Tiểu luận (môn Công nghệ mạng viễn thông) Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi

Đại học Cơng nghệ Thơng tin Khoa mạng máy tính truyền thông Lớp MMT03 BÀI BÁO CÁO Môn: Công nghệ mạng viễn thông Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 công nghệ Wifi GVHD ThS Ngô Hán Chiêu SVTH Nhóm 10 Lê Văn Thương Lê Đỗ Trường An Nguyễn Văn Thiệu TP HCM, 11/2011 08520599 08520004 08520596 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 công nghệ Wifi GVHD: ThS Ngô Hán Chiêu MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ .5 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .8 NỘI DUNG 12 Chương I: Tổng quan tổ chức IEEE họ chuẩn IEEE 802 .12 1.1 Giới thiệu tổ chức IEEE 12 1.2 Các tiêu chuẩn IEEE .13 1.2.1 Giới thiệu .13 1.2.2 Các tiêu chuẩn thuộc họ IEEE 802 14 1.2.3 Quan hệ chuẩn IEEE mơ hình OSI 15 Chương II: Một số chuẩn thông dụng họ chuẩn IEEE 802 .17 2.1 Chuẩn hóa mạng LAN/MAN hữu tuyến 17 2.1.1 IEEE 802.1 - 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 2.2.5 IEEE 802.21 35 -1- Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 công nghệ Wifi 2.2.6 2.3 GVHD: ThS Ngô Hán Chiêu IEEE 802.22 – mạng WRAN 35 Chuẩn hóa thành phần khác 35 2.3.1 IEEE 802.10 36 2.3.2 IEEE 802.19 36 Chương III: IEEE 802.11 chuẩn hóa mạng LAN khơng dây (WLAN) 37 3.1 Giới thiệu tiêu chuẩn IEEE 802.11 37 3.2 Kiến trúc chuẩn IEEE 802.11 37 3.2.1 Các thành phần kiến trúc .37 3.2.2 Kiến trúc lớp mơ hình OSI chuẩn IEEE 802.11 .39 3.2.3 Phương pháp truy cập bản: CSMA/CA 41 3.2.4 Các chứng thực mức MAC 43 3.2.5 Phân đoạn 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 kiểu Ad Hoc 46 3.3 Lý thuyết mạng không dây 48 3.3.1 Cách trạm nối với cell hữu (BSS) 48 3.3.2 Roaming 48 3.3.3 Giữ đồng 49 3.3.4 Tiết kiệm 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 54 3.3.8 Hàm Phối hợp Điểm (PCF) 56 3.3.9 Các mạng Ad-hoc 56 3.4 Các tiêu chuẩn tiêu chuẩn IEEE 802.11 56 -1- Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 công nghệ Wifi GVHD: ThS Ngô Hán Chiêu 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 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 -1- Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 công nghệ Wifi GVHD: ThS Ngơ Hán Chiêu LỜI NĨI ĐẦU Xã hội ngày phát triển, nhu cầu đời sống ngày cao, người cần có nhiều phương tiện để thỏa mãn nhu cầu công việc sinh hoạt Việc kết nối truyền tải thiết bị công nghệ ngày yêu cầu cao công nghệ tốc độ truyền tải Đáp ứng nhu cầu ngày cao đó, Viện IEEE phát triển tiêu chuẩn 802 dành cho mạng LAN mạng MAN Trải qua thời gian phát triển, kỹ sư viện IEEE phát triển nhiều chuẩn khác thuộc họ chuẩn IEEE 802 Các chuẩn dùng rộng rãi dành cho họ Ethernet, Token Ring, mạng LAN không dây, mạng LAN dùng bridge bridge ảo Tài liệu tập trung tìm hiểu tổng quan họ chuẩn IEEE 802 Bên cạnh đó, tài liệu sâu tìm hiểu tiêu chuẩn IEEE 802.11, tiêu chuẩn quan trọng họ chuẩn IEEE 802 Tài liệu chia làm chương gồm: Chương I: Tổng quan tổ chức IEEE họ chuẩn IEEE 802 Chương II: Một số chuẩn thông dụng họ chuẩn IEEE 802 Chương III: IEEE 802.11 chuẩn hóa mạng LAN khơng dây (WLAN) Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tạo điều kiện thầy ThS Ngơ Hán Chiêu q trình chúng em hồn thành đề tài -5- DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các tiêu chuẩn thuộc họ chuẩn IEEE 802 .15 Bảng 2.1 : So sánh ZigBee – Wifi - Bluetooth 28 Bảng 3.1 So sánh lớp vật lý chuẩn IEEE 802.11 .39 Bảng 