TÌM HIỂU MẠNG cục bộ KHÔNG dây

MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY WLAN 1.1 Giới thiệu Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học, công nghệ thông tin và viễn thông, ngày nay các thiết bị di động công nghệ cao như máy tính xách tay

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY CP ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC VIỆT NAM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ VIETTRONICS

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY

Người hướng dẫn : ThS Nguyễn Xuân Vinh

Đơn vị : Trường Cao Đẳng công nghệ Viettronics

Sinh viên thực hiện : Phan Thị Hường

Ngành : Kĩ thuật máy tính và quản trị mạng

Hải phòng, tháng 6 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em muốn nói là em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Xuân Vinh Trong suốt thời gian thực hiện luận văn, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng thầy vẫn giành rất nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫn em Thầy đã cung cấp cho em rất nhiều hiểu biết về một lĩnh vực mới khi em mới bắt đầu bước vào thực hiện luận văn Trong quá trình thực hiện luận văn thầy luôn định hướng, góp ý và sửa chữa những chỗ sai giúp em không bị lạc lối trong biển kiến thức mênh mông Cho đến hôm nay, luận văn tốt nghiệp của em

đã được hoàn thành, cũng chính là nhờ sự nhắc nhở, đôn đốc, sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ thông tin trường cao đẳng công nghệ Viettronics, cũng như các thầy cô trong trường đã giảng dạy, giúp đỡ chúng em trong những năm học qua Chính các thầy cô đã xây dựng cho chúng em những kiến thức nền tảng và những kiến thức chuyên môn để em có thể hoàn thành luận văn này cũng như những công việc của mình sau này

Một lần nữa em xin trân thành cảm ơn!

Hải phòng, tháng 6 năm 2015

Sinh viên

Phan Thị Hường

Đề tài: Tìm hiểu mạng cục bộ không dây

MỤC LỤC

3

LỜI MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài.

Trong thời gian gần đây chúng ta thường nghe nói về wifi và internet không dây Thực ra, WiFi không chỉ để kết nối internet không dây mà hầu hết còn dùng để kết nối các thiết bị tin học và viễn thông quen thuộc như máy in, máy tính, PDA, điện thoại di động mà không cần dây cáp nối, rất thuận tiện cho người sử dụng

Mạng không dây là một trong những bước tiến lớn của ngành máy tính Truy cập internet trở thành nhu cầu quen thuộc của mọi người

Tuy nhiên, để có thể kết nối internet người sử dụng phải truy cập internet từ một vị trí cố định thông qua một máy tính kết nối vào mạng Điều này đôi khi gây ra nhiều khó khăn cho những người sử dụng khi đang di chuyển hoặc đến một nơi không có điều kiện kết nối vào mạng

Xuất phát từ yêu cầu mở rộng internet, WLAN đã được nghiên cứu

và triển khai trong ứng dụng thực tế với những tính năng hỗ trợ đáp ứng được băng thông, triển khai nắp đặt dễ dàng và đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật kinh tế Chẳng hạn việc sử dụng công nghệ internet không dây WiFi cho phép mọi người truy cập và lấy thông tin ở bất kỳ vị trí nào như bến xe, nhà ga, sân bay…

Hàng chục triệu thiết bị Wi-Fi đã được tiêu thụ và dự trong tương lai sẽ còn có hàng triệu người sử dụng Con đường phát triển của công nghệ này từ quy mô hẹp ra phạm vi lớn mới chỉ bắt đầu

2. Mục đích nghiên cứu.

Theo đà phát triển của mạng không dây, em quyết định thực hiện tìm hiểu đề tài “ Tìm hiểu mạng cục bộ không dây “ nhằm mục đích tìm hiểu và đồng thời trang bị những kiến thức và tầm nhìn của mình về mạng không dây

3. Nhiệm vụ nghiên cứu.

Tìm hiểu mạng cục bộ không dây

Đề tài: Tìm hiểu mạng cục bộ không dây

Các tiêu chuẩn của mạng WLAN

Các vấn đề bảo mật và ứng dụng mạng cục bộ không dây

5

4. Đối tượng nghiên cứu.

Các loại thiết bị thu phát Wi-Fi

5. Phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu các thiết bị thu phát Wi-Fi

Đánh giá khả năng bảo mật của mạng WLAN và ứng dụng tại nơi công cộng

Nội dung gồm 4 chương:

Chương 1 Mạng cục bộ không dây

Chương 2 Các chuẩn của mạng không dây

Chương 3 Các vấn đề bảo mật mạng không dây Wi-Fi

Chương 4 Ứng dụng mạng không dây tại trường CĐ Công Nghệ Viettronics

Trong quá trình thực hiện đề tài, do hạn chế về thời gian kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong sự đóng góp của quý thầy cô cùng các bạn để đề tài hoàn thiện hơn

Em xin trân thành cảm ơn!

