Đề tài Computer Networks Seminar - Wireless Local Area Network

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ––––––––––––––––– Computer Networks Seminar Đề tài: Wireless Local Area Network Sinh viên thực hiện : ĐỖ VIỆT THANH LÝ HOÀI NAM Lớp : ĐIỆN TỬ 8 – K48 HÀ NỘI 3 – 2007 2 NỘI DUNG 1. TỔNG QUAN 2. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN 3. LỢI ÍCH, ƯU ĐIỂM CỦA WLAN 4. NHƯỢC ĐIỂM CỦA WLAN 5. CÔNG NGHỆ TRONG WLAN a) IEEE 802.11 b) IEEE 802.11a c) IEEE802.11b d) IEEE802.11g 6. XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA WLAN 3 1. TỔNG QUAN Mạng LAN không dây viết tắt là WLAN (Wireless Local Area Network), là một mạng dùng để kết nối hai hay nhiều máy tính với nhau mà không sử dụng dây dẫn. WLAN dùng công nghệ trải phổ, sử dụng sóng vô tuyến cho phép truyền thong giữa các thiết bị trong một vùng nào đó còn được gọi là Basic Service Set. Nó giúp cho người sử dụng có thể di chuyển trong một vùng bao phủ rộng mà vẫn kết nối được với mạng. Đối với những người sử dụng tại nhà thì WLAN ngày càng trở nên phổ biến vì sự dễ dàng cài đặt, và vì các chiếc laptop càng ngày càng được phổ biến. Trong kinh doanh và kinh doanh công cộng như các cửa hàng cafe hay các trung tâm buôn bán lớn đã bắt đầu cung cấp dịch vụ truy cập không dây tới khách hàng, thậm chí một số nơi cung cấp dịch vụ miễn phí. Những dự án mạng không dây lớn đang được triển khai ở các thành phố lớn. Ví dụ như Google cung cấp dịch vụ miễn phí ở Mountain View, California, San Francisco. New York cũng đang bắt đầu chương trình triển khai dịch vụ truy cập Internet không dây, phủ sóng toàn bộ 5 khu vực của thành phố. Vào tháng 7/1997, IEEE đã đưa ra chuẩn cho WLAN. Chuẩn này có tên là IEEE 802.11, và vào tháng 9/1999 IEEE đã thông qua chuẩn 802.11b (tốc độ cao). WLAN là một hệ thống truyền dữ liệu mềm dẻo, nó được sử dụng trong những ứng dụng cần sự di dộng. Sử dụng sóng điện từ, WLAN gửi và nhận dữ liệu qua không khí mà không cần bất cứ một đường truyền vật lí nào. Công nghệ WLAN hiện nay có 4 thể đạt tới tốc độ 11Mbps. Một cách tổng thể có thể nói rằng WLAN sẽ là một công nghệ truyền thông đầy hứa hẹn trong tương lai. Sự phát triển của máy tính cá nhân vào những năm 80 đã dẫn tới sự phát minh ra mạng nội bộ (LAN) đã đặt nền móng cho phép truyền thông vô tuyến chẳng hạn như truyền thông giữa các ô tô trong toàn thành phố. Giống như máy tính cá nhân vào những năm 80 và Internet vào những năm 90, mạng LAN không dây (WLAN) đang cung cấp một sự phát triển của công nghệ ở thế hệ tiếp theo. WLAN dễ dàng kết nối nhanh và hiệu quả với mạng LAN có dây hay chuẩn LAN. Chỉ cần đơn giản thiết lập một điểm truy cập (access point) trong mạng LAN có dây, các máy tính cá nhân và những chiếc laptop được trang bị các card mạng không dây do đó có thể kết nối với mạng LAN có dây với tốc độ cao và có thể cách 300 yards so với access point. Vài năm trở lại đây, hầu hết các mạng WLAN đều được triển khai theo chuẩn 802.11b hoạt động ở tần số trải phổ là 2.4 GHz. Chuẩn 802.11b cho phép tốc độ kết nối lớn tới 11Mbps – đủ nhanh để nhận những e-mail dung lượng lớn và chạy những ứng dụng cần băng thông lớn như hội thảo truyền hình. Trong khi chuẩn 802.11b hiện nay đang chiếm ưu thế trên thị trường mạng LAN không dây, thì các chuẩn khác của 802.11 như là 802.11a hay 802.11g đang được phát triển để tăng tốc độ kết nối. Các nhà cung cấp dịch vụ WLAN đang cung cấp các chuẩn khác nhau. 5 2. