Bốn octet Cyclic Redundancy Check (CRC) được thêm vào frame và dựng để kiểm tra thông điệp nhận được có lỗi hay không . Một thông điệp báo nhận ACK được gửi trở lại đối với những frame nhận được mà không có lỗi . Những frame tìm thấy lỗi thì cách xử lý đơn giản là các frame này sẽ bị loại bỏ bởi thiết bị nhận nên không cần có yêu cầu truyền lại tự động Automatic Retransmission reQuest – ARQ hoặc xử lý ARQ.
2.1.5 Nguyên tắc hoạt động của mạng WLAN.2.1.5.1 Quá trình chứng thực và kết hợp. 2.1.5.1 Quá trình chứng thực và kết hợp.
Một trạm hay client muốn tham gia vào một mạng wireless LAN thì nó phải trải qua quá trình chứng thực (authentication) và kết hợp (association) với AP . Chuẩn 802.11 định nghĩa 3 trạng thái đối với 1 client là :
oTrạng thái khởi tạo : chưa chứng thực và cũng chưa kết hợp.
oTrạng thái đã chứng thực nhưng chưa kết hợp.
oTrạng thái đã chứng thực và đã kết hợp.
Trong suốt trạng thái khởi tạo chỉ có frame điều khiển dựng để hỗ trợ vị trí mạng và chứng thực được gửi đi.
Beacon Message :
Thông điệp Beacon là 1 thành phần quan trọng trong mạng LAN không dây . Trong mạng BSS và ESS , access point truyền thông điệp Beacon để quảng bá về khả năng sẵn sàng của nó và cung cấp tín hiệu mà các client có thể sử dụng để đo lường chất lượng của đường truyền vô tuyến. Thông điệp Beacon cũng thông báo những tùy chọn và các khả năng mà 1 trạm phải hỗ trợ để thỏa mãn các đòi hỏi nhằm có thể tham gia vào mạng WLAN đó.
Từ quan điểm cấu trúc , điều này có nghĩa là chúng ta có thể thay đổi các tính năng mạng trong access point rồi từ đó access point sẽ thông báo các thông số mới này trong thông điệp Beacon . Các client bây giờ sẽ biết chúng phải sử dụng các thông số này để tham gia vào mạng.
Tiêu biểu access point sẽ gửi thông điệp Beacon vào khoảng thời gian cách nhau 100msec hay sẽ có 10 thông điệp Beacon được gửi đi trong mỗi giây . Nếu có WLAN ảo được hỗ trợ trên mạng , access point sẽ gửi thông điệp Beacon cho từng WLAN ảo với các thông số hoạt động duy nhất cho mỗi WLAN. Một thông điệp Beacon thì xấp xỉ 50 byte chiều dài với khoảng 1 nửa là header frame và frame check sequence . Địa chỉ đích trong thông điệp Beacon được set đến giá trị toàn là bit 1 , tức là địa chỉ broadcast . Điều này bắt buộc tất cả các trạm trong mạng WLAN phải nhận và xử lý mỗi frame Beacon.
Mỗi frame Beacon mang những thông tin sau trong frame body :
oTimestamp (8 octets) : các trạm sử dụng giá trị timestamp này để cập nhật đồng hồ cục bộ của nó để đảm bảo tính đồng bộ với access point . Việc này đặc biệt quan trọng trong hoạt động tiết kiệm năng lượng.
oBeacon Interval (2 octets) : đây là chiều dài thời gian giữa những lần truyền thông điệp Beacon . Trước khi 1 trạm bước vào chế độ tiết kiệm năng lượng nó cần biết khoảng thời gian này để nó có thể thức giấc nhận thông điệp Beacon và phát hiện ra có hay không các frame dành cho nó trong bộ nhớ đệm buffer của access point.
oCapability Information (2 octets) : trường này định nghĩa những tùy chọn mà đang được sử dụng trong mạng.