Chương 1 Mạng cục bộ không dây WLAN

CHƯƠNG 1 MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY WLAN

1.1 Giới thiệu

Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học, công nghệ thông tin và viễn thông, ngày nay các thiết bị di động công nghệ cao như máy tính xách tay, máy tính bỏ túi, điện thoại di động, máy nhắn tin… không còn xa lạ và ngày càng được sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây Nhu cầu truyền thông một cách

dễ dàng và tự phát giữa các thiết bị này dẫn đến sư phát triển của một lớp mạng

di động không dây mới, đó là mạng WLAN WLAN cho phép duy trì các kết nối mạng không dây, người sử dụng duy trì các kết nối mạng trong phạm vi phủ sóng của các điểm kết nối trung tâm Phương thức kết nối mới này thực sự đã

mở ra cho người sử dụng một sự lựa chọn tối ưu, bổ sung cho các phương thức kết nối dùng dây

WLAN là mô hình mạng dược sử dụng cho một khu vực có phạm vi nhỏ như một tòa nhà, khuôn viên của một công ty, trường học Nó là loại mạng linh hoạt có khả năng cơ động cao thay thế cho mạng cáp đồng tryền thống và bắt đầu phát triển vào giữa thập kỷ 80 của thế kỷ XX WLAN sử dụng sóng vô tuyến hay hồng ngoại để truyền và nhận giữ liệu qua không gian, xuyên qua tường trần và các cấu trúc khác mà không cần cáp WLAN cung cấp tất cả các chức năng và các ưu điểm của một mạng LAN truyền thống như Ethernet hay Token Ring nhưng lại không bị giới hạn bởi cáp Ngoài ra WLAN còn có khả năng kết hợp với mạng có sẵn, WLAN kết hợp rất tốt với LAN tạo thành một mạng năng động và ổn định hơn Sự phát triển ngày càng tăng nhanh của các máy tính xách ta nhỏ gọn hơn, hiện đại hơn và rẻ hơn đã thúc đẩy sự tăng trưởng rất lớn trong công nghiệp WLAN những năm gần đây

WLAN sử dụng băng tần ISM (băng tần phục vụ công nghiệp, khoa học,

y tế: 2.4GHz và 5GHz) vì thế nó không chịu sự quản lý của chính phủ cũng như không cần cấp giấy phép sử dụng Sử dụng WLAN sẽ giúp các nước đang phát triển nhanh chóng tiếp cận với các công nghiệp hiện đại, nhanh chóng xây dựng

hạ tầng viễn thông một cách thuận lợi và ít tốn kém

Ứng dụng lớn nhất của WLAN là việc áp dụng WLAN như một biện pháp tối ưu cho việc sử dụng Internet Mạng WLAN được coi như một thế hệ mạng truyền số liệu mới cho tốc độ cao được hình thành từ hoạt động tương hỗ của cả

mạng hữu tuyến hiện có và vô tuyến Mục tiêu của việc triển khai mạng WLAN cho việc sử dụng Internet để cung cấp các dịch vụ vô tuyến tốc độ cao.

1.2 Quá trình phát triển của mạng WLAN

Mạng WLAN, với đặc tính không dây nó rất linh động trong điều kiện người dùng di động hay trong các cấu hình tạm thời Các mạng LAN không dây ngày càng được ưa chuộng và phát triển trên thế giới Với các ưu điểm nổi trội như: dễ dàng cải thiện năng suất, cài đặt nhanh, đơn giản và linh hoạt, dễ cấu hình không đòi hỏi cơ sở hạ tầng cồng kềnh như mạng LAN truyền thống đặc biệt là hiệu quả trong vùng khó thực hiện bằng dây và đòi hỏi có thẩm mỹ cao…, WLAN phát triển rất nhanh chóng và đang dần thay thế cho các mạng có dây trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Quá trình phát triển mạng WLAN được sơ lược qua:

Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990 khi những nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần 90MHz Những giải pháp này (không được thống nhất giữa các nhà sản xuất) cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbpz thấp hơn nhiều so với tốc độ 10Mbpz của hầu hết

cá mạng sử dụng cáp hiện thời

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

Năm 1997, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được biết với tên gọi WIFI cho các mạng LAN Chuẩn 802.11 hỗ trợ 3 phương pháp truyền tín hiệu, trong đó bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần 2.4Ghz

Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho 802.11 là các chuẩn 802.11a và 802.11b Và những thiết bị WLAN dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội Các thiết bị WLAN 802.11b truyền phát ở tần số 2.4Ghz, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới

Chương 1 Mạng cục bộ không dây WLAN

11Mbpz IEEE 802.11 tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về tính hiệu dụng, thông lượng và bảo mật để so sánh mạng có dây thông thường

Năm 2003, IEEE công bố thêm sự cải tiến là chuẩn 802.11g mà có thể truyền nhận thông tin ở cả hai dãy tần 2.4Ghz và 5Ghz và có thế nâng tốc độ truyền dữ liệu nên đến 54Mbpz Thêm vào đó, những sản phẩm áp dụng 802.11g cũng có thể tương thức ngược với thiết bị 802.11b

1.3 Ưu nhược điểm của mạng WLAN

1.3.1 Ưu điểm

Mạng không dây không dùng cáp cho các kết nối, thay vào đó chúng sử dụng sóng Radio Ưu thế của mạng không dây là khả năng di động và sự tự do, người dùng không bị hạn chế về không qian và vị trí kết nối Những ưu điểm của mạng không dây bao gồm:

- Khả năng di động và sự tự do-cho phép kết nối bất kỳ đâu

- Không bị hạn chế về không gian và vị trí kết nối

- Dễ lắp đặt và triển khai

- Tiết kiệm thời gian lắp đặt dây cáp

- Không làm thay đổi thẩm mỹ kiến trúc tòa nhà

- Giảm chi phí bảo trì, bảo dưỡng hệ thống

- Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc bị nhiễu, tín hiệu bị giảm do tác động của các thiết bị khác là không tránh khỏi, làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng

- Tốc độ của mạng không dây rất chậm so với mạng sử dụng cáp

1.4 Phân loại mạng WLAN

Các mạng WLAN có thể được phân loại thành mạng WLAN vô tuyến và mạng WLAN hồng ngoại Các mạng WLAN vô tuyế có thể dựa trên quá trình truyền dẫn băng hẹp hay truyền dẫn trải phổ trong khi đó đối với các WLAN

hồng ngoại có thể là khuyếch tán hay được định hướng Dưới đây đề cập cơ bản các mạng WLAN vô tuyên và hồng ngoại, có đánh giá điểm mạng cũng như điểm yếu của mỗi loại.