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN Năm 1971, những nhà nghiên cứu tại Đại học Hawaii đã phát triển hệ thống WLAN đầu tiên có tên là ALOHAnet (mạng ALOHA). Mạng hình sao 2 hướng của hệ thống bao gồm 7 máy tính được dàn trải trên 4 đảo để giao tiếp với máy tính trung tâm đặt trên đảo Oahu mà không sử dụng đường dây điện thoại. Phần cứng của WLAN nguyên thủy đắt đến nỗi nó chỉ được sử dụng thay thế cho mạng LAN có dây khi mạng triển khai mạng LAN có dây là khó khăn và không thể thực hiện được. Sự phát triển đầu tiên bao gồm những giải pháp cụ thể trong công nghiệp và những giao thức độc quyền, nhưng đến cuối những năm 90 chúng được thay thế bởi những chuẩn, chủ yếu là những phiên bản khác nhau của IEEE 802.11 (Wi-Fi). Trong khi việc nối mạng Ethernet hữu tuyến đã diễn ra từ 30 năm trở lại đây thì nối mạng không dây vẫn còn là tương đối mới đối với thị trường gia đình. Trên thực tế, chuẩn không dây được sử dụng rộng rãi đầu tiên, 802.11b, đã được Viện kỹ thuật điện và điện tử Mỹ (Institue of Electric and Electronic Engineers) IEEE phê chuẩn chỉ 8 năm trước đây (năm 1999). Vào thời điểm đó, phần cứng nối mạng không dây còn rất đắt và chỉ những công ty giàu có và có nhu cầu bức thiết mới có đủ khả năng để nối mạng không dây. Một điểm truy nhập (hay trạm cơ sở - Access Point), hoạt động như một cầu nối giữa mạng hữu tuyến và mạng không dây, có giá khoảng 1000 đô la Mỹ vào thời điểm năm 1999, trong khi các card không dây máy khách giành cho các máy tính sổ tay có giá khoảng 300 đô la. Vậy mà bây giờ bạn chỉ phải trả 55 đô la cho một điểm truy nhập cơ sở và 30 đô la cho một card máy khách 802.11b và đó là lý do tại sao mà việc nối mạng không dây lại đang được mọi người ưa chuộng đến vậy. Rất nhiều máy tính sổ tay-thậm chí cả những máy thuộc loại cấu hình thấp-bây giờ cũng có sẵn card mạng không dây được tích hợp, vì vậy bạn không cần phải mua một card máy khách nữa. Mạng không dây là cả một quá trình phát triển dài, giống như nhiều công nghệ khác, công nghệ mạng không dây là do phía quân đội triển khai đầu tiên. Quân đội cần một phương tiện đơn giản và dễ dàng, và phương pháp bảo mật của sự trao đổi dữ liệu trong hoàn cảnh chiến tranh. Khi giá của công nghệ không dây bị từ chối và chất lượng tăng, nó trở thành nguồn kinh doanh sinh lãi cho nhiều công ty trong việc phát triển các đoạn mạng không dây trong toàn hệ thống mạng. Công nghệ không dây mở ra một hướng đi tương đối rẻ trong việc kết nối giữa các trường đại học với nhau thông qua mạng không dây chứ không cần đi dây như trước đây. Ngày nay, giá của công nghệ không dây đã rẻ hơn rất nhiều, có đủ khả năng để thực thi đoạn mạng không dây trong toàn mạng, nếu chuyển hoàn toàn qua sử dụng mạng không dây, sẽ tránh được sự lan man và sẽ tiết kiệm thời gian và tiền bạc của công ty. 6 Mạng không dây trong trường học Trong gia đình có thu nhập thấp, mạng không dây vẫn còn là một công nghệ mới mẻ. Bây giờ nhiều người đã tạo cho mình những mạng không dây mang lại thuận lợi trong công việc, trong văn phòng hoặc giải trí tại nhà. Khi công nghệ mạng không dây được cải thiện, giá của sự sản xuất phần cứng cũng theo đó hạ thấp giá thành và số lượng cài đặt mạng không dây sẽ tiếp tục tăng. Những chuẩn riêng của mạng không dây sẽ tăng về khả năng thao tác giữa các phần và tương thích cũng sẽ cải thiện đáng kể. Khi có nhiều người sử dụng mạng không dây, sự không tương thích sẽ làm cho mạng không dây trở nên vô dụng, và sự thiếu thao tác giữa các phần sẽ gây cản trở trong việc nối kết giữa mạng công ty với các mạng khác. Năm 1997, the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) phác thảo chuẩn 802.11 cho WLANs (Wireless Local Area Networking). WLAN là mạng cục bộ không dây cho phép kết nối không dây ethernet hoạt động theo chuẩn 802.11 của IEEE (Hiệp hội điện và điện tử Hoa Kỳ). Năm 1999, chuẩn 802.11b được phác thảo và được công nhận bởi mạng lưới công nghiệp, và những sản phẩm từ mạng không dây trên khắp tần số 2.4GHz bắt đầu tồn tại. WLAN hoạt động trong phổ tần số mà Ủy ban truyền thông của Mỹ (FCC) cho phép tự do sử dụng không phải đăng ký. Bất kỳ ai cũng có thể vận hành nhiều loại thiết bị khác nhau trong những băng tần này mà không cần phải tốn kém xin cấp bản quyền. 