CHƢƠNG 2 : CÁC CHUẨN VỀ CÁC MẠNG LAN CƠ BẢN
2.2. Chuẩn về mạng LAN không dây 802.11
Sau khi mạng có dây phát triển mạnh mẽ thì nhu cầu sử dụng mạng LAN không dây cũng bùng nổ. Bởi vậy, chuẩn cho mạng LAN không dây cũng được xây dựng, trong đó giao thức CSMA/CA được ứng dụng thay thế CSMA/CD. Một trong những lý do không sử dụng CSMA/CD đó là trên WLAN, các trạm không có khả năng phát hiện tín hiệu sinh ra do đụng độ. Sau đây tôi trình bày về các hiện tượng dẫn đến việc phải sử dụng giao thức CSMA/CA thay cho giao thức CSMA/CD, sau đó sẽ đi sâu vào giao thức cơ bản nhất của chuẩn 802.11 dành cho mạng LAN không dây là CSMA/CA và các bổ sung, cải tiến cho nó.
2.2.1. Giao thức CSMA/CA và các hiện tƣợng trong WLAN a) Hiện tƣợng trạm bị ẩn (Hidden Terminal) trong WLAN
Hiện tượng này là 1 trong 2 nguyên nhân chính dẫn đến việc không sử dụng được giao thức CMSA/CD trong mạng WLAN như đã nói ở trên, sau đây tôi trình bày cụ thể về hiện tượng này như sau:
Giả sử ta có 3 trạm phát không dây A, B và C và phạm vi hoạt động của nó là các hình tròn, như trên hình 6:
Hình 6: Hiện tượng Hidden Terminal trong WLAN Khi đó, hiện tượng Hidden Terminal xảy ra khi:
· A đang nói chuyện với B (A gửi gói tin cho B)
· Trong lúc đó C cũng muốn nói chuyện với B, C cảm nhận kênh truyền, C không nghe thấy A do C nằm ngoài vùng phủ sóng của A
· C quyết định nói chuyện với B · Tại B xảy ra xung đột
Như vậy A là ẩn so với C và ngược lại.
Để khắc phục hiện tượng hidden Terminal, người ta đã đề xuất sử dụng thêm cặp gói tin điều khiển RTS/CTS, được sử dụng như sau:
· A muốn nói chuyện với B, trước hết A cần gửi RTS cho B · B gửi lại cho A CTS nếu nó sẵn sàng nhận
· C nghe thấy CTS và biết rằng C chấp nhận nói chuyện với A. · C không nói chuyện với B và chờ đợi
· A gửi dữ liệu cho B, không xảy ra xung đột.
Vấn đề đặt ra là C phải chờ bao lâu thì mới nói chuyện được với B, điều này được quyết định như sau:
Trong RTS mà A gửi cho B có chứa độ dài của DATA mà nó muốn gửi. B chứa thông tin chiều dài này trong gói CTS mà nó gửi lại A, C khi “ nghe” thấy gói CTS sẽ biết được chiều dài gói dữ liệu và sử dụng nó để đặt thời gian kìm hãm sự truyền.
b) Hiện tƣợng trạm bị lộ (Exposed terminal) trong WLAN
Trong môi trường truyền không dây của WLAN, khi có sự tham ra của nhiều thiết bị không dây sẽ xuất hiện thêm vấn đề cần giải quyết đó là hiện tượng trạm đầu cuối bị lộ (Exposed Terminal). Giả sử trong mạng có 4 thiết bị không dây là A, B, C và D với phạm vi phát sóng và vị trí như được minh hoạ trên hình 7:
Hình 7: Hiện tượng Exposed Terminal trong WLAN Khi đó hiện tượng Exposed Terminal xảy ra khi:
· Trong khi B đang nói chuyện với A · C muốn nói chuyện với D
· C cảm nhận kênh truyền và thấy kênh đang bận
· C giữ im lặng, trong khi nó hoàn toàn có thể nói chuyện với D. Điều này gây lãng phí kênh truyền.
Đối với hiện tượng Exposed Terminal ta cũng cần sử dụng thêm cặp gói tin điều khiển RTS/CTS để giải quyết vấn đề này như sau:
· B gửi RTS cho A (bao trùm cả C) · A gửi lại CTS cho B (nếu A rỗi) · C không nghe thấy CTS của A
· C coi rằng A hoặc “chết” hoặc nó nằm ngoài phạm vi phát của A · C nói chuyện bình thường với D.
