1.2.4.1. Kiểu Ad-hoc
Trong kiểu Ad-hoc mỗi mỏy tớnh trong mạng giao tiếp trực tiếp với nhau thụng qua cỏc thiết bị card mạng khụng dõy mà khụng dựng đến cỏc thiết bị định tuyến hay thu phỏt khụng dõy.
1.2.4.2. Kiểu Infrastructure
Cỏc mỏy tớnh trong hệ thống mạng sử dụng một hoặc nhiều cỏc thiết bị định tuyến hay thiết bị thu phỏt để thực hiện cỏc hoạt động trao đổi dữ liệu với nhau và cỏc hoạt động khỏc.
Hỡnh 1.5: Mụ hỡnh Infrastructure Mode 1.2.5. Cự ly truyền súng, tốc độ truyền dữ liệu
Truyền súng điện từ trong khụng gian sẽ gặp hiện tượng suy hao. Vỡ thế đối với kết nối khụng dõy núi chung, khoảng cỏch càng xa thỡ khả năng thu tớn hiệu càng kộm, tỷ lệ lỗi sẽ tăng lờn, dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu sẽ phải giảm xuống.
Cỏc tốc độ của chuẩn khụng dõy như 11 Mbps hay 54 Mbps khụng liờn quan đến tốc độ kết nối hay tốc độ download, vỡ những tốc độ này được quyết định bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet.
Với một hệ thống mạng khụng dõy, dữ liệu được gửi qua súng radio nờn tốc độ cú thể bị ảnh hưởng bởi cỏc tỏc nhõn gõy nhiễu hoặc cỏc vật thể lớn. Thiết bị định tuyến khụng dõy sẽ tự động điều chỉnh xuống cỏc mức tốc độ thấp hơn, vớ dụ như là từ 11 Mbps sẽ giảm xuống cũn 5.5 Mbps và 2 Mbps hoặc thậm chớ là 1 Mbps.
1.3. Chuẩn IEEE 802.11 cho mạng WLAN
1.3.1. Giới thiệu
IEEE là tổ chức đi tiờn phong trong lĩnh vực chuẩn húa mạng LAN với đề ỏn IEEE 802 nổi tiếng bắt đầu triển khai từ năm 1980 và kết quả là hàng loạt chuẩn thuộc họ IEEE 802.x ra đời, tạo nờn một sự hội tụ quan trọng cho việc thiết kế và cài đặt cỏc mạng LAN trong thời gian qua.
IEEE 802.11 là chuẩn mạng WLAN do Ủy ban cỏc chuẩn về LAN/MAN của IEEE phỏt triển, hoạt động ở tần số 5 GHz và 2.4 GHz.
IEEE 802.11 và Wifi nhiều khi được hiểu là một, nhưng thực ra là cú sự khỏc biệt giữa chỳng. Wifi là một chuẩn cụng nghiệp đó được cấp chứng nhận và chỉ là một bộ phận của chuẩn 802.11. Wifi do Wi-Fi Alliance đưa ra để chỉ cỏc sản phẩm WLAN dựa trờn cỏc chuẩn IEEE 802.11 được tổ chức này chứng nhận. Những ứng dụng phổ biến của Wifi bao gồm Internet, VoIP, Game, ngoài ra cũn cú cỏc thiết bị điện tử gia dụng như Tivi, đầu DVD, Camera, …
Hỡnh 1.6: Bộ định tuyến khụng dõy Linksys
Hỡnh 1.7: Card mạng khụng dõy Compaq 802.11b PCI
IEEE 802.11 là một phần trong nhúm cỏc chuẩn 802. Trong 802 lại bao gồm cỏc chuẩn ở mức nhỏ hơn, như chuẩn 802.3 là chuẩn về Ethernet, 802.5 (token ring), 802.11 là chuẩn về mạng WLAN,… Chuẩn 802.11 được sử dụng kết hợp với 802.2(LLC) của lớp liờn kết.
Hỡnh 1.8: Chuẩn 802.11 trong mụ hỡnh OSI.