3. LỢI ÍCH, ƯU ĐIỂM CỦA WLAN Sự phổ biến của WLAN chủ yếu là do sự thuận tiện của nó, hiệu quả chi phí và sự dễ dàng tích hợp với các thành phần và hệ thống khác. Lí do chủ yếu mà máy tính được bán cho khách hàng ngày nay là do nó được trang bị đầy đủ công nghệ WLAN. Với sự tăng trưởng của số lượng người sử dụng các thiết bị di động đòi hỏi phải thực hiện truyền thông giữa các người sử dụng một cách nhanh chóng. Đó là lí do vì sao mà phải phát triển cao độ công nghệ truyền thông không dây, một thị trường đang phát triển rất nhanh. Ưu điểm của WLAN bao gồm: a. Sự thuận tiện: Tính chất không dây của mạng cho phép người sử dụng có thể truy cập tài nguyên từ bất cứ vị trí nào trong môi trường mạng (ở nhà hoặc văn phòng). Với sự tăng đến mức bão hòa của các máy tính kiểu laptop (di động), thì sự thuận tiện trên càng trở nên dễ thực hiện. b. Sự di động: 7 • Với sự nổi lên của các mạng không dây công cộng, người sử dụng có thể truy cập Internet ngay bên ngoài nơi làm việc của họ. Hầu hết tại các quán cafe, khách hàng có thể truy cập Internet với giá rất thấp hoặc miễn phí. • Kết nối Internet bằng WLAN là rất hợp lí cho bất cứ công ty nào mà không thể triển khai được mạng LAN có dây ví dụ như bị giới hạn bởi không gian của một tòa nhà, hoặc ở những nơi cho thuê hoặc những nơi tạm thời. Công nghệ WLAN cho phép mạng có thể tới bất cứ nơi đâu mà dây dẫn không thể tới được. Những người sử dụng các thiết bị di động có thể dễ dàng di chuyển trong toàn bộ không gian mạng phủ sóng mà vẫn kết nối được với mạng WLAN. c. Năng suất: Người sử dụng kết nối với mạng không dây có thể duy trì một mối quan hệ gần như không thay đổi với mạng khi họ di chuyển từ chỗ này sang chỗ khác. Đối với kinh doanh, một nhân viên có thể tăng năng suất của công việc vì họ có thể hoàn thành công việc của họ ở bất cứ vị trí thuận tiện nào. d. Sự triển khai: • Cài đặt ban đầu của một mạng không dây cơ bản yêu cầu thấp hơn so với một điểm truy cập đơn (access point). Nói cách khác, mạng có dây cần thêm chi phí và phức tạp hơn khi hoạt động ở nhiều vị trí (ví dụ trong 1 tòa nhà, thậm chí không thể triển khai mạng có dây ở đây). • WLAN rõ ràng tốt hơn so với mạng LAN có dây truyền thống trong thời gian thiết lập. Thời gian cần thiết để thiết lập mạng WLAN là rất ngắn. • Tốc độ của các mạng hiện đại là khá cao (có thể lên tới 54 Mbps) bằng cách sử dụng vùng phổ rộng. e. Khả năng mở rộng: • Mạng không dây có thể phục vụ với số lượng tăng lên bất ngờ của các máy trạm (clients). Còn đối với mạng có dây thì khi muốn thêm các clients thì yêu cầu phải thêm dây. • Với sự giúp đỡ của các thiết bị không dây, mạng WLAN có thể kết nối dễ dàng với các mạng có dây truyền thống. f. Chi phí: • Trong khi vốn đầu tư ban đầu cho phần cứng của mạng WLAN là cao hơn so với mạng LAN truyền thống tuy nhiên chi phí cài đặt tổng thể và chi phí toàn bộ chu trình có thể thấp hơn một cách đáng kể. Lợi ích kinh tế trong một thời gian dài là rất lớn trong những môi trường động yêu cầu thay đổi và di chuyển thường xuyên. 8 • Hầu hết các thiết bị WLAN là các thiết bị plug-and-play (cắm và chơi), do đó giúp giảm chi phí cho việc cài đặt, duy trì thiết bị và loại bỏ các thiết bị thừa trong trường hợp hệ thống bị phá hủy. 4. NHƯỢC ĐIỂM CỦA WLAN Công nghệ mạng LAN không dây, ngoài rất nhiều sự tiện lợi và những ưu điểm được đề cập ở trên thì cũng có các nhược điểm. Trong một số trường hợp mạng LAN không dây có thể không như mong muốn vì một số lý do. Hầu hết chúng phải làm việc với những giới hạn vốn có của công nghệ. a. An ninh mạng: Sự nguy hiểm đối với người sử dụng công nghệ không dây ngày càng tăng nhanh vì công nghệ này càng trở nên phổ biến. Ngày nay có một số lượng lớn những mối nguy hiểm về bảo mật trong công nghệ không dây. Những mối nguy hiểm đó đang ngày càng tăng nhanh. Những crackers đã biết rằng hệ thống sẽ bị tổn thương rất lớn nếu bị tấn công vào các giao thức không dây, các phương pháp mã hóa hay sự bất cẩn và