Wireless Bridge là một thiết bị được sử dụng để kết nối hai hoặc nhiều phân đoạn mạng (LAN hoặc các bộ phận của một mạng LAN) với nhau bằng những phương thức vật lý và logic khác nhau. Với WB ta có thể kết nối hầu như bất cứ thiết bị nào có giao tiếp cổng Ethernet, chẳng hạn một máy in mạng vào mạng không dây. Ta dùng cáp nối thiết bị vào cổng Ethernet của cầu nối, và cầu nối sẽ truyền dữ liệu từ thiết bị này đến thiết bị không dây. Lúc này, bản thân thiết bị hoạt động chẳng khác gì với khi lắp vào mạng có dây.
Hình 2.6 Wireless Bridge Linksys
Thiết bị cầu nối không dây làm việc theo cặp (point-to-point), một trên mỗi bên của "cầu nối". Tuy nhiên, có thể có nhiều đồng thời "cầu" sử dụng một thiết bị trung tâm (điểm đến đa điểm). Cầu nối có thể được thông qua WDS (Wireless Distribution System) để tạo ra một cầu không dây mức 2 giữa hai hoặc nhiều điểm.
2.4.5 Bộ chuyển đổi không dây (Wireless Adapter) và Card mạng không dây (Wireless Card):
Thiết bị này còn được gọi là Bộ điều hợp mạng không dây hoặc NIC (Network Interface Card), là thiết bị gắn trên PC hay thiết bị cầm tay như Laptop,
PDA,…sử dụng môi trường là sóng điện từ, cho phép PC hay Laptop trao đổi dữ liệu được với nhau thông qua sóng vô tuyến.
Chức năng của Wireless card cũng giống như chức năng của card mạng có dây là truyền dữ liệu giữa các máy trạm không dây và giữa các máy trạm với AP. Card mạng không dây giao tiếp máy tính với mạng không dây bằng cách điều chế tín hiệu dữ liệu với chuỗi trải phổ và thực hiện một giao thức truy nhập cảm ứng sóng mang.
Thiết bị có 3 chủng loại tương ứng với các kiểu giao tiếp như sau: - PC Card: Dùng cho máy tính xách tay khi sử dụng khe cắm PCMCIA.
Hình 2.7 PC Card của Asus và Planet
- Adapter Card: dùng cho máy tính để bàn sử dụng khe cắm PCI, ISA, EISA.
- Card lắp rời bên ngoài, thông thường loại này kết nối với máy tính thông qua cổng USB, COM, Parallel…
CHƢƠNG 3. CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA WIFI
3.1 Kiến trúc của công nghệ Wifi :
3.1.1 Các thành phần kiến trúc: Distr Distr ibutio n Syst em (D S) Access Point (AP) Station Exten ded S ervice Set ( ESS) – mult iple c ells
Basic Service Set (BSS) – single cell
Hình 3.1 Các thành phần kiến trúc của Wifi
Tập dịch vụ cơ bản BSS (Basic Service Set):
- Thành tố cơ bản của kiến trúc 802.11 là tế bào (cell) với tên gọi trong 802.11 là BSS. Mỗi BSS thường gồm một vài máy trạm không dây (Station) hay là máy khách (Client) và một trạm cơ sở trung tâm được gọi là điểm truy nhập AP. Các máy trạm (có thể di động hoặc cố định) và trạm trung tâm liên lạc với nhau bằng giao thức MAC IEEE 802.11 không dây.
- Có thể kết nối nhiều trạm AP với nhau bằng mạng hữu tuyến Ethernet hoặc một kênh không dây khác để tạo một hệ thống phân phối DS (Distribution System).
- Khi môt AP kết nối trực tiếp đến một mạng có dây và thiết lập một trạm truy cập không dây, thì cấu hình mạng này được gọi là BSS. Đặc thù là AP kết nối trực tiếp với DSM (Distribute System Medium). Một BSS chỉ có 1 AP và một hoặc nhiều trạm. Một BSS có một SSID (Service Set Identification).
- Mỗi trạm trong BSS liên lạc với các trạm khác hay các host trong mạng có dây thông qua AP. Các trạm không thể liên lạc trực tiếp với nhau mà không thông qua AP. BSS tạo nên một vùng sóng đơn hay khu vực RF, xung quanh điểm truy cập với tốc độ dữ liệu thay đổi (vòng tròn đồng tâm) tùy thuộc vào tốc độ dữ liệu, được đo bằng Mbps. Tốc độ dữ liệu trong vòng tròn đồng tâm sẽ phụ thuộc vào kỹ thuật được sử dụng, tốc độ nhỏ nhất khi cách xa AP nhiều nhất.