Họ cỏc chuẩn 802.11 hiện nay bao gồm rất nhiều cỏc kỹ thuật điều chế dựa trờn cựng một giao thức cơ bản. Cỏc kỹ thuật phổ biến nhất là b và g, cỏc chuẩn khỏc cũng đang được phỏt triển và cải tiến. 802.11n là một kỹ thuật điều chế đa luồng mới hiện đang được phỏt triển vào thời điểm này và mới chỉ cú cỏc sản phẩm sử dụng cỏc phiờn bản chưa chớnh thức. Cỏc chuẩn khỏc như c-f, h, j là những sửa đổi, mở rộng của cỏc chuẩn trước đú. Chuẩn 802.11a là chuẩn mạng khụng dõy đầu tiờn, nhưng 802.11b lại được sử dụng nhiều nhất, sau đú mới đến cỏc chuẩn 802.11g, 802.11a và 802.11n.
1.3.2. Nhúm lớp vật lý PHY 1.3.2.1. Chuẩn 802.11b 1.3.2.1. Chuẩn 802.11b
802.11b là chuẩn đỏp ứng đủ cho phần lớn cỏc ứng dụng của mạng. Với một giải phỏp rất hoàn thiện, 802.11b cú nhiều đặc điểm thuận lợi so với cỏc chuẩn khụng dõy khỏc. Chuẩn 802.11b sử dụng kiểu trải phổ dóy trực tiếp DSSS, hoạt động ở dải tần 2.4 GHz, tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 11 Mbps trờn một kờnh, tốc độ thực tế là khoảng từ 4-5 Mbps. Khoảng cỏch cú thể lờn đến 500 một trong mụi trường mở rộng. Khi dựng chuẩn này tối đa cú 32 người dựng / điểm truy cập.
Đõy là chuẩn đó được chấp nhận rộng rói trờn thế giới và được triển khai rất mạnh hiện nay do cụng nghệ này sử dụng dải tần khụng phải đăng ký cấp phộp phục vụ cho cụng nghiệp, dịch vụ, y tế.
Nhược điểm của 802.11b là hoạt động ở dải tần 2.4 GHz trựng với dải tần của nhiều thiết bị trong gia đỡnh như lũ vi súng, điện thoại mẹ con ... nờn cú thể bị nhiễu.
1.3.2.2. Chuẩn 802.11a
Chuẩn 802.11a là phiờn bản nõng cấp của 802.11b, hoạt động ở dải tần 5 GHz, dựng cụng nghệ trải phổ OFDM. Tốc độ tối đa từ 25 Mbps đến 54 Mbps trờn một kờnh, tốc độ thực tế xấp xỉ 27 Mbps, dựng chuẩn này tối đa cú 64 người dựng / điểm truy cập. Đõy cũng là chuẩn đó được chấp nhận rộng rói trờn thế giới.
1.3.2.3. Chuẩn 802.11g
Cỏc thiết bị thuộc chuẩn này hoạt động ở cựng tần số với chuẩn 802.11b là 2.4 Ghz. Tuy nhiờn chỳng hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu nhanh gấp 5 lần so với chuẩn 802.11b với cựng một phạm vi phủ súng, tức là tốc độ truyền dữ liệu tối đa lờn đến 54 Mbps, cũn tốc độ thực tế là khoảng 7-16 Mbps. Chuẩn 802.11g sử dụng phương phỏp điều chế OFDM, CCK – Complementary Code Keying và PBCC – Packet Binary Convolutional Coding. Cỏc thiết bị thuộc chuẩn 802.11b và 802.11g hoàn toàn tương thớch với nhau. Tuy nhiờn cần lưu ý rằng khi sử dụng lẫn cỏc thiết bị của hai chuẩn đú với nhau thỡ cỏc thiết bị sẽ hoạt động theo chuẩn nào cú tốc độ thấp hơn. Đõy là một chuẩn hứa hẹn trong tương lai nhưng hiện nay vẫn chưa được chấp thuận rộng rói trờn thế giới.
1.3.3. Nhúm lớp liờn kết dữ liệu MAC 1.3.3.1. Chuẩn 802.11d 1.3.3.1. Chuẩn 802.11d
Chuẩn 802.11d bổ sung một số tớnh năng đối với lớp MAC nhằm phổ biến WLAN trờn toàn thế giới. Một số nước trờn thế giới cú quy định rất chặt chẽ về tần số và mức năng lượng phỏt súng vỡ vậy 802.11d ra đời nhằm đỏp ứng nhu cầu đú. Tuy nhiờn, chuẩn 802.11d vẫn đang trong quỏ trỡnh phỏt triển và chưa được chấp nhận rộng rói như là chuẩn của thế giới.