thiếu kinh nghiệm của người sử dụng. Các phương pháp crack cũng ngày càng tinh vi và sáng tạo hơn. Việc crack cũng ngày càng đơn giản và dễ thực hiện bằng các công cụ trên nền Windows và Linux, trên các trang web mà ít được chăm sóc. b. Phạm vi phủ sóng: Phạm vi phủ sóng điển hình của mạng 802.11g với các thiết bị chuẩn là vài chục mét. Giới hạn trên chỉ đủ trong phạm vi một ngôi nhà nhưng lại không đủ trong một không gian lớn hơn. Để có phạm vi phủ sóng rộng hơn ta cần phải mua các bộ lặp hoặc các điểm truy cập (access point). Chi phí cho các thiết bị này có thể tăng lên rất nhanh. Các công nghệ khác đang trong giai đoạn phát triển, tuy nhiên với thuộc tính tăng phạm vi phủ sóng hy vọng sẽ khắc phục nhược điểm này một cách thích đáng. c. Độ tin cậy: • Giống như truyền tải sóng radio, tín hiệu mạng không dây bị ảnh hưởng bởi nhiễu rất lớn và các hiệu ứng truyền dẫn vô tuyến (như hiện tượng phân tập đa đường, đặc biệt là hiện tượng fading) khi ở xa trung tâm điều khiển của quản trị mạng. Trong các mạng điển hình, người ta thường dùng phương pháp điều chế khóa dịch pha (PSK) hoặc QAM để làm giảm nhiễu và các hiện tượng thu phát vô tuyến. Do vậy mà các tài nguyên mạng quan trọng như máy phục vụ (server) rất hiếm khi được kết nối không dây. • Các thiết bị WLAN không thể gửi và nhận dữ liệu chính xác trong trường hợp có sương mù dày đặc hoặc bão bụi. Các thiết bị WLAN khó mà gửi và nhận dữ liệu đúng thời gian khi có một vật thể bay qua khu vực mạng. • Hầu hết môi trường ở văn phòng và ở nhà đều được xây dựng bằng vật liệu tương đối trong suốt với sóng radio tần số 2.4 GHz vì thế phạm vi sẽ không bị giới hạn, tuy nhiên chúng lại được bao bọc bởi những môi trường phản xạ và khúc xạ nên sẽ bị giới hạn cơ bản gây ra bởi hiện tượng phân tập đa đường. 9 • Thiếu sự tương thích giữa các sản phẩm WLAN của các nhà sản xuất khác nhau. Sản phẩm WLAN của các nhà sản xuất khác nhau thường là không tương thích với nhau. Chuẩn Ethernet 802.11 cổ điển đã bị bỏ qua trong quá trình phát triển những sản phẩm WLAN ngày nay. d. Tốc độ: • Tốc độ của hầu hết các mạng không dây (điển hình là từ 1 – 54 Mbps) là rất chậm so với tốc độ chậm nhất của mạng có dây (từ 100Mbps tới vài Gbps). Tuy nhiên người sử dụng hầu như vẫn chưa khai thác hết tốc độ này, tốc độ này thường vẫn lớn hơn nhiều so với tốc độ truyền Internet. Ví dụ, tốc độ tối đa của đường truyền ADSL là 8Mbps được đưa ra bởi các công ty viễn thông tới khách hàng thì vẫn chậm hơn nhiều so với tốc độ chậm nhất của mạng LAN không dây. Ta hoàn toàn có thể sử dụng mạng LAN không dây để truy cập Internet tốc độ cao. Tuy nhiên trong một số trường hợp đặc biệt, sử dụng đường truyền có dây vẫn là cần thiết. • Do giới hạn về băng thông, công nghệ WLAN không thể hỗ trợ hội nghị truyền hình Video Teleconference (VTC). Tuy nhiên, những nhà chuyên môn cho rằng WLAN sẽ hỗ trợ Video Teleconference (VTC) trong những năm tới. • Yếu điểm của WLAN là nhạy cảm với nhiều dạng của các giao tiếp ngoài và chi phí của các trạm truyền dẫn. Thêm vào đó, Mĩ, những nhà chức trách quốc tế và những hiệp ước đã qui định một cách nghiêm khắc hầu hết băng thông có thể hỗ trợ truyền tốc độ cao. Sử dụng những băng thông này đòi hỏi phải có bản quyền rất đắt tiền 5. CÔNG NGHỆ TRONG WLAN a) Chuẩn IEEE 802.11 Wireless LAN 10 Cấu trúc giao thức - PHY Các chức năng của lớp PHY( Chức năng vật lý ) - Mã hoá và giải mã tín hiệu - Tiếp nhận và truyền tải bit - Bao gồm chỉ dẫn kỹ thuật về địa hình và cách thức truyền tải Cấu trúc giao thức -MAC -Các chức năng của lớp MAC : +Chi phối truy cập đến môi trường truyền dẫn LAN +Khi truyền dẫn, MAC lắp ráp dữ liệu vào một khung với các trường địa chỉ và sửa lỗi + Có khả năng phát hiện lỗi và xoá các khung bị lỗi - Định dạng khung MAC +Điều khiển MAC : bao gòm thông tin về giao thức MAC + Địa chỉ MAC đích : Điểm gán vật lý đích +Địa chỉ MAC nguồn : Điểm gán vật lý nguồn +Dữ liệu :bao gồm thông tin điều khiển từ lớp LLC +CRC : kiểm tra mã vòng -Dạng thức chung của khung MAC : 11 Cấu trúc giao thức-LLC - Chức năng lớp điều khiển kết nối logic(LLC): +Cung cấp giao diện tới lớp cao hơn + Điều khiển luồng và lỗi +Truyền lại các khung không thành công - Các đặc tính của LLC không có trong các giao thức điều khiển khác : +Tiếp nhận một vài chi tiết của truy nhập kết nối bởi lớp MAC +Phải hỗ trợ đa truy nhập -Không giống các giao thức lớp kết nối lớpkhác , 802.11 kết hợp cùng ACKs : Tất cả các khung được phát phải là ACK -Các dịch vụ LLC : +Dịch vụ mất kết nối không được thừa nhận - Cơ chế điều khiển lỗi và không dòng - Phân phối dữ liệu không đảm bảo +Dịch vụ mẫu kết nối - Thiết lập kết nối logic giữa 2 người sử dụng - Điều khiển lỗi và dòng được cung cấp +Dịch vụ không kết nối được thừa nhận -Hỗ trợ giữa 1-2 -Biểu đồ thừa nhận -Không thiết lập ưu tiên logic Phân biệt LLC và MAC -Mức logic cần thiết để quản lý truy cập tới một môi trường chia sẻ kết nối không tồn tại trong các lớp điển hình (điều khiển kết nối dữ liệu) 12 -Với cùng LLC, có thể cung cấp vài lựa chọn MAC Chuẩn IEEE 802 Ethernet Token ring Cấu trúc IEEE 802.11 -Mạng 802.11 bao gồm 4 thiết bị vật lý chính sau : + Hệ thống phân phối +Điểm truy cập +Môi trường không dây +Trạm 802.2 LLC 802.11 MAC 802.5 MAC 802.5 PHY 802.3 MAC 802.3 PHY 802.11 FHSS PHY 802.11 DSSS PHY 802.11a OFDM PHY 802.11b HR/DSS PHY PHY Layer LLC Layer MAC Layer Hệ thống phân phối Điểm truy cập Môi trường không dây Trạm 13 1.Hệ thống phân phối (DS) - Thiết bị logic của 802.11 được dùng để nối các khung tới đích của chúng : Bao gồm kết nối giữa động cơ và môi trường DS ( ví dụ như mạng xương sống ) - 802.11 không xác định bất kỳ công nghệ nhất định nào đối với DS - Hầu hết trong các ứng dụng quảng cáo , Ethernet được dùng như là môi trường DS - Trong ngôn ngữ của802.11 , xương sống Ethernet là môi trường hệ thống phân phối . Tuy nhiên , không có nghĩa nó hoàn toàn là DS - Để tìm phần còn lại của DS , cần tìm được các điểm truy cập (Aps ) +Hầu hết các APs quảng cáo đều hoạt động như các cầu nối +Chúng có ít nhất một giao diện mạng không dây và ít nhất một giao diện mạng Ethernet 2.Điểm truy cập (APs) -Khung của mạng 802.11 phải được chuyển đổi thành 1 dạng khung dùng cho phân phối -APs có chức năng cầu nối giữa không dây thành có dây 3.Môi trường không dây -Được sử dụng để chuyển khung từ các trạm với nhau -Một vài lớp vật lý khác nhau được xác định dùng hỗ trợ cho MAC 802.11 -Trên thực tế , hai lớp RF PHY và 1 lớp IR PHY được dùng để xác định 4.Trạm -Tính toán các thiết bị với các giao diện mạng +Các thiết bị di động dùng pin như máy tính xách tay +Các trạm có thể được coi như là các thiết bị “tĩnh” 5.Các kiểu mạng -Các khối cơ bản của mạng 802.11 được gọi là BSS - Dạng dịch vụ cơ sở + Vùng dịch vụ cơ bản -BSSs có thừa hưởng 2 tính năng : + IBSS : mạng BSS độc lập 14 +Mạng BSS hạ tầng cơ sở +Mạng IBSS đối lập với mạng BSS hạ tầng cơ sở 6.Các dạng mạng -Để cung cấp các loại không dây từ phạm vi tới các vùng lớn hơn , khi đó ESS ( Dạng dịch vụ mở rộng ) phải cần đến . -ESS được tạo ra bằng cách kết nối 1 vài BSSs với 1 mạng xương sống -ESSs là một mức độ cao nhất hỗ trợ cho mạng 802.11 Dịch vụ IEEE 802.11 -802.11 cung cấp 9 loại dịch vụ -Ba dịch vụ dành cho chuyển tải dữ liệu -Sáu dịch vụ dùng để quản trị : + Theo dõi các nút di động + Phân phối các khung phù hợp Các dịch vụ mức phân phối Các dịch vụ mức trạm -Phân phối -Xác nhận -Hội nhập -Không xác nhận -Kết hợp -Bản quyền -Tái kết hợp -Phân phối MSDU -Phân tách Dịch vụ mức phân phối -Phân phối +Được dùng cho các trạm di động trong mạng hạ tầng cơ sở mỗi khi gửi thông tin +Một khi khung được AP chấp nhận , nó sẽ sử dụng dịch vụ này để phân phối khung cho nơi tiếp nhận -Hội nhập +Dịch vụ do DS cung cấp -Cho phép kết nối của DS tới mạng không