Bài giảng Mạng không dây - Chương 2: Wireless local area networks

 là điểm truy nhập) trước
 khi nó tới nút đích, do đó sẽ làm giảm hiệu quả
 truyền dẫn và tăng trễ truyền dẫn.
 2. Topology mạng WLAN (tiếp)
2.2. Mô hình mạng cơ sở (Basic service sets
 (BSSs))
 2. Topology mạng WLAN (tiếp)
 Mô hình mạng mở rộng 
 (Extended Service Set 
 – ESS) - Tập dịch vụ 
 mở rộng:
 A set of two or more 
 wireless APs connected to 
 the same wired network is 
 known as an Extended 
 Service Set (ESS). 
 An ESS is a single logical 
 network segment (also 
 known as a subnet), and is 
 identified by its SSID 
 (Service Set Identifier).
 2. Topology mạng WLAN (tiếp)
 Mô hình mạng mở rộng (Extended Service
 Set – ESS) - Tập dịch vụ mở rộng (tiếp):
 Vậy: Một ESSs là một tập hợp các BSSs nơi mà
 các Access Point giao tiếp với nhau để chuyển lưu
 lượng từ một BSS này đến một BSS khác để làm
 cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa các
 BSS.
 Cung cấp vùng phủ lớn hơn
 Nối nhiều BSS với một mạng xương sống, vd.
 Ethernet
 2. Topology mạng WLAN (tiếp)
Mô hình mạng mở rộng (Extended Service Set
 – ESS) - Tập dịch vụ mở rộng (tiếp):
 Sự hoạt động:
  Access Point thực hiện việc giao tiếp thông qua hệ thống phân
 phối.
  Hệ thống phân phối là một lớp mỏng trong mỗi Access Point mà
 nó xác định đích đến cho một lưu lượng được nhận từ một BSS.
  Hệ thống phân phối được tiếp sóng trở lại một đích trong cùng
 một BSS, chuyển tiếp trên hệ thống phân phối tới một Access
 Point khác, hoặc gởi tới một mạng có dây tới đích không nằm
 trong ESS.
  Các thông tin nhận bởi Access Point từ hệ thống phân phối được
 truyền tới BSS sẽ được nhận bởi trạm đích.
2. Topology mạng WLAN (tiếp)
 Ưu điểm của WLAN
 Sự tiện lợi: Nó cho phép người dùng truy xuất tài
 nguyên mạng ở bất kỳ nơi đâu trong khu vực được triển
 khai (nhà hay văn phòng).
 Khả năng di động: Với sự phát triển của các mạng không
 dây công cộng, người dùng có thể truy cập Internet ở
 bất cứ đâu.
 Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ
 đi từ nơi này đến nơi khác.
 Triển khai: Việc thiết lập hệ thống mạng không dây ban
 đầu chỉ cần ít nhất 1 access point, không phải đi dây.
 Khả năng mở rộng: Mạng không dây có thể đáp ứng tức
 thì khi gia tăng số lượng người dùng. Giảm bảo trì dây.
 Nhược điểm của WLAN
 Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên
 khả năng bị tấn công của người dùng là rất cao.
 Phạm vi: Một mạng chuẩn 802.11g với các thiết bị chuẩn
 chỉ có thể hoạt động tốt trong phạm vi vài chục mét.
 Độ tin cậy: Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông
 nên việc bị nhiễu, tín hiệu bị giảm do tác động của các
 thiết bị khác(lò vi sóng,.) là không tránh khỏi. Làm
 giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng.
 Tốc độ: Tốc độ của mạng không dây (1- 300 Mbps) rất
 chậm so với mạng sử dụng cáp(100Mbps đến hàng
 Gbps).
Các vấn đề gặp phải của WLAN
 Các vấn đề của mạng WLAN không dây
  Tỉ lệ lỗi bit cao, gấp khoảng mười lần tỉ lệ đó của 
 mạng LAN
  Khó xác định topology của mạng.