1.3.3.2. Chuẩn 802.11e
Đõy là chuẩn được ỏp dụng cho cả 802.11 a,b,g. Mục tiờu của chuẩn này nhằm cung cấp cỏc chức năng về chất lượng dịch vụ - QoS cho WLAN. Về mặt kỹ thuật, 802.11e cũng bổ sung một số tớnh năng cho lớp con MAC. Nhờ tớnh năng này, WLAN 802.11 trong một tương lại khụng xa cú thể cung cấp đầy đủ cỏc dịch vụ như voice,
video, cỏc dịch vụ đũi hỏi QoS rất cao. Chuẩn 802.11e hiện nay vẫn đang trong quỏ trỡnh phỏt triển và chưa chớnh thức ỏp dụng trờn toàn thế giới.
1.3.3.3. Chuẩn 802.11f
Đõy là một bộ tài liệu khuyến nghị của cỏc nhà sản xuất để cỏc Access Point của cỏc nhà sản xuất khỏc nhau cú thể làm việc với nhau. Điều này là rất quan trọng khi quy mụ mạng lưới đạt đến mức đỏng kể. Khi đú mới đỏp ứng được việc kết nối mạng khụng dõy liờn cơ quan, liờn xớ nghiệp cú nhiều khả năng khụng dựng cựng một chủng loại thiết bị.
1.3.3.4. Chuẩn 802.11h
Tiờu chuẩn này bổ sung một số tớnh năng cho lớp con MAC nhằm đỏp ứng cỏc quy định chõu Âu ở dải tần 5GHz. Chõu Âu quy định rằng cỏc sản phẩm dựng dải tần 5 GHz phải cú tớnh năng kiểm soỏt mức năng lượng truyền dẫn TPC - Transmission Power Control và khả năng tự động lựa chọn tần số DFS - Dynamic Frequency Selection. Lựa chọn tần số ở Access Point giỳp làm giảm đến mức tối thiểu nhiễu đến cỏc hệ thống radar đặc biệt khỏc.
1.3.3.5. Chuẩn 802.11i
Đõy là chuẩn bổ sung cho 802.11 a, b, g nhằm cải thiện về mặt an ninh cho mạng khụng dõy. An ninh cho mạng khụng dõy là một giao thức cú tờn là WEP, 802.11i cung cấp những phương thức mó húa và những thủ tục xỏc nhận, chứng thực mới cú tờn là 802.1x. Chuẩn này vẫn đang trong giai đoạn phỏt triển.
1.3.4. Cỏc kiến trỳc cơ bản của chuẩn 802.11 1.3.4.1. Trạm thu phỏt - STA 1.3.4.1. Trạm thu phỏt - STA
STA – Station, cỏc trạm thu/phỏt súng. Thực chất là cỏc thiết bị khụng dõy kết nối vào mạng như mỏy vi tớnh, mỏy Palm, mỏy PDA, điện thoại di động, vv... với vai trũ như phần tử trong mụ hỡnh mạng ngang hàng Pear to Pear hoặc Client trong mụ hỡnh Client/Server. Trong phạm vi luận văn này chỉ đề cập đến thiết bị khụng dõy là mỏy vi tớnh, thường là mỏy xỏch tay cũng cú thể là mỏy để bàn cú card mạng kết nối khụng dõy.
1.3.4.2. AP
AP là thiết bị khụng dõy, là điểm tập trung giao tiếp với cỏc STA, đúng vai trũ cả trong việc truyền và nhận dữ liệu mạng. AP cũn cú chức năng kết nối mạng khụng dõy thụng qua chuẩn cỏp Ethernet, là cầu nối giữa mạng khụng dõy với mạng cú dõy. AP cú phạm vi từ 30m đến 300m phụ thuộc vào cụng nghệ và cấu hỡnh.