Tập hợp dịch vụ mở rộng ESS (Extended Service Set):
- Tập dịch vụ mở rộng được định nghĩa như hai hay nhiều tập dịch vụ cơ bản BSS được kết nối trực tiếp bởi một hệ thống phân phối chung DS. Hệ thống phân phối có thể là là có dây, không dây, LAN, WAN hoặc phương pháp khác của liên kết mạng.
- Một ESS phải có ít nhất 2 AP hoạt động ở mode infrastructure. Giống như BSS, tất cả các gói trong một ESS phải thông qua AP. Một tập dịch vụ mở rộng (ESS) là một tập hợp nhiều AP với sự chồng lấp khu vực phủ sóng. Mục đích của che lấp vùng phủ sóng là để chuyển vùng liên tục cho các client trong trạm. Hầu hết các hệ thống yêu cầu độ che lấp là 20% để đạt được độ liên tục chuyển vùng. Dù sự liên tục khi chuyển vùng là khía cạnh then chốt trong thiết kế WLAN, nhưng không yêu cầu đảm bảo không ngắt kết nối.
- Trong trường hợp một trạm rời khỏi khu vưc dịch vụ cơ bản (BSS) của AP đầu tiên sẽ mất kết nối. Trạm sẽ thiết lập lại kết nối ngay khi nó di chuyển vào trong khu vưc AP thứ hai. Phương pháp linh động giữa các vùng được xem như sự chuyển vùng qua lại (nomadic roaming). Trường hợp cuối cùng, nhiều
AP trong ESS trùng lắp hoàn toàn nhau. Kỹ thuật ESS 802.11 này được gọi là cùng vị trí (co-location). Kỹ thuật này nhằm tăng công suất của các tạm.
- Tên của một ESS là ESSID. Dù về bản chất, một ESSID đồng bộ với một SSID, không yêu cầu các AP tham gia trong ESS chia sẻ chính xác cùng tên mạng. Các AP chia sẻ cùng một DSM có thể khác SSID và vẫn hòan toàn như một ESS.
Wired Network
ESS
DS
Hình 3.2 Mô hình DS và ESS
Hệ thống phân phối DS (Distribution System):
- Thành phần kiến trúc dùng để kết nối các nhóm dịch vụ với nhau và tích hợp với các mạng LAN để tạo thành một mạng mở rộng được gọi là Hệ thống phân phối DS. Hay nói cách khác, DS sử dụng để kết nối các BSS với nhau, để điều phối thông tin đến các trạm đích.
- 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 tập dịch vụ cơ bản 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 và trên môi trường hệ thống phân phối 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 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.
Điểm truy nhập AP (Access Points):
- Thiết bị gọi là điểm truy nhập đóng vai trò như là cầu nối giữa 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 lớn hơn.
- 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.
Các máy trạm (Stations) hay máy khách (Client):
- Các WLAN được thiết kế và xây dựng nhằm mục đích kết nối các máy trạm với nhau. Các máy trạm là các thiết bị đầu cuối có hỗ trợ kết nối vô tuyến như: máy tính xách tay, PDA, Palm, máy tính để bàn (có hỗ trợ kết nối vô tuyến). Tập dịch vụ cơ bản độc lập IBSS (Independent Basic Service Set):
- Các nút mạng không dây là ngang hàng với nhau, chúng truyền thông tin trực tiếp với nhau, không thông qua bất cứ điểm truy cập nào khác. Các nút phải ở trong phạm vi hoạt động của nhau để có thể truyền thông tin với nhau.
- BSS và ESS thưòng được gọi là chế độ cơ sở hạ tầng mạng (infrastructure mode), còn IBSS được gọi là chế độ ad-hoc (ad-hoc mode), không có một cơ sở hạ tầng mạng cho trước.
3.1.2 Kiến trúc các lớp trong mô hình OSI của chuẩn IEEE 802.11:
Mô hình OSI (Open System Interconnection) là mô hình được tổ chức ISO đề xuất từ 1977 và công bố lần đầu vào 1984. Để các máy tính và các thiết bị mạng có thể truyền thông với nhau phải có những qui tắc giao tiếp được các bên chấp nhận. Mô hình OSI là một khuôn mẫu giúp chúng ta hiểu dữ liệu đi xuyên qua mạng như thế nào đồng thời cũng giúp chúng ta hiểu được các chức năng mạng diễn ra tại mỗi lớp. Trong mô hình OSI có bảy lớp, mỗi lớp mô tả một phần chức năng độc lập. Chuẩn IEEE 802.11 định nghĩa lớp vật lý (PHY) và lớp điều khiển truy cập môi trường (MAC) cho các mạng WLAN.