1.4.1 Các WLAN vô tuyến

Đa số các hệ thống mạng WLAN sử dụng công nghệ trải phổ Khái niệm

về trải phổ đảm bảo quá trình truyền thông tin cậy và an toàn Trải phổ đề cập đến các sơ đồ tín hiệu dựa trên một số dạng mã hóa (độc lập với thông tin được phát đi) và chúng sử dụng băng thông lớn hơn nhiều so với các yêu cầu để truyền tín hiệu Băng thông lớn hơn có nghĩa là nhiễu và các hiệu ứng fading đa đường chỉ ảnh hưởng một phần đến quá trình truyền dẫn trải phổ Vì vậy mà năng lương tín hiệu thu hầu như không đổi theo thời gian Điều này cho phép tách sóng dễ dàng khi máy thu được đồng bộ với các tham số của tín hiệu trải phổ Các tín hiệu trải phổ có khả năng hạn chế nhiễu và gây khó khăn cho quá trình phát hiện và chặn tín hiệu trên đường truyền Có hai kỹ thuật trải phổ: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) và trải phổ nhảy tần (FHSS)

1.4.1.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

Đây là công nghệ trải phổ tần số rộng sử dụng phương pháp tạo ra một mẫu bít thừa cho mỗi bít sẽ truyền đi, bít này được gọi là chíp hoặc mã chíp Mã chíp càng dài khả năng khôi phục tín hiệu gốc càng cao Khó khăn trong phương pháp này là tốn nhiều băng thông

Tỷ lệ chíp sử dụng trên một bít gọi là tỷ lệ trải phổ Tỷ lệ này càng cao sẽ giúp cho khả năng chống nhiễu khi truyền tín hiệu, trong khi tỷ lệ này thấp sẽ giúp tăng băng thông cho các thiết bị di động Thuật toán đặc biệt được sử dụng

để khôi phục lại thông tin mà không yêu cầu gửi lại gói tin

Có thể hiểu đơn giản hơn là mỗi bít được mã hóa thành một chuỗi các bít

Ví dụ: 1 được mà hóa thành 100011100011

Và 0 sẽ được mã hóa là 01100011100

Thì khi đó việc truyền chuỗi 101 đi sẽ thành gửi đi chuỗi:

100111000110110001110010011100011Các mã chíp thông thường nghịch đảo lẫn nhau, điều này làm cho DSSS đối phí tốt với nhiễu Bởi vì DSSS trải rộng trên toàn phổ, nên số lượng các kênh bị chồng lên nhau trong dải tần 2.4Ghz là rất ít (thông thường là ba kênh), vì vậy

Chương 1 Mạng cục bộ không dây WLAN

số lượng các mạng cùng hoạt động độc lập trong một phạm vi mà không bị nhiễu và rất hạn chế

1.4.1.2 Trải phổ nhảy tần (FHSS)

Công nghệ trải phổ này sử dụng băng tần hẹp để truyền thông tin Với FHSS một chuỗi giả ngẫu nhiên được sử dụng để thay đổi đột ngột những tần số

và cho phép một trạm nhảy từ tần số này sang tần số khác Tuy nhiên mỗi thiết

bị WLAN vận hành theo cách này sự thay đổi tần số sử dụng cùng một thuật toán, thuật toán FHSS sẽ phát tín hiệu trên một tần số trong một thời gian ngắn, rồi tự động nhảy sang tần số khác để truyền tín hiệu

Các thiết bị nhận và truyền tín hiệu FHSS sẽ phải được đồng bộ hóa sao cho chúng có cũng tần số tại cùng một thời điểm, để tín hiệu được đảm bảo trong suốt quá trình kết nối

Theo FHSS, nó có khả năng hạn chế tối đa nhiễu trên băng tần hẹp từ bên ngoài Bởi vì nếu FHSS bị nhiễu tại một kênh nào đó thì nó sẽ chuyển sang kênh tần khác để gửi tín hiệu

Theo quy định của FCC số lượng kênh tối thiểu được sử dụng trong FHSS

là 75 kênh, sau này giảm xuống còn 15 và độ trễ tối đa là 400ms trên mỗi kênh

Phương pháp FHSS cho phép xây dựng nhiều kênh mà không chồng lấn lên nhau, nó cũng cho phép sử dụng nhiều điểm truy cập trong một vùng làm việc nếu như cần tăng thêm lượng băng thông hoặc cần tăng thêm số người truy cập tối đa

Cuối cùng là sự khuếch đại công suất là rất hiệu quả, các thiết bị FHSS sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn, và như vậy các thiết bị như các thiết bị di động sẽ có thế kết nối với thời gian lâu hơn mà không phải thay sạc pin