3.2: Tổng kết cách dùng địa .54 Bảng 3.3: Các đặc tả kỹ thuật chủ yếu 802.11n .64 Bảng 3.4: Các đặc điểm kỹ thuật IEEE 802.11n 66 Bảng 3.5 Các đặc tính kiến trúc bảo mật mạng WLAN 88 HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình phân tầng mạng LAN .16 Hình 1.2: Quan hệ số chuẩn IEEE mơ hình OSI .16 Hình 1.3: Các thí vụ cách tiếp cận mơ hình OSI 17 Hình 2.1: Một số loại mạng Ethernet với đường truyền vật lý .21 Hình 2.2: Ví dụ mạng Ethernet 21 Hình 2.3: Vịng 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 hai trạm A B, thiết lập NAV 43 Hình 3.4 Khung MSDU 44 Hình 3.5 Sơ đồ chế truy cập 46 Hình 3.6 So sánh kiểu Ad Hoc kiểu sở hạ tầng 47 Hình 3.7 Khn 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: Khn 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: Cơng nghệ MIMO .63 Hình 3.15 :Các chuỗi liệu 802.11n 63 Hình 3.16: Sự tập hợp cải thiện hiệu chế độ Mixed 68 Hình 3.17: Các mức độ bảo vệ mạng 70 Hình 3.18 Các mẫu lan truyền RF 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 WEP, WPA 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 ASE Counter Mode .83 Hình 3.27: CBC MAC 84 -7- Hình 3.28 Chứng thực LEAP/RADIUS Cisco .87 Hình 3.29 Kiến trúc mạng WLAN đề xướng 89 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 0-9 100VG (Voice Grade) AnyLan 100VGAnyLAN Một loại công nghệ mạng 3G hệ thứ Third-Generation Công nghệ truyền thông 4G hệ thứ Fourth-Generation Công nghệ truyền thông A ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line bao bất đối xứng AMC Đường dây thuê Adaptive Modulation and Coding ANSI American National Standards Institute Quốc gia Hoa Kỳ AP Viện Tiêu chuẩn Access Point Điểm truy nhập ARCNET Attached Rersource Computer Network Token-passing ATM Một loại mạng cục Asynchronous Transfer Mode Giao thức truyền thông ATM B BAN Body Area Network Technologies Một loại công nghệ truyền thông BS Base Station Trạm phát BSS Basic Service Set Tập dịch vụ sở C CCK mã bù Complementary Code Keying CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance Kỹ thuật điều chế khóa Đa truy nhập cảm nhận sóng mạng nhắm tránh xung đội D DOCSIS Interface Data Over Cable Service Specification Là đặc tả DQDB Distribut ed-queue dual-bus Cáp quang hình trạng dạng bus kép D S d i s t r i b u t e d s y s t e m H ệ thống phân tán DSSS Directed Sequence Spread Spectrum phổ chuỗi trực tiếp E Trải 3.5.8 Kiến trúc khuyến nghị Phần đề xướng kiến trúc mạng WLAN dựa vào nguyên lý sau đây: ✓ Mạng không dây xem xét mạng không bảo mật cố hữu Như vậy, cần phải có firewall bên ngồi ✓ Sự mật mã hóa theo giải thuật WEP dễ bị bẻ gãy với giải thuật thông thường, không tin cậy để bảo mật liệu ✓ WEP cung cấp số bảo vệ khỏi xâm nhập nên sử dụng có chi phí quản lý thấp ✓ Khi yêu cầu mật mã hóa liệu mạnh, cần sử dụng giải pháp VPN/IPsec ✓ Vì truy cập tới mạng khơng dây khó điều khiển so với truy cập tới mạng nối dây, nên cần thực bảo dưỡng cung cấp truy cập từ mạng WLAN đến mạng khác (thậm chí mạng Internet) mà khơng có chứng thực trước Kiến trúc tổng quan Hình 3.29 Kiến trúc mạng WLAN đề xướng Kiến trúc đề xướng (hình 3.29) thay mạng khơng dây bên ngồi firewall Ngồi ra, sử dụng khóa WEP tĩnh mạng WLAN để có chi phí quản lý thấp cung cấp phương tiện Dị tìm Xâm nhập Mạng (NID) để theo dõi công bắt nguồn từ mạng WLAN đến mạng Internet mạng khác Người ta khuyến nghị phạm vi địa IP tên miền mạng không dây liên kết với mạng nội hữu Điều