oService Set Identifier (có thể lên đến 32 octets) : SSID là tên của mạng WLAN được gán bởi người dùng để nhận ra mạng wireless LAN . Trong mạng ESS tất cả các access point đều sử dụng chung cùng 1 tên mạng . Mặc định thông điệp Beacon mà access point gửi đi gồm có SSID ở trong đó để khi các trạm bắt được gói tin Beacon thì các trạm sẽ tự động cấu hình card mạng NIC không dây của nó cho phù hợp với mạng mà nó muốn tham gia vào.
oOptional Fields : thông điệp Beacon cũng có thể gồm có 1 số trường khác nữa được sử dụng để nhận biết các thông số đối với nhảy tần số , hoạt động không tranh chấp và thông tin quốc gia.
oAnnouncement Traffic Indication Map (ATIM) : access point cũng có thể gửi frame ATIM (type = 00 , subtype = 1001) nhận ra trạm nào đang trong chế độ tiết kiệm năng lượng có fame dữ liệu đang đợi trong bộ nhớ đệm của access point dành cho chúng.
Quá trình chứng thực .
Chứng thực là bước đầu tiên trong quá trình mà 1 trạm tham gia vào mạng wireless LAN. Nó cung cấp cơ chế mà nhờ đó access point xác định xem 1 trạm nào đó có đủ tính hợp pháp hay không để tham gia vào mạng WLAN.
Chuẩn 802.11 định nghĩa 2 kiểu chứng thực là :
oChứng thực mở (Open Authentication).
oChứng thực khóa chia sẻ (Shared Key Authentication).
Chứng thực mở - Open Authentication:
Trong mạng với chứng thực mở được sử dụng tức là thực sự không có bất kỳ chứng thực nào hết và client tiến hành trực tiếp đến quá trình kết hợp . Sau khi client gửi thông điệp probe request và nhận được trả lời . Client sẽ gửi thông điệp authentication request đến AP và AP sẽ trả lời xác nhận và đăng ký cho client
Hình 2.16 : Quá trình trao đổi giữa client và AP trong chứng thực mở
Shared Key Authentication – Chứng thực khóa chia sẻ
Hình 2.17: Quá trình chứng thực khóa chia sẻ. Chứng thực khóa chia sẻ là 1 tiến trình gồm có 4 bước như sau :
[1]Client gửi frame Authentication request để bắt đầu quá trình chứng thực.
[2]Access Point trả lời với frame Authentication response gọi là challenge text với độ dài 128-byte ngẫu nhiên.
[3]Client sẽ mã hóa challenge text sử dụng khóa mã hóa của nó và gửi trở lại cho access point.
[4]Access point sẽ giải mã challenge text mà client đã mã hóa và nếu nó khớp nhau thì có nghĩa là Client đã có key chính xác và Client sẽ chuyển sang quá trình kết hợp (association).
Quá trình kết hợp .
Giao thức 802.11 định nghĩa 2 tùy chọn kết hợp là:
o Passive Association – kết hợp thụ động.
Trong đó hầu như tất cả các thiết bị di động trong mạng WLAN đều sử dụng tùy chọn Passive Association.
Passive Association – kết hợp thụ động.
Trong chế độ passive scanning – quét thụ động , 1 client muốn tham gia vào mạng WLAN phải scan (quét) tất cả các kênh để tìm kiếm các thông điệp Beacon từ những access point quảng bá ra về mạng của mình . Các client sử dụng thông điệp Beacon của access point để đo chất lượng tín hiệu nhận được (tức là tỉ số Signal/Noise) và lựa chọn access point tốt nhất để kết hợp với nó . Khi client đã lựa chọn được access point , nó sẽ thực hiện quá trình trao đổi chứng thực nếu cần thiết . Sau đó nó gửi Association Request , access point trả lời với Association Response nếu như nó chấp nhận client đó trên mạng.
Hình 2.18 Chế độ quét thụ động.
Active Association – kết hợp chủ động.
Trong chế độ active scanning – quét chủ động , client khởi tạo quá trình kết hợp bằng cách gửi frame Probe đến tất cả các access point trong dải tần số nó đang hoạt động . Những access point nào sẵn sàng cho các client tham gia vào mạng sẽ trả lời các frame Probe này bằng thông điệp Probe Response . Thiết bị di động (client) sẽ lựa chọn access point nào mà có frame Probe Response nhận được với chất lượng tín hiệu tốt nhất . Vấn đề với Active Scanning là lưu lượng truyền dẫn sẽ nhiều hơn so với Passive Scanning do phải truyền dẫn frame Probe của client và nó sẽ tiêu thụ năng lượng pin của client nhiều hơn.