Các vấn đề gặp phải của WLAN
 (tiếp)
  Nguồn điện cung cấp cho một trạm có giới hạn, cần
 giảm tiêu thụ điện năng, thỏa hiệp giữa hiệu suất và
 duy trì nguồn.
  Rất nhiều giao thức được thiết kế cho mạng có dây.
 Ví dụ TCP sẽ giảm hiệu suất hoạt động trong môi
 trường không dây.
  Cài đặt WLAN đòi hỏi phải tính đến môi trường trong
 đó sóng tín hiệu lan truyền.
 CÁC THIẾT BỊ HẠ TẦNG MẠNG 
 KHÔNG DÂY (WLAN)
1. Điểm truy cập: AP(Access Point)
 Cung cấp cho các máy khách(client) một điểm truy cập
 vào mạng. AP là một thiết bị song công(Full duplex) có
 mức độ thông minh tương đương với một chuyển mạch
 Ethernet phức tạp(Switch).
 Các chế độ hoạt động cuả AP:
  Chế độ gốc (Root mode): Root mode được sử dụng khi AP được
 kết nối với mạng backbone có dây thông qua giao diện có dây
 (thường là Ethernet) của nó.
 Các chế độ hoạt động cuả AP
 Chế độ gốc (Root mode):
Các chế độ hoạt động cuả AP (tiếp)
 Chế độ cầu nối (Bridge Mode): Trong Bridge mode, AP
 hoạt động hoàn toàn giống với một cầu nối không dây.
Các chế độ hoạt động cuả AP (tiếp)
 Chế độ lặp(Repeater mode):
  AP có khả năng cung cấp một đường kết nối không
 dây Upstream vào mạng có dây thay vì một kết nối có
 dây bình thường.
  Một AP hoạt động như là một root AP và AP còn lại
 hoạt động như là một Repeater không dây.
  AP trong Repeater mode kết nối với các client như là
 một AP và kết nối với Upstream AP như là một client.
Các chế độ hoạt động cuả AP (tiếp)
 Chế độ lặp(Repeater mode):
 CÁC THIẾT BỊ HẠ TẦNG MẠNG 
 KHÔNG DÂY (WLAN)
 2. Các thiết bị máy khách trong WLAN
a, Card PCI Wireless:
 Là thành phần phổ biến nhất trong WLAN. Dùng để kết
 nối các máy khách vào hệ thống mạng không dây. Được
 cắm vào khe PCI trên máy tính. Loại này được sử dụng
 phổ biến cho các máy tính để bàn(desktop) kết nối vào
 mạng không dây.
 CÁC THIẾT BỊ HẠ TẦNG MẠNG 
 KHÔNG DÂY (tiếp)
2. Các thiết bị máy khách trong WLAN
a, Card PCI Wireless:
 CÁC THIẾT BỊ HẠ TẦNG MẠNG 
 KHÔNG DÂY (WLAN)
2. Các thiết bị máy khách trong WLAN
b, Card USB Wireless
 Loại rất được ưu chuộng hiện nay dành cho các thiết bị
 kết nối vào mạng không dây vì tính năng di động và nhỏ
 gọn . Có chức năng tương tự như Card PCI Wireless,
 nhưng hỗ trợ chuẩn cắm là USB (Universal Serial Bus).
 3. The Physical Layer 802.11
 Phổ điện từ:
  Phần phổ điện từ được sử dụng trải từ 107 đến 1011 
 MHz có thể tăng vùng phủ sóng nhưng giảm khả 
 năng bảo mật và tăng sự giao thoa. 
 Các sản phẩm của WLAN hoạt động với các băng tần
 ISM và bắt buộc sử dụng kỹ thuật trải rộng phổ và điện
 năng truyền phát thấp để giảm giao thoa.