phải IEEE802.11 -Xác định DS đang sử dụng -Chuẩn 802.11 không xác định trừ khi các dịch vụ yêu cầu -Kết hợp +Các phân phối của khung tới các trạm di động được tạo ra do việc đăng ký cuả trạm di động đó với AP -DS vì thế sử dụng thông tin đăng ký để phân phối khung cho một MU -Các đơn vị không kết hợp sẽ không có trên mạng , giống như các trạm làm việc không có kết nối cáp Ethernet -Tái kết hợp +Luôn bắt đầu với các đơn vị di động +Xảy ra khi các trạm di động chuyển b/w BSSs trong ESS đơn . -Phân tách +Để kết thúc một kết hợp hiện tại : -Công việc này thực hiện trong suốt quá trình đóng cửa của trạm -MAC được thiết kế để tiếp nhận các trạm việc cho phép mạng mà không cần việc phân tách chính thức +Bất kỳ 1 dữ liệu di động nào được bảo lưu trữ trong DS sẽ được huỷ khi một trạm yêu cầu dịch vụ phân tách 15 Dịch vụ mức chạm -Xác nhận +Những việc cần phải có trước khi kết hợp +Trong thực tế , nhiều AP được định hình cho các xác nhận “hệ thống mở” -Không xác nhận +Chấm dứt một quan hệ đã được xác nhận : Vì mạng sử dụng chỉ được phép khi có xác nhận , do đó một hiệu ứng khác của việc không xác nhận là chấm dứt bất kỳ một hợp tác hiện hành nào . -Bản quyền : +Dịch vụ WEP +Mục đích là cung cấp các bản quyền cho mạng dùng dây bằng cách mã hoá các khung khi chúng sử dụng giao diện không gian 802.11 -Phân phối MSDU +Các trạm cung cấp dịch vụ phân phối đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC +Trách nhiệm trong việc chuyển dữ liệu tới điểm cuối thật sự Hỗ trợ di động IEEE 802.11 -Di động là động cơ thúc đẩy cho việc triển khai mạng 802.11 -Các trạm có thể di chuyển trong khi được kết nối tới mạng và truyền tải các khung trong khi chuyển động -802.11 cung cấp di động lớp liên kết dữ liệu trong ESS nhưng chỉ được khi mạng xương sống là miền lớp đơn +Lưu ý rằng AP hoạt động như các cầu nối +Môi trường không dây phải hoạt động giống như kết nối lớp liên kết đơn -Không chuyển tiếp Khi các trạm không thoát khỏi vùng dịch vụ của AP hiện thời -Chuyển tiếp BSS Yêu cầu sự hợp tác của AP -Chuyển tiếp BSS -Các trạm với ID ESS giống nhau có thể kết nối với nhau +Các trạm có thể ở những vùng BSS khác nhau và có thể di chuyển giữa các BSS -Chuyển tiếp ESS : BSS 1 BSS 2 BSS 4 BSS 3 AP AP AP AP ESS Route 16 Lớp MAC IEEE 802.11 1.Chỉ dẫn các đặc tính kỹ thuật của 802.11 +Nó dựa trên lớp PHY và điều khiển việc truyền tải của dữ liệu sử dụng trong không gian +Cung cấp hoạt động khung thiết yếu +Cung cấp sự tương tác với xương sống là mạng có dây 2.Ba chức năng +Phân phối dữ liệu đáng tin cậy +Điều khiển truy cập môi trường +Bảo mật MAC-Phân phối dữ liệu đáng tin cậy 1.WLAN chỉ sử dụng lớp PHY và MAC của IEEE 802.11 sẽ không đáng tin cậy do : +Nhiễu +Giao thoa +Các vấn đề về truyền phát 2.Ngay cả với các mã sửa sai , một loạt các khung MAC có thể không được tiếp nhận thành công 3.Nhiều nỗ lực khi đối phó với các lỗi ở lớp MAC hơn là ở lớp cao hơn ( ví dụ như TCP ) 4.Giao thức chuyển khung +Trạm nguồn truyền dữ liệu +Đích phản hổi với ACK +Nếu nguồn không tiếp nhận ACK , nó sẽ truyền lại khung 5.Bốn loại chuyển khung +Nguồn phát ra yêu cầu truyền (RTS) +Đích phản hồi lại với CTS +Nguồn phát ra dữ liệu +Đích phản hồi lại với ACK MAC-Điều khiển truy cập môi trường DS ESS 1 ESS 2 BSS 1 BSS 2 BSS 3 BSS 4 17 802.11 MAC logic 18 IFS( Khoảng cách liên khung) 1.IFS ngắn +IFS ngắn nhất +Sử dụng cho các hoạt động phản hồi ngay lập tức 2.IFS chức năng hợp điểm (PIFS) +IFS trung bình +Sử dụng bằng cách tập trung hóa bộ điều chỉnh ở PCF phối hợp khi sử dụng các thăm dò 3.IFS chức năng hợp phân bố +IFS dài nhất +Sử dụng khi có sự trì hoãn nhỏ nhất của hoạt động khung không đồng bộ cho truy cập Cách dùng IFS 19 1.SIFS +ACK +CTS +Phản hồi cực 2.PIFS +Được sử dụng bởi bộ điều chỉnh tập trung hoá trong việc phát đi thăm dò 3.DIFS +Được sử dụng cho tất cả các hoạt động không đồng bộ Định dạng khung MAC 802.11 