Không giống như các sóng vô tuyến, các tần số hồng ngoại là quá cao để thực hiện điều chế giống như đối với các tần số vô tuyến Vì vậy, các đường

truyền hồng ngoại thường dựa trên cơ sở điều chế xung bật- tắt và tách sóng tín hiệu quang Quá trình truyền dẫn xung bật- tắt được thực hiện bằng cách biến đổi cường độ (biên độ) dòng điện trong máy phát hồng ngoại như là laser diode hay diode phát quang chẳng hạn Theo cách này, dữ liệu được mang đi bởi cường độ (chứ không phải là pha hay tần số) của sóng ánh sáng Các hệ thống hồng ngoại sử dụng hai thành phần vật lý khác nhau (các bộ phát và các bộ tách)

để phát thu tín hiệu sóng quang Điều này trái ngược với các hệ thống vô tuyến

vì ở đó sử dụng một anten chung để phát và thu tín hiệu

Các mạng WLAN hồng ngoại khác với các mạng WLAN vô tuyến ở nhiều điểm Nói chung, các hệ thống vô tuyến luôn tạo ra vùng phủ rộng hơn Mặt khác tín hiệu vô tuyến luôn có độ rộng băng thông hẹp hơn các tín hiệu quang mặc dù các hệ thống thương mại vẫn chưa khai thác được hết băng thông tín hiệu quang

1.5 Ứng dụng của hệ thống mạng WLAN

Lúc đầu WLAN chỉ được sử dụng bởi các tỏ chức, công ty lớn nhưng ngày nay thì WLAN có giá cả chấp nhận được mà người ta có thể sử dụng Sau đây là một số ứng dụng chung và phù hợp của WLAN

1.5.1 Vai trò truy cập

WLAN ngày nay hầu như được triển khai ở lớp access, nghĩa là chúng được sử dụng ở một điểm truy cập vào mạng có dây thông thường Wireless là một phương pháp đơn giản để người dùng có thể truy cập vào mạng Các WLAN là các mạng ở lớp data-

link như tất cả những phương pháp truy cập khác Vì tốc độ thấp nên WLAN ít được triển khai ở core và distribution

Các WLAN cung cấp giải pháp cho một vấn đề khá khó đó là: khả năng di động Giải pháp sử dụng cellular có tốc độ thấp và mắc Trong khi WLAN thì có cùng sự linh hoạt nhưng lại rẻ hơn Các WLAN nhanh, rẻ và có thể xác định ở mọi nơi.

Chương 1 Mạng cục bộ không dây WLAN

Hình 1.1 Access Role

1.5.2 Mở rộng mạng

Các mạng không dây có thể được xem như một phần mở rộng của một mạng có dây Khi muốn mở rộng một mạng hiện tại, nếu cài đặt thêm đường cáp thì sẽ rất tốn kém Hay trong những tòa nhà lớn, khoảng cách có thể vượt quá khoảng cách của CAT5 cho mạng Ethernet Có thể cài đặt cáp quang nhưng như thế sẽ yêu cầu rất nhiều thời gian và tiền bạc hơn, cũng như phải nâng cấp Switch hiện tại để hỗ trợ cáp quang

Các WLAN có thể được thực thi một cách dễ dàng.Vì ít phải cài đặt cáp trong mạng không dây

Hình 1.2 Mở rộng mạng

1.5.3 Kết nối các tòa nhà

Trong môi trường mạng campus hay trong môi trường có hai tòa nhà sát nhau, có thể có trường hợp những người dùng từ tòa nhà này muốn truy cập vào tài nguyên của tòa nhà khác Trong qua khứ thì trường hợp này được giải quyết bằng cách đi một đường cáp ngầm giữa hai tòa nhà hay thuê một đường leases-

line từ công ty điện thoại Sử dụng kỹ thuật WLAN, thiết bị có thể được cài đặt một cách dễ dàng và nhanh chóng cho phép hai hay nhiều tòa nhà chung một mạng Với các loại anten không dây phù hợp, thì bất kỳ tòa nhà nào cũng có thể kết nối với nhau vào cùng một mạng trong một khoảng cách cho phép.

Có hai loại kết nối: P2P và P2MP Các kết nối P2P là các kết nối không dây giữa hai tòa nhà Loại kết nối này sử dụng các loại anten trực tiếp hay bán trực tiếp ở mỗi đầu liên kết

Hình 1.3 Kết nối các tòa nhà

Các liên kết P2MP là các kết nối không dây giữa 3 tòa nhà hay nhiều tòa nhà, thường ở dạng Hub- and- spoke hay kiểu kết nối star, trong đó một tòa nhà đóng vai trò trung tâm tập trung các điểm kết nối Tòa nhà trung tâm nay sẽ có core network, kết nối internet, và server farm Các liên kết P2MP giữa các tòa nhà thường sử dụng các loại anten đa hướng trong tòa nhà trung tâm và anten chung hướng trên các spoke

Có hai kiểu kết nối này:

1.5.3.1 Phân phát dữ liệu dặm cuối

WISP đã cũng cấp các dịch vụ phân phát dữ liệu trên last- mile cho các khách hàng của họ “Last mile” đề cập đến hạ tầng giao tiếp có dây hay không dây tồn tại giữa telco hay công ty cáp và người dùng cuối