7. Application 6. Presentation 5. Session 4. Transport 3. Network 2. Data Link 1. Physical 802.3 Ethernet 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.11 Wireless LAN 802.2 Logical Link Control (LLC)
PHY MAC
Hình 3.3 Vị trí của 802.11 trong mô hình OSI
Lớp Vật Lý PHY:
- 802.11 cung cấp ba định nghĩa PHY khác nhau: cả FHSS và DSSS hỗ trợ tốc độ dữ liệu 1Mbps và 2Mbps. Một sự mở rộng của kiến trúc 802.11 (802.11a) định nghĩa các kỹ thuật đa thành phần có thể đạt được tốc độ dữ liệu tới 54Mbps. Một sự mở rộng khác (802.11b) định nghĩa tốc độ dữ liệu 11Mbps và
5.5Mbps tận dụng một sự mở rộng tới DSSS được gọi là HR/DSSS (High Rate). 802.11b còn định nghĩa một kỹ thuật thay đổi tốc độ mà từ mạng 11Mbps xuống còn 5.5Mbps, 2Mbps, hoặc 1Mbps dưới các điều kiện nhiễu hoặc để hoạt đông với các lớp PHY 802.11 thừa kế.
- Hệ thống trải phổ nhảy tần FHSS 2.4GHz và hệ thống IR của chuẩn IEEE 802.11 ít khi được sử dụng. Lớp vật lý OFDM 5GHz có phạm vi hạn chế (xấp xỉ 15m) nên nó ít được sử dụng. Đa số các sản phẩm hiện tại thực hiện công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) theo chuẩn IEEE 802.11b ở tốc độ dữ liệu lên trên tới 11Mbps do lợi thế khả năng thực hiện và giá thành của nó. - Lớp vật lý của IEEE 802.11 tương ứng hoàn toàn với lớp vật lý trong mô hình OSI chuẩn. Lớp vật lý cung cấp sự kết nối cho phép truyền các khung dữ liệu MAC từ trạm này đến trạm khác qua môi trường truyền. Lớp vật lý PHY được chia thành 2 phân lớp và thực thể chức năng quản lý lớp vật lý:
Phân lớp phụ thuộc môi trường vật lý PMD (Physical Medium Depentdant): xử lý các thuộc tính của môi trường vô tuyến (tức là các phương pháp trải phổ) và xác định cách phát và thu dữ liệu thông qua môi trường (ví dụ như điều chế và mã hóa).
Phân lớp hội tụ lớp vật lý PLCP (Physical Layer Covergence Procedure): xác định phương pháp chuyển đổi các đơn vị dữ liệu giao thức phân lớp MAC vào một khuôn dạng gói thích hợp cho phân lớp PMD. Nó cũng có thể thực hiện cảm biến sóng mang (ấn định kênh) cho phân lớp MAC.
Chức năng quản lý lớp vật lý PLME (Physical Layer Management Entity): thực hiện quản lý các chức năng lớp vật lý kết hợp với các thực thể quản lý MAC.
- PHY cung cấp một giao diện để trao đổi các khung (frame) với lớp MAC ở trên cho việc truyền và nhận dữ liệu. PHY sử dụng điều chế sóng mang tín hiệu và phổ trải rộng để truyền các khung dữ liệu qua môi trường vô tuyến. PHY cung cấp một dấu hiệu cảm ứng sóng mang trở lại MAC để kiểm tra hoạt động trên môi trường.
802.11 2Mbps S-Band ISM FHSS PHY MAC 802.11b 11Mbps S-Band ISM DSSS 802.11a 54Mbps S-Band ISM OFDM 802.11g 54Mbps S-Band ISM OFDM CSMA/CA
802.2 Logical Link Control (LLC)
Hình 3.4 Lớp vật lý của 802.11
Lớp Điều khiển truy nhập môi trường MAC (Media Access Control):
- Đặc trưng nhất của IEEE 802.11 chính là lớp con MAC. Lớp con MAC quy định các phương thức truy nhập kênh, truyền khung dữ liệu và tương tác với môi trường mạng bên ngoài. Trong khi lớp vật lý chuẩn IEEE 802.11 khác với chuẩn IEEE 802.3 Ethernet, thì chỉ tiêu kỹ thuật của MAC tương tự như chỉ tiêu kỹ thuật của MAC Ethernet chuẩn IEEE 802.3 cộng với Điều khiển liên kết Logic (LLC) chuẩn IEEE 802.2, nó làm cho không gian địa chỉ MAC chuẩn IEEE 802.11 thích hợp với không gian địa chỉ MAC của các giao thức IEEE 802.