cho phép tách lưu thông không dây tốt giúp nhận diện lọc lưu thông tới/ra khỏi mạng Kiến trúc đề xướng hợp hầu hết nguyên lý thiết kế ban đầu cho phép vài mức truy cập tới mạng Internet từ mạng không - VPN, từ người dùng không xác thực Giả sử lan truyền RF giới hạn vùng khảo sát thiết lập công suất anten máy phát thích hợp, mạng WLAN khơng biểu dấu hiệu quan trọng đe dọa đến mạng nội mạng Internet Vì roaming AP nằm miền sở hữu, người ta khuyến cáo cao tất AP phải mua từ nhà cung cấp Điều bảo đảm trạm cuối trang bị với card NIC tương thích chuẩn IEEE 802.11 roaming AP Ngoài ra, cải tiến bảo mật chuyên biệt giới thiệu yêu cầu AP đồng -98- KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG TIẾP CẬN TIẾP THEO Từ kết tìm hiểu ta nhận thấy tiêu chuẩn IEEE 802 có vị trí đặc biệt quan trọng phát triển công nghệ thông truyền thông tương lai Từ việc phát triển công nghệ mạng LAN hữu tuyến Ethernet đến mạng LAN không dây WLAN, WMAN, WPAN, WRAN cho thấy đóng góp IEEE 802 việc phát triển cơng nghệ Những năm gần đây, IEEE 802 tiếp tục phát triển tiêu chuẩn công nghệ đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng Một số chuẩn công nghệ ứng dụng rộng rãi đời sống Một số chuấn mà IEEE 802 tiếp tục phát triển hứa hẹn tiếp tục thay công nghệ cũ không ngừng phát triển thêm Cũng qua tìm hiểu này, có nhìn tổng quan kiến thức công nghệ Wifi mạng WLAN Chúng ta thấy mạng không dây phát triển nhanh nhờ vào thuận tiện Hiện cơng nghệ khơng dây, Wi-Fi ứng dụng ngày mạnh mẽ đời sống Nhưng đa số người sử dụng Wi-Fi lĩnh vực liên quan đến máy tính mà khơng biết sóng Wi-Fi, người dùng dùng máy tính để điều khiển hệ thống đèn, quạt, máy lạnh, lò sưởi, máy tưới, hệ thống nước… Vấn đề quan trọng mạng không dây bảo mật chưa có giải pháp ổn định Trong phạm vi tìm hiểu xem xét đến đặc tính công nghệ chuẩn IEEE 802 tiêu chuẩn IEEE 802.11 mức khái quát Hướng phát triển nội dung nghiên cứu tập trung tìm hiểu giải pháp ứng dụng để phát triển mạng Wifi cho Trường Đại học Công nghệ Thông tin TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Báo cáo “Phân lớp Mac IEEE 802.11n” lớp D04VT1 – Học viện Bưu Chính Viễn Thơng [2] Báo cáo “Sự chuẩn hóa dịch vụ Ethernet tổ chức tiêu chuẩn diễn đàn công nghiệp giới” – Th.s Vũ Hoàng Sơn [3] Báo cáo “Báo cáo Wireless” - Học viện Hành Chính khu vực III [4] Bài giảng “Bảo mật 802.11n” – Học viện Hàng Không Việt Nam [5] Hướng dẫn thực đề cương chi tiết khóa luận – ĐH Cơng nghệ Thơng tin [6] Wikipedia – Bách khoa toàn thư tiếng Việt http://vi.wikipedia.org [7] Wikipedia – Bách khoa toàn thư tiếng Anh http://en.wikipedia.org [8] Tạp chí Bưu Viễn thơng: http://www.tapchibcvt.gov.vn [9] Thế giới vi tính PC World Việt Nam http://www.pcworld.com.vn [10] Google Việt Nam http://www.google.com.vn [11] IEEE http://www.ieee.org [12] IEEE 802 http://www.ieee802.org ... ad-hoc) Bộ chuẩn bao gồm tiêu chuẩn IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, …Bộ chuẩn chuẩn quan trọng, đề cập chi tiết chương 2.2.2 IEEE 802.15 – Công nghệ Bluetooth, ZigBee – mạng. .. 56 3.3.9 Các mạng Ad-hoc 56 3.4 Các tiêu chuẩn tiêu chuẩn IEEE 802.11 56 -1- Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 công nghệ Wifi GVHD: ThS Ngô Hán Chiêu 3.4.1 IEEE 802.11 ... Trong họ chuẩn IEEE 802, IEEE đưa chuẩn công nghệ Ethernet đầu tiên, công nghệ mạng LAN không dây (Wireless LAN, WPAN, WiMAX),… 1.2 Các tiêu chuẩn IEEE 1.2.1 Giới thiệu IEEE 802 họ chuẩn IEEE dành