Hình 1.4 Dịch vụ dặm cuối

Chương 1 Mạng cục bộ không dây WLAN

Trong trường hợp nếu cả công ty cáp và telco đều gặp khó khăn trong việc

mở rộng mạng của họ để cũng cấp các kết nối băng thông rộng cho nhiều người dùng hơn nữa Nếu như sống trong khu vực nông thôn thì khó có thể truy cập vào kết nối băng thông rộng (như cable modem hay xDSL) Sẽ kinh tế hơn rất nhiều nếu các WISP đưa ra những giải pháp truy cập không dây vào những nơi ở

xa đó vì các WISP sẽ không gặp những khó khăn như của các công ty cáp hay telco vì không phải cài đặt nhiều thiết bị Các WISP cũng gặp phải một số trở ngại Như các nhà cung cấp xDSL gặp phải vấn đề là khoảng cách vượt qua 5.7

km từ CO đến nhà cung cấp cáp, còn vấn đề của WISP chính là các vật cản như mái nhà, cây,…

1.5.3.2 Sự di động

Chỉ là một giải pháp ở lớp access, nên WLAN không thể thay thế mạng có dây trong tốc độ truyền Một môi trường không dây sử dụng các kết nối không liên tục và có tỷ lệ lỗi cao Do đó, các ứng dụng và giao thức truyền dữ liệu được thiết kế cho mạng có dây có thể hoạt động kém trong môi trương không dây Lợi ích mà các mạng không dây mang lại chính là tăng khả năng di động để

bù lại tốc độ QoS

Hình 1.5 Sự di động

Trong từng trường hợp, wireless đã tạo nên khả năng truyền dữ liệu mà không cần yêu càu thời gian và sức người để đưa dữ liệu, cũng như giảm được các thiết bị kết nối với nhau như mạng có dây Một trong những kỹ thuật mới nhất của wireless là cho phép người dùng có thể roam, nghĩa là di chuyển từ khu vực không dây này sang khu vực khác mà không bị mất kết nối, giống như điện thoại di động người dùng có thể roam giữa các vùng di động khác nhau Trong

một tổ chức lớn, phạm vi phủ sóng của wireless rộng thì việc roaming khá quan trọng vì người dùng có thể vẫn giữ kết nối với mạng khi học ra ngoài.

1.5.4 Văn phòng nhỏ- Văn phòng gia đình

Trong một số doanh nghiệp chỉ có một vài người sử dụng và họ muốn trao đổi thông tin giữa các người dùng và chỉ có một đường ra Internet Với những ứng dụng này thì một đường wireless LAN là rất đơn giản và hiểu quả Các thiết

bị wireless SOHO thì rất có ích khi người dùng muốn chia sẻ một kết nối Internet

Hình 1.6 SOHO WLAN

1.5.5 Văn phòng di động

Các văn phòng di động cho phép người dùng có thể di chuyển đến một vị trí khác một cách dễ dàng Vì tình trạng quá tải của các lớp học, nhiều trường hiện nay đang sử dụng lớp học di động Để có thể mở rộng mạng máy tính ra những tòa nhà tạm thời, nếu sử dụng cáp thì rất tốn chi phí Các kết nối WLAN

từ tòa nhà chính ra các lớp học di động cho phép các kết nối một cách linh hoạt với chi phí có thể chấp nhận được

Hình 1.7 Văn phòng di độn

Chương 2 Các tiêu chuẩn mạng không dây

CHƯƠNG 2 CÁC TIÊU CHUẨN CỦA MẠNG KHÔNG DÂY

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của mạng không dây, các chuẩn (và đồng thời là các thiết bị) cho mạng không dây WLAN lần lượt ra đời và ngày càng được nâng cấp, cải tiến Những chuẩn ra đời sớm nhất như IEEE 802.11 đã trở nên phổ biến Sau đó là HiperLAN, HomeRF, OpenAir và gần đây là Bluetooth Mỗi chuẩn đều mang một số đặc tính, ưu điểm riêng của nó

2.1 Các chuẩn IEEE 802.11

2.1.1 Nguồn gốc ra đời của chuẩn IEEE 802.11

IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) là tổ chức đi tiên

phong trong lĩnh vực chuẩn hoá mạng cục bộ Đề án IEEE 802 được triển khai

từ những năm 1980 mà kết quả là sự ra đời của chuẩn thuộc họ 802.x Đây là chuẩn áp dụng riêng cho mạng cục bộ Năm 1990, Viện các kỹ sư điện và điện

tử IEEE đã thành lập một uỷ ban để phát triển tiêu chuẩn cho các mạng WLAN hoạt động ở tốc độ từ 1 đến 2 Mbps Quá trình phát triển chuẩn IEEE 802.11 đã

bị ảnh hưởng mạnh bởi các sản phẩm của mạng WLAN có mặt trên thị trường

Vì vậy, mặc dù cần khá nhiều thời gian để hoàn thiện các tiêu chuẩn (do có khá nhiều đề xuất mang nặng tính cạnh tranh từ phía các nhà cung cấp thiết bị), nó vẫn là tiêu chuẩn phổ biến nhất cho đến nay

Họ tiêu chuẩn 802.11 do IEEE phát triển định nghĩa giao diện vô tuyến giữa trạm vô tuyến và trạm gốc hay giữa hai trạm vô tuyến với nhau Chuẩn đầu tiên mà IEEE cho ra đời là IEEE 802.11 vào năm 1997 Tốc độ đạt được là 2Mbps sử dụng phương pháp trải phổ trong băng tần ISM không quản lý (băng tần dành cho công nghiệp, khoa học và y học) Họ tiêu chuẩn 802.11 có nhiều phần mở rộng trong đó ba tiêu chuẩn IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g là quan trọng nhất, và mới đây nhất là sự ra đời của chuẩn IEEE 802.11i

và IEEE 802.11n

2.1.2 IEEE 802.11b

Được đưa vào năm 1999, tiêu chuẩn IEEE 802.11b hay Wi- fi, là phần mở rộng của tiêu chuẩn 802.11 Chuẩn này cung cấp việc truyền dữ liệu trong dải tần 2.4 Ghz , với các tốc độ 1- 2 Mbps

IEEE 802.11b sử dụng phương pháp trải phổ trực tiếp DSSS Tiêu chuẩn 802.11b được xây dựng ở 2 lớp dưới cùng của mô hình OSI: PHY và lớp con MAC thuộc lớp liên kết dữ liệu.