Các vấn đề này được khắc phục bằng cách tạo ra một khoảng thời gian trễ lặp lại ngẫu nhiên mà giao thức CMSA/CA được trình bày sau đây sử dụng trong mạng WLAN.
c) Cơ chế đa truy nhập CSMA/CA:
CSMA/CA thuộc về lớp các giao thức đa truy cập. CSMA/CA là viết tắt của: Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance. CSMA/CA được phát triển từ giao thức CSMA và được bổ sung thêm chức năng tránh đụng độ CA (Collision Avoidance) để cải thiện hiệu suất thực hiện bằng cách hạn chế tối đa sự đụng độ trên kênh truyền. Trong CSMA, một trạm không dây muốn truyền khung, đầu tiên nó sẽ nghe trên môi trường không dây để
xác định hiện có trạm nào đang truyền hay không (cảm nhận sóng mang). Nếu môi trường này hiện đang bị chiếm, trạm không dây tính toán một khoảng trễ lặp lại ngẫu nhiên. Ngay sau khi thời gian trễ đó trôi qua, trạm không dây lại nghe xem liệu có trạm nào đang truyền hay không. Bằng cách tạo ra thời gian trễ ngẫu nhiên, nhiều trạm đang muốn truyền tin sẽ không cố gắng truyền lại tại cùng một thời điểm. Điều này làm giảm xác suất va chạm trên kênh.
CSMA/CA được sử dụng trong WLAN 802.11 bởi bản chất của WLAN là không thể nghe trong khi gửi do đó nó không thể phát hiện được xung đột. Một vấn đề khác nữa là hiện tượng “hidden terminal” và “Exposed terminal”. Để giải quyết vấn đề trên, CMSA/CA có những tùy chọn bổ sung bằng cách trao đổi gói Request to Send (RTS) được truyền từ trạm gửi S và Clear to Send (CTS) được truyền từ trạm nhận R, thông báo cho toàn bộ các node trong phạm vi của trạm nhận và gửi để chúng giữ yên lặng tránh đụng độ. Điều này được gọi là chuẩn 802.11 RST/CTS.
2.2.2. Chuẩn 802.11 trong mạng WLAN
Sau thời kỳ bùng nổ của mạng LAN, bắt đầu hình thành nhu cầu sử dụng mạng không dây WLAN. Vào năm 1997, IEEE đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được biết với tên gọi WIFI (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN. Chuẩn 802.11 hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu:
- Omni-directional (truyền tín hiệu theo mọi hướng). - Semi-directional (truyền tín hiệu theo một hướng). - Highly-directional (truyền tín hiệu điểm-điểm)
Trong đó có bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần số 2.4Ghz. Vào năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho chuẩn 802.11 là các chuẩn con 802.11a và 802.11b. Những thiết bị WLAN dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội về tốc độ và tính bảo mật so với chuẩn 802.11. Các thiết bị WLAN 802.11b truyền phát ở tần số 2.4Ghz, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 11Mbps còn 802.11 chỉ tối đa chỉ 2Mbps. IEEE 802.11b được tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về tính hiệu dụng, thông lượng (throughput) và bảo mật có thể so sánh được với mạng có dây.
Vào năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cải tiến là chuẩn 802.11g, theo chuẩn này có thể truyền nhận thông tin ở cả hai giải tần 2.4Ghz và 5Ghz và có thể nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54Mbps. Thêm vào đó, những sản phẩm áp dụng chuẩn 802.11g cũng có thể tương thích ngược với các thiết bị theo chuẩn 802.11b. Chuẩn IEEE Tốc độ tối đa (Mbps) Phạm vi (mét) Tần số (GHz) Ghi chú. 802.11 2 50-100 2.4
802.11a 54 50-100 5 Không tương thích với 802.11b và giá thành cao hơn 802.11b. 802.11b 11 50-100 2.4 Thiết bị dựa trên 802.11b đã trở
thành một công nghệ vượt trội. 802.11g 54 50-100 2.4,5 Tương thích ngược với 802.11b. Bảng trên không bao gồm hết tất cả các chuẩn bổ sung chưa chính thức. Chẳng hạn như vào tháng 11/2005, IEEE thông qua chuẩn 802.11e, cung cấp một sự cải tiến chất lượng dịch vụ trong việc truyền tải các nội dung đa phương tiện. Chuẩn 802.11n cũng hiện tại đang được xem xét để nâng thông lượng dữ liệu truyền lên tới thấp nhất là 100Mbps.
Những biến thể của 802.11 được liệt kê ở trên tất cả đều bao gồm những đặc điểm bảo mật chung được biết đến là giải pháp WEP (Wired Equivalent Privacy), nó được xem là giải pháp dựa trên đặc điểm của mạng LAN có dây. Tuy nhiên cấu hình 802.11 dựa trên WEP đã xuất hiện những vấn đề bảo mật (khiếm khuyết) đã được minh chứng rõ ràng. Chính IEEE đã thừa nhận sự hạn chế này và đã vạch ra những kế hoach ngắn hạn cũng như dài hạn để khắc phục những vấn đề này.
Vào tháng 6/2004, IEEE đưa ra bản bổ sung cho 802.11 gọi là 802.11i. dùng để khắc phục những thiếu sót của WEP. IEEE 802.11i chỉ định ra những thành phần bảo mật sẽ hoạt động chung với tất cả các chuẩn 802.11, chẳng hạn như 802.11a, 802.11b hay 802.11g.