1.3.4.3. BSS
Kiến trỳc cơ bản nhất trong WLAN 802.11 là BSS. Đõy là đơn vị của một mạng con khụng dõy cơ bản. Trong BSS cú chứa cỏc STA, nếu khụng cú AP thỡ sẽ là mạng cỏc phần tử STA ngang hàng (cũn được gọi là mạng Adhoc), cũn nếu cú AP thỡ sẽ là mạng phõn cấp (cũn gọi là mạng Infrastructure). Cỏc STA trong cựng một BSS thỡ cú
thể trao đổi thụng tin với nhau. Người ta thường dựng hỡnh Oval để biểu thị phạm vi của một BSS. Nếu một STA nào đú nằm ngoài một hỡnh Oval thỡ coi như STA khụng giao tiếp được với cỏc STA, AP nằm trong hỡnh Oval đú. Việc kết hợp giữa STA và BSS cú tớnh chất động vỡ STA cú thể di chuyển từ BSS này sang BSS khỏc. Một BSS được xỏc định bởi mó định danh hệ thống SSID, hoặc nú cũng cú thể hiểu là tờn của mạng khụng dõy đú.
Hỡnh 1.9: Mụ hỡnh một BSS 1.3.4.4. IBSS
Trong mụ hỡnh IBSS, là cỏc BSS độc lập, tức là khụng cú kết nối với mạng cú dõy bờn ngoài. Trong IBSS, cỏc STA cú vai trũ ngang nhau. IBSS thường được ỏp dụng cho mụ hỡnh Adhoc bởi vỡ nú cú thể được xõy dựng nhanh chúng mà khụng phải cần nhiều kế hoạch.
1.3.4.5. Hệ thống phõn tỏn - DS
Người ta gọi DS - Distribution System là một tập hợp của cỏc BSS. Mà cỏc BSS này cú thể trao đổi thụng tin với nhau. Một DS cú nhiệm vụ kết hợp với cỏc BSS một cỏch thụng suốt và đảm bảo giải quyết vấn đề địa chỉ cho toàn mạng
1.3.4.6. ESS
ESS là một khỏi niệm rộng hơn. Mụ hỡnh ESS là sự kết hợp giữa DS và BSS cho ta một mạng với kớch cỡ tựy ý và cú đầy đủ cỏc tớnh năng phức tạp. Đặc trưng quan trọng nhất trong một ESS là cỏc STA cú thể giao tiếp với nhau và di chuyển từ một vựng phủ súng của BSS này sang vựng phủ súng của BSS mà vẫn trong suốt với nhau ở mức LLC – Logical Link Control.
Hỡnh 1.10: Mụ hỡnh ESS
1.3.5. Cỏc quỏ trỡnh cơ bản diễn ra trong mụ hỡnh Infrastructure
Để hiểu quỏ trỡnh kết nối giữa STA và AP diễn ra như thế nào và khi nào thỡ chỳng thực sự truyền dữ liệu, chỳng ta sẽ xem xột ở gúc độ tổng quan trước. Đú là một loạt cỏc quỏ trỡnh diễn ra trong hệ thống khụng sử dụng chế độ bảo mật. Ở đõy, ta coi AP đó được cấp nguồn và hoạt động bỡnh thường. AP quảng bỏ sự hiện diện của chớnh bản thõn nú bằng cỏch gửi cỏc thụng bỏo vụ tuyến ngắn liờn tục khoảng 10 lần trong một giõy. Những thụng bỏo này được gọi là beacon và cho phộp cỏc thiết bị khụng dõy phỏt hiện ra sự tồn tại của AP đú.
Giả sử rằng cú ai đú bật mỏy tớnh cú card mạng khụng dõy (STA). Sau khi được kớch hoạt, STA này bắt đầu dũ tỡm cỏc AP. Nú cũng cú thể được cấu hỡnh để tỡm kiếm một AP duy nhất, tuy nhiờn, nú cũng cú thể kết nối với một AP bất kỳ nào khỏc mà nú “nhỡn thấy”. Cú rất nhiều tần số khỏc nhau (được gọi là cỏc kờnh) mà STA cú thể sử dụng để dũ tỡm cỏc beacon. Quỏ trỡnh này được gọi là quột.