Với tốc độ 5.5 Mbps sử dụng CCK để mã hoá 4 bit mỗi sóng mang, và với tốc độ 11 Mbps mã hoá 8 bit mỗi sóng mang Cả hai tốc độ đều sử dụng QPSK làm kỹ thuật điều chế và tín hiệu ở 1.375 MSps Vì FCC điều chỉnh năng lượng đầu ra thành 1 watt Effective Isotropic Radiated Power(EIRP) Do đó với những thiết bị 802.11, khi di chuyển ra khỏi sóng radio, radio có thể thích nghi và sử dụng kỹ thuật mã hoá ít phức tạp hơn để gửi dữ liệu và kết quả là tốc độ chậm hơn

Một trong những nhược điểm của IEEE 802.11b là băng tần dễ bị nghẽn và

hệ thống dễ bị nhiễu bởi các hệ thống mạng khác, lò vi ba, các loại điện thoại hoạt động ở tần số 2.4 GHz và các mạng Bluetooth Đồng thời IEEE 802.11b cũng có những hạn chế như: thiếu khả năng kết nối giữa các thiết bị truyền giọng nói, không cung cấp dịch vụ QoS (Quality of Service) cho các phương tiện truyền thông

Mặc dù vẫn còn một vài hạn chế và nhược điểm nhưng chuẩn 802.11b (thường gọi là Wifi) là chuẩn thông dụng, được sử dụng phổ biến nhất hiện nay với số lượng lớn các nhà cung cấp cho các đối tượng khách hàng là các doanh nghiệp, gia đình hay các văn phòng nhỏ

2.1.3 IEEE 802.11a

Chuẩn 802.11b sử dụng kỹ thuật mã hoá dựa trên DSSS, một kỹ thuật được phát triển bởi quân đội Không giống 802.11b, 802.11a được thiết kế để hoạt động ở băng tần 5 GHz Unlicensed National Information Infrastructure (UNII) Không giống như băng tần ISM (khoảng 83 MHz trong phổ 2.4 GHz), 802.11a

sử dụng gấp 4 lần băng tần ISM vì UNII sử dụng phổ không nhiễu 300MHz

Chương 2 Các tiêu chuẩn mạng không dây

COFDM sử dụng 48 kênh phụ cho việc truyền dữ liệu, và 4 kênh còn lại được sử dụng cho sửa lỗi COFDM có tốc độ truyền cao hơn và có khả năng phục hồi lỗi tốt hơn, nhờ vào kỹ thuật mã hoá và sửa lỗi của nó Mỗi kênh phụ

có độ rộng khoảng 300 kHz Để mã hoá 125 kbps thì BPSK được sử dụng cho tốc độ khoảng 6000 kbps Sử dụng QPSK thì có khả năng mã hoá l6n tới 250 kbps mỗi kênh, cho tốc độ khoảng 12Mbps Bằng cách sử dụng QAM 16 mức

mã hoá 4bit/Hertz, và đạt được tốc độ 24 Mbps Tốc độ 54 Mbps đạt được bằng cách sử dụng 64 QAM, cho phép từ 8-10 bit cho mỗi vòng, và tổng cộng lên đến 1.125 Mbps cho mỗi kênh 300 kHz Với 48 kênh cho tốc độ 54 Mbps, tuy nhiên, tốc độ tối đa theo lý thuyết của COFDM là 108 Mbps

Tất cả các băng tần dùng cho Wireless LAN là không cần đăng ký, vì thế

nó dễ dàng dẫn đến sự xung đột và nhiễu Để tránh sự xung đột này, cả 802.11a

và 802.11b đều có sự điều chỉnh để giảm các mức của tốc độ truyền dữ liệu Trong khi 802.11b có các tốc độ truyền dữ liệu là 5.5, 2 và 1 Mbps thì 802.11a

có bảy mức (48, 36, 24, 18, 12, 9, và 6 )

2.1.4 IEEE 802.11g

Chuẩn IEEE 802.11g là một chuẩn mới, được khởi thảo từ năm 2001 nhưng mãi đến năm 2003 mới hoàn thành Mặc dù chuẩn 802.11a có tốc độ nhanh (54 Mbps), hoạt động tại băng tần cao (5 GHz ) nhưng nhược điểm lớn nhất của nó

là không tương thích với chuẩn 802.11b Vì thế sẽ không thể thay thế hệ thống đang dùng 802.11b mà không phải tốn kém quá nhiều IEEE đã cho ra đời chuẩn 802.11g nhằm cải tiến 802.11b về tốc độ truyền cũng như băng thông 802.11g

có hai đặc tính chính sau đây:

Sử dụng kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing),

để có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ lên tới 54Mbps Trước đây, FCC (Federal Communication Commission- USA) có cấm sử dụng OFDM tại 2,4GHz Nhưng hiện nay FCC đã cho phép sử dụng OFDM tại cả hai băng tần 2.4GHz và 5GHz