Hình 2.19 Chế độ quét chủ động.
2.1.5.2 Quá trình chuyển giao/ kết hợp lại.
Đặc tính kỹ thuật của 802.11 cung cấp chức năng chuyển giao đơn giản trong việc 1 client di chuyển từ khu vực phủ sóng của AP này sang vùng phủ sóng của AP khác . Theo phương thức hoạt động của mình thì các client tiếp tục scan tất cả các kênh thậm chí khi chúng đã kết hợp thành công với 1 AP . Nếu client tìm thấy 1 tín hiệu tốt hơn từ 1 access point khác , nó có thể tự động thay đổi sự kết hợp . Quá trình này liên quan đến client ngắt kết hợp từ 1 AP và chuyển sang kết hợp với AP khác.
Thủ tục chuyển giao .
[1] Tất cả các AP gửi những thông điệp Beacon một cách định kỳ và client giám sát những thông điệp này để đo lường độ mạnh tín hiệu nhận được – received signal strength (RSS) và tỷ lệ Signal/Noise.
[2] Client sẽ so sánh tỷ lệ Signal/Noise trên kênh truyền mà nó đang sử dụng đối với bất kỳ AP khác nằm trong dải tần số.
[3] Nếu client nhận ra 1 AP nào đó với tín hiệu tốt hơn thì nó sẽ gửi thông điệp Reassociation Request đến AP mới bao gồm cả thông tin về client và AP cũ.
[4] AP mới và cũ bây giờ sẽ giao tiếp trên mạng LAN có dây (chẳng hạn như hệ thống phân phối – distributed system) để cùng điều phối chuyển giao . IEEE định nghĩa giao thức có tên là Inter-Access Point Protocol (IAPP) được thiết kế cho 802.11f nhưng phần lớn các sản phẩm AP sử dụng kỹ thuật độc quyền của nhà sản xuất.
Các tùy chọn chuyển giao khác.
Phần đòi hỏi phải khéo léo của chuyển giao là các AP phải đảm bảo bất kỳ các frame đang đợi để được phân phối cho client sẽ được truyền từ AP cũ sang AP mới như là 1 phần của chuyển giao.
Trong khi quá trình chuyển giao định nghĩa trong chuẩn 802.11 nguyên bản thì thích hợp với người sử dụng thiết bị di động nhằm mục đích phục vụ cho các ứng dụng data (khác với các ứng dụng thời gian thực như video và voice) , client có thể mất 1 vài giây để hoàn thành việc này đặc biệt là nếu client phải chứng thực lại với 1
access point mới. Người sử dụng thiết bị di động trong mạng WLAN mà có dùng ứng dụng thoại thường có đặc điểm là có tính lưu động hơn so với người dùng data nên để ứng dụng thoại có thể chuyển giao thành công thì thời gian chuyển giao phải nhỏ hơn 50 msec .
Chúng ta có 2 tùy chọn để thực hiện việc này:
o 802.11r mang lại khả năng chuyển giao nhanh chóng và bảo mật : IEEE đã phát triển 1 chuẩn mới gọi là 802.11r mà sẽ cung cấp sự chuyển giao an toàn và nhanh chóng trong vòng 50 msec hoặc với thời gian ít hơn .
Các chuẩn Wi-Fi thường chỉ hỗ trợ một điểm truy cập duy nhất nhưng nếu công ty lớn có hàng chục điểm thì 802.11r sẽ đảm bảo sự liền mạch của cuộc thoại VoIP, truy cập web... khi người dùng di chuyển.