- Trong khi MAC Ethernet chuẩn IEEE 802.3 thực chất là đa truy cập nhạy sóng mang phát hiện va chạm CSMA/CD, thì MAC chuẩn IEEE 802.11 là đa truy cập cảm ứng sóng mang chống va chạm CSMA/CA. Sự khác nhau này là do không có phương cách thiết thực để truyền và nhận cùng lúc trên môi trường không dây.
- Ngoài các tính năng chuẩn được thực hiện bởi các lớp MAC, lớp MAC chuẩn IEEE 802.11 còn thực hiện chức năng khác liên quan đến các giao thức lớp trên như phân đoạn, phát lại gói dữ liệu, và các ghi nhận.
- Kiến trúc của lớp con MAC trong tiêu chuẩn IEEE 802.11 bao gồm hai chức năng phối hợp cơ bản là chức năng phối hợp phân bố DCF (Distribution Coordiration Funtion) và chức năng phối hợp điểm PCF (Point Coordiration Funtion). Mỗi chức năng định nghĩa một phương thức hoạt động khác nhau cho trạm muốn truy nhập vào môi trường không dây. Chức năng phối hợp
được hiểu như là chức năng quyết định việc khi nào một trạm ở trong BSS được phép truyền hay nhận một phân đoạn đơn vị dữ liệu giao thức MAC ở môi trường vô tuyến.
- Chế độ hoạt động DCF là bắt buộc đối với tất cả các ứng dụng, còn chức năng PCF là tuỳ chọn, DCF không sử dụng bất cứ loại điều kiện trung tâm nào, bản chất của nó là một giao thức MAC đa truy cập cảm nhận sóng mang tránh va chạm CSMA/CA. Chế độ còn lại PCF sử dụng trạm nền để điều khiển toàn bộ các hoạt động, nó hoạt động tương tự như một hệ hở vòng.
Yêu cầu cho dịch vụ không cạnh tranh
Sử dụng cho các dịch vụ cạnh tranh và cơ sở cho
PCF
Chức năng phối hợp điểm (PCF)
Chức năng phối hợp phân tán (DCF)
MAC Extent
Hình 3.5 Mô hình phân lớp MAC
- Chức năng phối hợp phân bố DCF:
Phương thức truy nhập cơ bản của MAC WLAN IEEE 802.11 là DCF được biết với dưới tên đa truy nhập cảm ứng sóng mang với cơ chế chống va chạm. DCF có thể được áp dụng ở tất cả các trạm, sử dụng cho cả cấu hình IBSS lẫn cấu hình mạng cơ sở hạ tầng.
Khi một trạm muốn truyền tín hiệu, nó sẽ nghe môi trường để xác định xem liệu có một trạm khác đang truyền hay không. Nếu môi trường được xác định là không bận, quá trình chuyển đổi có thể diễn ra. Cơ chế truy nhập CSMA/CA bắt buộc phải có một khe thời gian tối thiểu tồn tại giữa các khung truyền đi liên tục. Một trạm đang truyền phải đảm bảo rằng môi
trường đang rỗi trong khoảng thời gian này trước khi truyền. Nếu môi trường được xác định là bận, trạm sẽ chờ cho kết thúc quá trình truyền hiện tại. Sau khi chờ, hoặc trước khi cố gắng truyền lại ngay lập tức sau một lần truyền thành công, trạm sẽ chọn một khoảng thời gian ngừng (backoff) ngẫu nhiên và sẽ giảm bộ đếm thời gian ngừng.
Giao thức truy nhập môi trường cơ sở là DCF, nó cho phép chia sẻ phương tiện tự động giữa các PHY tương thích thông qua sử dụng cơ chế CSMA/CA và một thời gian ngưng ngẫu nhiên sau một trạng thái môi trường bận. Thêm vào đó tất cả các lưu lượng trực tiếp sử dụng xác nhận (khung ACK) tích cực mà tại đó việc truyền dẫn lại được lên kế hoạch bởi