Tương thích với các hệ thống 802.11b tồn tại trước Do đó, 802.11g cũng

có hỗ trợ CCK và thiết bị 802.11g cũng có thể giao tiếp với thiết bị 802.11b có sẵn

Một thuận lợi rõ ràng của 802.11g là tương thích với 802.11b (được sử dụng rất rộng rãi ) và có được tốc độ truyền cao như 802.11a Tuy nhiên số kênh tối đa mà 802.11g được sử dụng vẫn là 3 như 802.11b Bên cạnh đó, do hoạt động ở tần số 2,4 GHz như 802.11b, hệ thống sử dụng 802.11g cũng dễ bị nhiễu như 802.11b

Tầm hoạt động trung bình của các chuẩn có thể đạt đến 90 mét, tùy theo tiêu chuẩn, tốc độ và điều kiện môi trường làm việc

Bảng2.1 Bảng tóm tắt thông số các chuẩn 802.11 thông dụng

số (GHz)

Tốc độ (Mbps)

Khoảng cách (m)

12m:

54Mb/s 90m:

6Mb/s

11Mb/s

Chương 2 Các tiêu chuẩn mạng không dây

90m: 1Mb/s

15m:

54Mb/s 45m:

11Mb/s

2.1.5 IEEE 802.11i

Nó là chuẩn bổ sung cho các chuẩn 802.11a, 802.11b, 802.11g về vấn đề bảo mật Nó mô tả cách mã hóa dữ liệu truyền giữa các hệ thống sử dụng các chuẩn này 802.11i định nghĩa một phương thức mã hoá mạnh mẽ gồm Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) và Advanced Encryption Standard (AES)

2.1.6 IEEE 802.11n

Một chuẩn Wi-Fi mới đang được Liên minh WWiSE đưa ra xin phê chuẩn (dự kiến vào năm 2008), với mục tiêu đưa kết nối không dây băng thông rộng lên một tầm cao mới Công nghệ này hứa hẹn sẽ đẩy mạnh đáng kể tốc độ của các mạng cục bộ không dây (WLAN)

Liên minh WWiSE (WorldWide Spectrum Efficiency), bao gồm các công ty: Airgo Networks, Bermai, Broadcom, Conexant Systems, STMicroelectronics

và Texas Instruments, cho biết công nghệ Wi-Fi mới đang được nhóm thảo luận 802.11n của Viện Kỹ thuật Điện và Điện tử (IEEE) xem xét Đây là bộ phận giám sát một chuẩn Wi-Fi thế hệ kế tiếp có khả năng duy trì tốc độ trao đổi dữ liệu không dây vượt mức 100Mbps

Chuẩn Wi- Fi đề xuất dựa trên công nghệ MIMO- OFDM ( multiple input, multiple output- orthogonal frequency division multiplexing), cung cấp tốc độ cao hơn bằng cách sử dụng hai anten ở mỗi đầu của tín hiệu (một để truyền, một

để nhận), thay vì một anten ở mỗi đầu như hiện nay

Công nghệ MIMO sẽ là thành phần cốt yếu của chuẩn 802.11n, cung cấp phạm vi phủ sóng WLAN ổn định hơn với tỷ lệ truyền dữ liệu siêu nhanh Nó sẽ cho phép người dùng thực hiện nhiều công việc hơn với Wi- Fi, đặc biệt trong các ứng dụng đa phương tiện

2.1.7 Cấu trúc cơ bản của WLAN IEEE 802.11

Một mạng WLAN 802.11 thông thường gồm bốn thành phần chính: Hệ thống phân phối (DS), Điểm truy nhập (AP), Môi trường vô tuyến (WM) và Các trạm STA

Một DS cho phép hỗ trợ các thiết bị di động bằng cách cung cấp các dịch

vụ logic cần thiết giám sát địa chỉ để chuyển đổi đích và tích hợp nhiều BSS Dữ liệu di chuyển giữa một BSS và DS qua một AP Các địa chỉ được AP sử dụng

để trao đổi thông tin trên môi trường vô tuyến WM và trên môi trường hệ thống phân phối DSM không nhất thiết phải giống nhau

WLAN phân tích một cách logic môi trường vô tuyến với môi trường hệ thống phân phối Mỗi môi trường logic khác nhau được sử dụng cho mỗi mục đích khác nhau bởi một thành phần kiến trúc khác nhau

Trong thực tế, hệ thống phân phối được xem như sự kết hợp giữa cầu nối (bridge) và môi trường hệ thống phân phối Nó là các mạng xương sống (backbone), sử dụng để chuyển các gói tin giữa các điểm truy nhập

Chương 2 Các tiêu chuẩn mạng không dây

2.7.1.2 Điểm truy nhập (Access Points)

Thiết bị gọi là điểm truy nhập đóng vai trò như là cầu nối giữa mạng WLAN với trường bên ngoài Chức năng chính của điểm truy nhập là mở rộng mạng (mở rộng một vùng phủ sóng vô tuyến) Các điểm truy nhập bổ sung có thể được triển khai trong một toà nhà hay khuôn viên trường đại học nhằm tạo ra các vùng truy nhập vô tuyến rộng lớn

Điểm truy nhập hỗ trợ khả năng truy nhập tới hệ thống phân phối bằng cách cung cấp các dịch vụ bổ sung để nó hoạt động như một trạm cơ sở Ngoài ra điểm truy nhập cũng đóng vai trò phân bố trong các cấu hình mạng không ngang hàng

2.7.1.3 Môi trường vô tuyến (Wireless Medium)

Là môi trường truyền các sóng điện từ mang thông tin từ trạm này đến trạm khác Đây chính là môi trường không khí

2.7.1.4 Các trạm (Station)

Các mạng WLAN được thiết kế và xây dựng nhằm mục đích kết nối các trạm với nhau Trạm có thể là những thiết bị như máy tính, điện thoại cầm tay hay bất cứ thiết bị nào có giao diện vô tuyến

 Basic service set (BSS)

802.11 định nghĩa BSS như một khối kết cấu cơ bản của mạng WLAN Hình 2.4 biểu diễn hai BSS, mỗi BSS có hai trạm.