 ISM (Industrial Scientific Medical) là những băng tần chỉ
 định cho các WLAN sử dụng. Đó là: băng tần 900 MHz,
 2.4 GHz và 5 GHz.
3. The Physical Layer (tiếp)
 3. The Physical Layer (tiếp)
 802.11 Infrared: chuẩn 802.11 về phát sóng hồng ngoại
 802.11 FHSS (Frequency Hop Spread Spectrum): Trải phổ
 nhảy tần, sử dụng sóng mang băng thông hẹp thay đổi
 tần số theo một mẫu được biết bởi cả bên truyền và bên
 nhận, được đồng bộ một cách hợp lý.
 802.11 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Trải
 phổ chuỗi trực tiếp, phát ra một bảng mẫu bit phụ cho
 mỗi bit được truyền. Bảng mẫu bit (bit pattern) này gọi là
 một chip hoặc chipping code. Chip càng dài, khả năng dữ
 liệu ban đầu được khôi phục lại càng cao.
 3. The Physical Layer (tiếp)
 802.11a/g OFDM: (Orthogonal Frequency-Division
 Multiplexing) là một trường hợp đặc biệt của phương
 pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang
 phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tính hiệu ở các sóng
 mang phụ cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn
 có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu.
 802.11b HR-DSSS: đặc tả lớp trải phổ chuỗi trực
 tiếp tốc độ cao.
 3. The Physical Layer (tiếp)
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
 4. The Medium Access Control 
 (MAC) Layer
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
 4. The Medium Access Control 
 (MAC) Layer (tiếp)
 802.11 dùng CSMA/CA Carrier Sense Multiple
 Access/Collision Avoidance để điều khiển sự truy nhập
 đến đường truyền (không dây)
 Cơ chế Distributed Coordination Function (DCF)
 Cơ chế Point Coordination Function (PCF)
 802.11 bắt buộc phải thực hiện báo nhận cho từng
 khuông dữ liệu
4. The Medium Access Control 
 (MAC) Layer (tiếp)
DCF_ Distributed Coordination Function 
 DCF là cơ chế truy nhập cho mạng 802.11 dựa trên
 phương pháp truy nhập CSMA/CA.
 Trong cơ chế hoạt động của DCF, một trạm muốn
 truyền frame phải đợi một khoảng thời gian xác định
 sau khi đường truyền rỗi. Giá trị thời gian này được
 gọi là DCF Interframe Space (DIFS).
 Một khi DIFS trôi qua, đường truyền đã có thể sẵn
 sàng cho các trạm giành quyền truy nhập.
4. The Medium Access Control 
 (MAC) Layer (tiếp)
DCF
 Khi một trạm có dữ liệu truyền đi, trạm cảm nhận
 đường truyền và truyền nếu đường truyền rảnh
 Khi truyền khuông trạm không nghe đường truyền,
 khuông có thể bị hỏng
 Nếu trạm thấy đường truyền bận, chờ đến khi rảnh
 và bắt đầu truyền
 Khi có xung đột, tạm chờ một thời gian ngẫu nhiên và
 thử truyền lại sau
4. The Medium Access Control 
 (MAC) Layer (tiếp)
PCF _ Point Coordination Function 
 PCF là một cơ chế truy nhập tùy chọn (ngoài DCF)
 của 802.11.
 PCF cung cấp việc phân phát các frame đến và đi từ
 AP mà không cần phải đấu tranh giành đường truyền
 (Contention Free).
 Hầu hết các nhà sản xuất không hỗ trợ PCF bởi vì nó
 làm tăng chi phí trong BSS nên chúng không được
 phổ biến lắm. Việc mở rộng đặc tả 802.11 cho phép
 hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) dựa trên PCF sẽ tạo
 ra một cơ chế mới hữu ích hơn.
 4. The Medium Access Control 
 (MAC) Layer (tiếp)
PCF _ Point Coordination Function
 BS thăm dò các trạm và hỏi xem trạm có cần truyền dữ
 liệu không, do đó không có xung đột.
