rìa bên kia: vd Các nốt di chuyển với tốc độ vừa phải Các nốt hoạt động chế độ khơng phân loại (promiscuous - phần cứng gửi gói tin nhận lên tầng mạng mà khơng lọc gói tin dựa vào địa MAC) DSR - Hoạt động giao thức • DSR dùng định tuyến nguồn: gói tin gửi có phần tiêu đề danh sách theo thứ tự nốt mà gói tin qua • Phát đường đi: chế để nốt S cần gửi liệu cho nốt D có tuyến đến D • Duy trì đường đi: chế để nút S phát thay đổi tô pô mà tuyến đến D khơng thể sử dụng đoạn kết nối bị Cơ chế phát đường • Khi nút nguồn có gói tin gửi đến nút đích: – Nút nguồn tìm đường thích hợp lưu đệm (route cache) – Thực chu trình phát đường khơng tìm thấy tuyến lưu đệm • Nốt nguồn gửi gói tin yêu cầu tuyến (route request) cho nốt tầm – Gói tin yêu cầu tuyến chứa ghi tuyến (route record) liệt kê nốt tuyến, ban đầu gồm địa nốt nguồn – Gói tin yêu cầu chứa địa nút nguồn định danh yêu cầu để phân biệt gói tin yêu cầu, vd Cơ chế phát đường • Khi nốt nhận gói tin yêu cầu tuyến, vd B – Nếu nốt địa đích, nốt gửi gói tin trả lời tuyến cho nốt khởi đầu định tuyến, máy khởi đầu định tuyến lưu đệm đường để gửi gói tin sau – Nếu nốt nhận gói tin yêu cầu tuyến lặp lại, nốt loại bỏ gói tin không xử lý – Nốt thêm địa vào gói tin u cầu truyền rộng đến nốt tầm, vd B gửi cho C, C cho D, D cho E • Nốt đích gửi gói tin trả lời tuyến: – Tìm lưu đệm tuyến đến nốt nguồn có – Đảo ngược đường gói yêu cầu tuyến – Khởi động chu trình phát đường đến nốt nguồn kèm theo gói tin trả lời tuyến vào gói tin yêu cầu tuyến Cơ chế phát đường • Khi khởi động chu trình phát đường đi: – Nốt nguồn lưu đệm gói tin cần gửi chưa có tuyến vào đệm gửi (sending buffer) đặt thời gian chấm dứt lưu (SendBufferTimeout) – Nốt nguồn khởi động lại chu trình phát đường cho gói tin đệm gửi (exponential backoff: gấp đôi thời gian chờ cho lần khởi động sau) Cơ chế trì đường • Các nốt đường từ nguồn đến đích có trách nhiệm thơng báo tình hình liệu có truyền đến nốt khơng, vd A có trách nhiệm cho đường kết nối từ A đến B, C - từ C đến D … • Nếu nốt không nhận báo nhận từ nốt tiếp theo, sử dụng báo nhận tầng MAC thân tầng mạng – Nốt cần loại bỏ đường kết nối không hoạt động lưu đệm tuyến – Gửi gói tin tuyến lỗi (route error) cho tất nốt gửi gói tin qua tuyến lỗi, vd cho A cho nốt sử dụng đường kết nối C-D • A xóa tuyến lỗi lưu đệm tuyến – Tìm tuyến lưu đệm đến E – Hoặc khởi động chu trình phát tuyến Một số khả bổ sung cho phát tuyến • Lưu đệm thơng tin nghe tuyến: – Nốt cần lưu đệm tuyến trong:Gói tin liệu, Gói tin yêu cầu tuyến, Gói tin trả lời tuyến – Khi Nốt nốt đích nhận gói tin, Nốt nốt trung chuyển, Nốt nghe thông tin truyền từ nốt khác – Nếu đường truyền: • Hai chiều: lưu đệm tuyến theo hai chiều • Một chiều: lưu đệm tuyến từ nguồn đến đích Một số khả bổ sung cho phát tuyến • Trả lời gói tin u cầu tuyến sử dụng tuyến lưu đệm – Khi nốt nhận gói tin u cầu tuyến: • Tìm tuyến yêu cầu lưu đệm • Kết hợp tuyến gói tin u cầu với tuyến đến đích tìm thấy • Gửi gói tin trả lời tuyến cho nốt nguồn – Khơng trả lời có tuyến đến đích thân có tuyến gói tin yêu cầu Một số khả bổ sung cho phát tuyến • Giới hạn bước nhảy yêu cầu tuyến – Giới hạn số nốt trung chuyển chuyển tiếp gói tin: Sử dụng TTL (Time To Live) – Vd TTL=1: tìm nốt xung quanh tuyến đến đích lưu đệm: Nếu khơng nhận trả lời, gửi yêu cầu tuyến rộng Một số khả bổ sung cho trì tuyến • Cứu gói tin: Khi nốt trung chuyển phát đường truyền lỗi đến nốt nốt có tuyến lưu đệm đến đích, nốt sử dụng tuyến để cứu gói tin – Số lần cứu cần giới hạn, max xác định – Trước cứu gói tin, nốt trung chuyển cần gửi gói tin lỗi tuyến cho nốt nguồn • Tự động rút ngắn tuyến: – Khi nốt trung chuyển nghe thấy gói tin truyền nốt xung quanh, nốt điều tra tuyến gói tin – Nếu nốt khơng phải nốt có tên phần tuyến xa hơn, nốt có thể: • Tạo tuyến cách nối phần tuyến nốt với phần tuyến kết thúc nốt nghe được, vd A-B-D-E • Thơng báo cho nốt nguồn tuyến rút ngắn ... trạm có kênh truyền Mạng ad hoc • Mạng ad hoc đặc trưng đặc điểm sau: – Một tập hợp host hình thành mạng ad hoc – Các host truyền tin sử dụng kênh không dây – Các nốt mạng ad hoc sử dụng nốt khác... thành mạng – Sử dụng mạng LAN không dây giảm vấn đề bảo trì đường dây mạng ngừng hoạt động giá thành thay đổi dây WLAN • Các ứng dụng WLAN – Mở rộng mạng LAN – Truy nhập không dây – Mạng ad hoc. .. Mạng ad hoc • Tô pô mạng ad hoc đồ thị đỉnh host, cạnh hai host biểu thị phạm vi liên lạc hai host • Tên khác mạng ad hoc MANET (Mobile Ad hoc NETwork) • MANET xác định có đặc tính: – Tơ pơ mạng