Hình 2.3 Cấu trúc cơ bản của WLAN

BSS chỉ gồm một nhóm các trạm không dây truyền thông với nhau trong một phạm vi giới hạn, được xác định bởi các đặc tính của môi trường truyền Khi một trạm nằm trong vùng phục vụ, nó có thể liên lạc với tất cả các thành phần khác trong BSS Nếu một trạm di chuyển ra ngoài BSS của nó, nó sẽ không liên lạc trực tiếp được với các thành viên khác của BSS

2.1.8 Mô hình của WLAN IEEE 802.11

Hai mô hình cơ bản sử dụng cho WLAN là mạng Ad- hoc và mạng cơ sở

hạ tầng (Infrastructure) Hai mô hình này có sự khác biệt nhau rõ ràng về giới hạn không gian sử dụng, cách quản lý mạng, kiến trúc mạng

2.1.8.1 Ad- hoc hay còn gọi là IBSS (Independent Basic Service Set)

Ad- hoc là mô hình mạng mà trong đó chỉ bao gồm các máy trạm, không có Access Point Mỗi thiết bị kết nối trực tiếp với các thiết bị khác trong mạng, các nút di động trao đổi thông tin trực tiếp với nhau thông qua các bộ biến đổi vô tuyến Về cơ bản, hai máy tính được trang bị thêm Card adapter vô tuyến có thể hình thành một mạng độc lập khi chúng ở trong dải tần của nhau Mô hình này rất thích hợp cho việc kết nối một nhóm nhỏ các thiết bị và không cần phải giao tiếp với các hệ thống mạng khác, như trong các hội nghị thương mại hoặc trong các nhóm làm việc tạm thời Các mạng hình thành theo nhu cầu như vậy không cần thiết phải quản lý hay thiết lập cấu hình từ trước Nút di động có thể truy cập vào các tài nguyên của các máy khác mà không phải qua một máy chủ trung tâm Tuy nhiên chúng có thể có những nhược điểm về vùng phủ sóng bị giới hạn, mọi người sử dụng đều nghe được lẫn nhau

Hình 2.4 Mô hình Ad- hoc

2.1.8.2 Mô hình mạng cơ sở hạ tầng (Infrastructure Basic Service Set)

Infrastructure BSS là một mô hình mở rộng của một mạng WLAN đã có bằng cách sử dụng điểm truy cập Access Point, các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếp với các điểm truy nhập Điểm truy cập AP đóng vai trò vừa là cầu nối của mạng WLAN với các mạng khác vừa là trung tâm điều khiển sự trao đổi thông tin trong mạng Điểm truy cập giúp truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị trong một vùng lớn hơn Phạm vi và số thiết bị sử

Chương 2 Các tiêu chuẩn mạng không dây

dụng trong mạng cơ sở hạ tầng tuỳ thuộc vào chuẩn sử dụng và sản phẩm của các nhà sản xuất Trong mô hình mạng cơ sở hạ tầng có thể có nhiều AP để tạo

ra một mạng hoạt động trên phạm vi rộng hay chỉ có duy nhất một Access Point cho một phạm vi nhỏ như trong một căn nhà, một toà nhà Mạng cơ sở hạ tầng

có hai lợi thế chính so với mạng độc lập IBSS:

• Infrastructure được thiết lập phụ thuộc vào tầm hoạt động của AP Vì vậy, muốn thiết lập WLAN tất cả các thiết bị di động bắt buộc phải nằm trong vùng phủ sóng của AP và mọi công việc giao tiếp mạng đều phải thông qua AP Ngược lại, kết nối trực tiếp IBSS trong mạng ad- hoc giúp hạn chế thông tin truyền và nhận của mạng nhưng chi phí lại gia tăng ở tầng vật lý bởi vì tất các thiết bị đều luôn luôn phải duy trì kết nối với tất cả các thiết bị khác trong vùng dịch vụ

• Trong mạng cơ sở hạ tầng , AP còn cho phép các station chuyển sang chế

độ tiết kiệm năng lượng Các AP được thông báo khi một station chuyển sang chế độ tiết kiệm năng lượng và tạo frame đệm cho chúng Các thiết bị chú trọng

sử dụng năng lượng (Battery- operated) có thể chuyển bộ thu phát tín hiệu của mình sang chế độ nghỉ và khi hoạt động lại sẽ nhận được tín hiệu được khôi phục từ các frame đệm lưu trong AP

Hình 2.5 Mô hình mạng cơ sở hạ tầng Infratructure

Các cell có thể chồng lấn lên nhau khoảng 10-15 % cho phép các trạm di động có thể di chuyển mà không bị mất kết nối vô tuyến và cung cấp vùng phủ sóng với chi phí thấp nhất Các máy trạm sẽ chọn AP tốt nhất để kết nối