STA này cú thể phỏt hiện thấy một vài AP xung quanh mà nú cú thể truy cập và phải quyết định kết nối với AP nào, vỡ tại một thời điểm nú chỉ cú thể kết nối tới một AP duy nhất, thường AP được lựa chọn cú độ lớn của tớn hiệu lớn nhất. Khi STA đó sẵn sàng kết nối với một AP nào đú, trước hết, nú gửi một thụng bỏo yờu cầu chứng thực tới AP. Chuẩn 802.11 ban đầu coi thụng bỏo chứng thực như là một phần của giải phỏp bảo mật. Vỡ trong tỡnh huống đặt ra, ta khụng sử dụng phương phỏp bảo mật nào, AP lập tức đỏp ứng yờu cầu chứng thực bằng cỏch gửi thụng bỏo đỏp trả lại và chỉ ra rằng nú chấp nhận kết nối.
Khi một STA kết nối với một AP, nú được phộp gửi và nhận dữ liệu từ mạng đú. STA gửi một thụng bỏo yờu cầu kết nối và AP gửi trả lại một thụng bỏo thể hiện kết nối thành cụng. Sau thời điểm đú, dữ liệu do STA gửi tới AP được gửi tiếp tới mạng LAN thụng qua chớnh AP đú. Và ngược lại, dữ liệu từ mạng LAN muốn chuyển tới STA cũng phải thụng qua AP.
Đối với cỏc sản phẩm hỗ trợ Wifi thời kỳ đầu, khi đó kết nối nghĩa là ta cú quyền truy nhập ngay lập tức. Tuy nhiờn, theo quan niệm bảo mật mới, kết nối tức là cho phộp STA bắt đầu quỏ trỡnh chứng thực, quỏ trỡnh này thực sự cần thiết để đảm bảo việc truy cập mạng được an toàn.
1.3.5.1. Beacon
Việc quảng bỏ beacon là một phương phỏp mà nhờ đú AP thụng bỏo với cỏc thiết bị xung quanh là nú đó sẵn sàng hoạt động trong mụi trường mạng. Cỏc beacon là những khung chứa thụng tin quản lý do chớnh AP gửi đi, thường là 10 lần trong một giõy. Beacon này chứa cỏc thụng tin như là tờn mạng và khả năng của AP. Vớ dụ, beacon cú thể cho STA biết liệu AP đú cú hỗ trợ cỏc phương phỏp bảo mật mới của chuẩn IEEE 802.11 hay khụng.
1.3.5.2. Thăm dũ
Khi một thiết bị được bật lờn, nú cú thể lắng nghe cỏc beacon và hy vọng sẽ tỡm thấy một AP nào đú để thiết lập kết nối. Ta cú thể cho rằng là 10 beacon trong một giõy là quỏ nhiều và lóng phớ. Tuy nhiờn, nờn nhớ rằng cú nhiều kờnh tần số khỏc nhau và STA phải quột trờn mỗi tần số và đợi 0,1 giõy, như vậy là cũng phải mất một thời gian mới cú thể quột hết được tất cả cỏc kờnh. Thờm vào đú, nếu ta đó kết nối và muốn tỡm một AP mới vỡ tớn hiệu của AP cũ quỏ yếu, ta phải làm sao tỡm và kết nối được càng nhanh càng tốt để khụng bị giỏn đoạn. Vỡ vậy mà STA cú một lựa chọn là gửi đi thụng bỏo thăm dũ. Ta cú thể hỡnh dung nú như khi ta về nhà mà chẳng nhỡn thấy mọi người đõu, lỳc đú ta sẽ hỏi: “Cú ai ở nhà khụng?”. Nếu bất kỳ một AP nào nhận được thụng tin thăm dũ đú, nú ngay lập tức gửi trả lại thụng bỏo giống như dạng một beacon. Nhờ đú mà một STA cú thể nhanh chúng biết được thụng tin về cỏc AP xung quanh nú.
1.3.5.3. Kết nối với một AP
Như chỳng ta đó núi ở trờn quỏ trỡnh kết nối với một AP được gọi là assciation. Khi muốn kết nối, thiết bị phải gửi yờu cầu kết nối, AP cú thể đỏp trả lại yờu cầu đú. Nếu được chấp nhận, ta cú kết nối thành cụng với AP.
1.3.5.4. Roaming
Nếu cú nhiều AP trong cựng một mạng, STA của ta cú thể gặp trường hợp chuyển kết nối từ AP này sang AP khỏc. Để làm được điều đú, trước hết nú phải ngắt kết nối với AP cũ bằng thụng bỏo hủy kết nối, rồi sau đú nú kết nối với AP mới sử