Khung MAC-Trường địa chỉ Chức năng Tới DS Từ DS Địa chỉ 1 Địa chỉ 2 Địa chỉ 3 Địa chỉ 4 IBSS 0 0 DA SA BSSID Không dùng Không có AP,DS MAC#2 MAC#1 Chức năng Tới DS Từ DS Địa chỉ 1 Địa chỉ 2 Địa chỉ 3 Địa chỉ 4 TớiAP(hồng ngoại ) 1 0 BSSID SA DA Không dùng 20 BSSID được tạo ra ngẫu nhiên Chức năng Tới DS Từ DS Địa chỉ 1 Địa chỉ 2 Địa chỉ 3 Địa chỉ 4 Từ AP(hồng ngoại ) 0 1 DA BSSID SA Không dùng WDS (Cầu nối ) 1 1 RA TA DA SA Hệ thống phân phối không dây Lớp PHY IEEE 802.11 1.Môi trường PHY được xác định bởi chuẩn 802.11 +Quang phổ rộng liên tục trực tiếp -Hoạt động trong dải ISM 2.4 GHz -Dữ liệu có tốc độ trong khoảng 1 và 2 Mbps -13 kênh (Châu âu ) và 1 ( Nhật Bản ) AP Khách Máy chủ 802.11 DS SA/TA RA/BSSID DA AP Clien t Server 802.11 DS 802.11 Máy chủ AP AP RA/DA TA/BSSID SA SA TA R A DA 21 +Trải phổ nhảy tần -Hoạt động trong dải ISM 2.4 GHz -Dữ liệu có tốc độ 1 và 2 Mbps -23 kênh ( Nhật) và 70 ở Mỹ 3.Hồng ngoại +1 và 2 Mbps +Sóng dài từ 850 đến 950 nm 22 802.11 802.11a 802.11b 802.11g Độ rộng dải sẵn có 83.5MHz 300MHz 83.5MHz 83.5MHz Hoạt động liên tục không cấp phép 2.4- 2.4835GHz DSSS,FHSS 5.15-5.35GHz OFDM 5.725-5.825GHz OFDM 2.4-2.4835GHz DSSS 2.4-2.4835GHz DSSS,OFDM Số lượng các kênh không phủ nhau 3(trong nhà/ngoài trời) 4trong nhà 4(trong nhà/ngoài trời) 4ngoài trời 3(trong nhà/ngoài trời) 3(trong nhà/ngoài trời) Tốc độ dữ liệu trên mỗi kênh 1,2Mbps 6,9,12,18,24,36,48,54 Mbps 1,2,5.5,11Mbps 1,2,5.5,6,9,11,12,18,24,36,48,54Mbps Độ tương thích 802.11 W i-fi5 Wi-fi Wi-fi ở 11Mbps và thấp hơn b) IEEE 802.11a 1.Cấu trúc kênh +Sử dụng dải U-NII liên tục +Tiêu chuản xác định mặt phổ truyền 23 -Mục đích là để ràng buộc các vùng của phổ của tín hiệu truyền đi (ví dụ như các tín hiệu ở các kênh liền kề không ảnh hưởng với nhau ) 2.Cấu trúc kênh +Các kênh sẵn có 3.Mã hoá và Điều chế +Sử dụng OFDM 24 -Đồng thời cũng được gọi là việc điều chỉnh đa sóng mang -Sử dụng các tín hiệu đa sóng mang ở các tần số khác nhau , gửi một vài bit trong mỗi kênh -Các truyền sóng thứ cấp được điều chế để sử dụng BPSK , QPSK , 16-QAM hoặc 64-QAM Tỷ lệ dữ liệu Điều chỉnh Tỷ lệ mã hoá Bit được mã hoá trên mỗi truyền sóng thứ cấp Bit mã hoá trên mỗi OFDM Bit dữ liệu mỗi OFDM 6Mbps BPSK 2-Jan 1 48 24 9Mbps BPSK 4-Mar 1 48 36 12Mbps QPSK 2-Jan 2 96 48 18Mbps QPSK 4-Mar 2 96 72 24Mbps 16-QAM 2-Jan 4 192 96 36Mbps 16-QAM 4-Mar 4 192 144 48Mbps 64-QAM 3-Feb 6 288 192 54Mbps 64-QAM 4-Mar 6 288 216 c) IEEE802.11b 1.Là mở rộng của 802.11 DSSS 2.Cung cấp dữ liệu tỷ lệ trong khoảng 5.5 và 11 Mbps trong dải ISM 3.Sử dụng chip tỷ lê 11 MHz vì vậy có độ rộng dải giống như DSSS bản gốc 4.Tỷ lệ dữ liệu cao hơn đạt được bằng cách sử dụng CCK khi điều chỉnh 5.Cấu trúc kênh 25 d) IEEE802.11g 1.Là mở rộng của 802.11b +Đạt được tỷ lệ dữ liệu từ trên 20Mbps đến 54Mbps +Hoạt động trong vùng 2.45GHz +Tương thích với 802.11b Tỷ lệ dữ liệu (Mbps) Hoạt động điều chế Tốc độ dữ liệu (Mbps) Lược đồ điều chế 1 DSSS 18 ERP-OFDM 2 DSSS 22 ERP-PBCC 5.5 CCK hoặc PBCC 24 ERP-OFDM 6 ERP-OFDM 33 ERP-PBCC 9 ERP-OFDM 36 ERP-OFDM 11 CCK hoặc PBCC 48 ERP-OFDM 12 ERP-OFDM 54 ERP-OFDM 1 2 3 4 5 6 87 9 1 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 87 9 1 1 1 1 1 26 2.802.11f +IAPP 3.802.11i +Bảo mật và các cơ chế nguyên bản của lớp MAC 4.802.11n +Vùng mở rộng tới cả lớp PHY và MAC để cải thiện chất lượng -Sử dụng nhiều anten -Các anten thông minh -Các thay đổi cho giao thức truy cập MAC MAC-Bảo mật 1.Trong mạng không dây , việc truyền tải rất khác so với việc truyền tải bằng phương tiện khác 2.Chuẩn 802.11 bản gốc +Bản quyền -Thuật toán WEP -Thuật toán RC4 sử dụng khoá 40-bit (tới khóa 104-bit trễ hơn ) +Bản gốc -Chia sẻ khoá gốc WEP 1.Không bao gồm khung cho vấn đề bản gốc và uỷ quyền 2.Sử dụng CRC cho toàn bộ dữ liệu 3. Được dùng khoá chia sẻ cho việc mã hoá +Khoá cần phải được nhập/thay đổi bằng tay trên AP và tất cả các trạm 