Tổ chức kỹ sư điện tử quốc tế IEEE vừa hoàn thành bộ tiêu chí kỹ thuật cho chuẩn 802.11r mới, được gọi là Fast Basic Service Set Transition (Chuyển tiếp gói dịch vụ truy cập nhanh), cho phép nối tiếp tín hiệu diễn ra trong 50 mili giây - yêu cầu tiêu chuẩn đối với chuyển tiếp cuộc thoại.
o Wireless LAN Switches : với sự có mặt của wireless LAN switch , quá trình chuyển giao có thể được thực thi trong cấu trúc WLAN switch. Trong môi trường WLAN switch , thiết bị di động người dùng sẽ kết hợp với central controller chứ không phải với access point . Theo cách này , switch có thể duy trì phiên làm việc mà người dùng di chuyển trong toàn bộ vùng hội tụ . WLAN switch có thể cung cấp việc chuyển giao nhanh và bảo mật trong vòng từ 10 150 msec . Từ quan điểm người sử dụng , chúng ta thấy việc mỗi nhà sản xuất có những giao thức độc quyền của riêng mình sẽ làm cho việc lựa chọn thiết bị của người sử dụng bị giới hạn.
2.1.6 Giao thức điều khiển truy cập đường truyền trong mạng WLAN.
Điều khiển truy cập đường truyền – Media Access Control (MAC) của 802.11 sử dụng kỹ thuật gọi là Đa truy nhập cảm biến sóng mang tránh xung đột – Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) . CSMA/CA là 1 giao thức tranh chấp , nghĩa là tất cả các trạm phải tranh giành hoặc cạnh tranh quyền truy cập đường truyền . Kết quả của việc cạnh tranh này là có khả năng xảy ra xung đột trong truyền dẫn đó là trường hợp các trạm phải truyền lại.
Mặc dù CSMA/CA có tên hơi giống giao thức điều khiển truy cập đường truyền Đa truy nhập cảm biến sóng mang dò xung đột CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect sử dụng trong Ethernet 802.3 LAN nhưng CSMA/CA định nghĩa chế độ hoạt động rất khác nhau .
Từ lâu những nhà thiết kế wireless đã nhận ra rằng không thể sử dụng các kỹ thuật truyền dẫn của mạng có dây để áp dụng vào mạng không dây . Một nguyên nhân cơ bản là vấn đề phát hiện xung đột , trong môi trường wireless LAN , khi 1 trạm
đang gửi tín hiệu nó không thể nghe bất kỳ các trạm khác , tức là nó không có khả năng cảm nhận được môi trường truyền dẫn có trạm nào khác đang gửi tín hiệu hay không như trong kỹ thuật điều khiển truy cập đường truyền CSMA/CD . Về mặt kỹ thuật , 1 trạm phải tắt bộ thu của nó khi đang gửi tín hiệu vì nếu để bộ thu bật thì khi bộ phát được kích hoạt , nó sẽ phát sóng trong khi đồng thời bộ thu thu sóng sẽ làm hỏng việc truyền dẫn .
Nhận ra điều này và những trở ngại khác , wireless LAN được xây dựng với những giao thức phù hợp với nét đặc trưng của môi trường không dây . Trong CSMA/CA chúng ta thấy có 1 số các đặc điểm như để tránh xung đột sẽ có giao thức gọi 1 khoảng thời gian để được ưu tiên truyền dẫn về mặt thời gian , có hoạt động gọi thông điệp báo nhận để xác nhận việc truyền dẫn thành công . Nếu việc truyền dẫn không thành công do xung đột hoặc do đường truyền vô tuyến , trạm đó sẽ phát lại sau 1 khoảng thời gian chờ đợi ngẫu nhiên .
Giao thức điều khiển truy nhập đường truyền CSMA/CA định nghĩa 3 tùy chọn:
o Distributed Control Function (DCF) : giao thức chia sẻ kênh vô tuyến cơ bản , được sử dụng trong phần lớn các mạng wireless LAN ngày nay.
o Request-to-Send/Clear-to-Send (RTS/CTS) : một tùy chọn được phát triển để xử lý vấn đề nút ẩn.
o Point Control Function (PCF) : một tùy chọn để hỗ trợ các ứng dụng nhạy cảm về mặt thời gian hay các ứng dụng thời gian thực như voice và video nhưng hiếm khi được sử dụng.