4.Chỉ dùng địa chỉ bảo vệ cho liên kết vô tuyến MAC-Bảo mật 1.Nhóm 802.11i được phát triển với cơ chế bảo mật nhằm loại trừ hầu hết các vấn đề bảo mật 802.11 2.802.11i lấy địa chỉ một vài vùng bảo mật : +Điều khiển truy cập +Xác nhận +Uỷ quyền +Bảo mật +Bảo toàn dữ liệu +Quản trị khoá +Bảo vệ trước các tấn công bên ngoài 3.Các loại tấn công +Nhóm không được uỷ quyền với AP +Nghe trộm +Đánh lừa MAC +Từ chối dịch vụ (DDOS) 27 6. XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA WLAN Toàn cảnh công nghệ truyền thông không dây Các chuẩn 802.11x Vẫn đang phát triển Các hoạt động của các chuẩn 802.11x Nhóm Đặc điểm Nhóm Đặc điểm TGa Tần số sử dụng 5 GHz Hỗ trợ nhiều kênh hơn và tốc độ truyền dữ liệu cao hơn (lên TGi Nâng cấp chức năng bảo mật WPAN WLAN WMAN WWAN 802.15 802.11 802.16 802.20 UWB Bluetooth Zigbee IEEE-802.11a IEEE-802.11b IEEE-802.11e/i IEEE-802.11g IEEE-802.11n IEEE-802.16 28 tới 54 Mbps) TGb Tần số sử dụng 2.4 GHz Tốc độ truyền dữ liệu lên tới 11 Mbps TGj Một phiên bản của chuẩn 802.11a có thể hoạt động ở tần số cho phép là 4.9 GHz – 5 GHz TGe Tăng chất lượng dịch vụ và hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện TGk Định nghĩa thông tin mạng và radio cho phép quản lý tốt hơn mạng WLAN do đó cho phép những ứng dụng mới hoạt động TGf Đang xác định các access points tương tác với nhau như thế nào TGl Hiện tại không được sử dụng vì nó khá rắc rối TGg Tăng tốc độ truyền dữ liệu lên 54 Mbps ở tần số 2.4 GHz TGm TGh Thêm sự lựa chọn tần số động từ chuẩn 802.11a theo những qui định của Châu Âu TGn Khả năng thích ứng với 4G 29 Những cơ hội và xu hướng phát triển trong tương lai „ Hệ thống MIMO • Kĩ thuật truyền thông nhiều đầu vào và nhiều đầu ra: Sử dụng một chuỗi Antenna để tăng hiệu quả sử dụng băng thông • GSM (900;1800MHz) • WLAN (2.4; 5.4GHz) • Wimax (Up to 66GHz ) „ Tích hợp đa hệ thống, tạo ra các khả năng thích hợp và nghiên cứu và phát triển công suất • Trong việc xu hướng hội tụ của công nghệ, việc tích hợp các chuẩn truyền thông vào làm một là việc rất cần thiết Động lực phát triển WLAN • Những ứng dụng đa phương tiện tốc độ cao truyền giữa các PC ngày càng phát triển. • Intel tiếp tục phát triển công nghệ truy cập không dây Centrino. • Các ISP và các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đang ngày càng phát triển mở rộng cơ sở hạ tầng • Sự phát triển liên tục những thế hệ mới của công nghệ truyền thông không dây. Ví dụ như Wimax 802.16 hay High Speed Handover Protocol of 802.20. 4th Generation Substitute? 802.16e 802.20 802.11n Bluetooth DECT GSM 802.11a 802.11b 802.11g Hiperaccess Tốc độ truyên dữ liệu cao hơn Tăng tính di động 0.5 2.0 20 155 Total data rate per cell (Mbps) PAN Indoor Vehicular Urban Vehicular Rural High Speed 30 Tăng trưởng kích thước của ứng dụng Nhứng ứng dụng tích hợp với viễn thông - 3G & WLAN Hot Spot Nhứng ứng dụng tích hợp với viễn thông – WLAN + ADSL Telecom: i.e.Hot Spots, Wireless VoIP Multi-media: i.e.Video/ Audio adaptor PC OEM: i.e.Mini PCI, PCI Integrated: i.e. Embedded WLAN module Traditional Networking: i.e. NIC AP Router WLAN Technology Foundation 31 Nhứng ứng dụng tích hợp với viễn thông - VoWLAN 32 Application in Enterprise Environment Sự phát triển của mạng gia đình – Bước 1 VoIP Gateway WLAN Multi-Home Gateway POE Switch Hub WLAN Access Point Broadband Modem WLAN VoIP Phone GSI G-6000 WLAN GSI E- 810 Power P320 Access Interne P360 Hot Spot Access Broadba nd Lease Enterpris e GSI G-4000 VPN WLAN GSI S- 6000 Network Operation AAA RADIUS Smart CF VP 33 Sự phát triển của mạng gia đình – Bước 2 Ngôi nhà số Media Receive Box Media Transmit Box First Step Wireless Media Box Second Step Wireless Media Gateway 34 Digital Came Print PD Regular LAPT DESKT DV FPD Base Flat Panel XDSL with Wireless BB Cabl e, xDSL , Satell it Cabl e, xDSL Satell ite Smart MP Camcord Speake Connectivit Vide A Audi