 BS đều đặn truyền quảng bá khuông báo hiệu để mời
 các trạm mới đăng ký
 BS cũng có thể yêu cầu trạm đi ngủ để tiết kiệm nguồn
 điện
 DCF và PCF có thể cùng hoạt động nếu khoảng thời
 gian giữa các khuông được sắp xếp thích hợp.
 4. The Medium Access Control 
 (MAC) Layer
Định dạng khung MAC
 Điều khiển MAC: bao gồm 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
 Lớp điều khiển kết nối logic (LLC)
Chức năng lớp điều khiển kết nối logic (Logical 
 Link Control _LLC):
 Cung cấp giao diện tới lớp cao hơn
 Điều khiển luồng và lỗi
 Truyền lại các khung không thành công
 Lớp điều khiển kết nối logic (LLC)
 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
 Lớp điều khiển kết nối logic (LLC)
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
 CRC
 CRC (cyclic redundancy check) một loại mã phát hiện
 lỗi.
 Được dùng để sinh ra giá trị kiểm thử, của một chuỗi bit
 có chiều dài ngắn và cố định, của các gói tin vận chuyển
 qua mạng hay một khối nhỏ của tệp dữ liệu.
 Giá trị kiểm thử được dùng để dò lỗi khi dữ liệu được
 truyền hay lưu vào thiết bị lưu trữ.
 CRC
 Giá trị của CRC sẽ được tính toán và đính kèm vào dữ
 liệu trước khi dữ liệu được truyền đi hay lưu trữ. Khi dữ
 liệu được sử dụng, nó sẽ được kiểm thử bằng cách sinh
 ra mã CRC và so khớp với mã CRC trong dữ liệu.
 CRC rất phổ biến, vì nó rất đơn giản để lắp đặt trong các
 máy tính sử dụng hệ cơ số nhị phân, dễ dàng phân tích
 tính đúng, và rất phù hợp để dò các lỗi gây ra bởi nhiễu
 trong khi truyền dữ liệu.
So sánh việc tạo frame ở mạng có dây
 Các thành phần của 802.11
 Station (trạm)
  Wireless network interface
  Laptop, thiết bị cầm tay, desktop
 Access point (Điểm truy nhập)
  Các khuông (frame) của mạng 
 802.11 phải được chuyển thành 
 các dạng frame khác trước khi gửi 
 đi.
  Cầu (bridge)
 Wireless medium (phương tiện 
 truyền dẫn không dây)
  Sóng radio (Radio Frequency –
 RF)
  Tia hồng ngoại...
 5. Một số chuẩn 802.11 thông dụng
5.1. Chuẩn 802.11
 Được IEEE giới thiệu vào năm 1997
 802.11chỉ hỗ trợ cho băng tần cực đại đến 2Mbps
 Do đó, các sản phẩm không dây thiết kế theo chuẩn
 802.11 ban đầu này dần không được sản xuất nữa.
 5. Một số chuẩn 802.11 thông dụng
 (tiếp)
5.2. Chuẩn 802.11b
 Chuẩn 802.11 được IEEE mở rộng vào tháng 7/1999,
 thành chuẩn 802.11b.
 802.11b cũng sử dụng tần số vô tuyến (2.4 GHz) giống
 như chuẩn ban đầu 802.11
 Hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương đương với
 mạng Ethernet truyền thống.
 Các thiết bị theo chuẩn 802.11b có thể bị xuyên nhiễu từ
 các thiết bị điện thoại không dây (kéo dài), lò vi sóng
 hoặc các thiết bị khác sử dụng cùng dải tần 2.4 GHz.
 Ưu điểm: Giá thành thấp, phạm vi tín hiệu tốt và không
 dễ bị cản trở
 5. Một số chuẩn 802.11 thông dụng
 (tiếp)
5.3. Chuẩn 802.11a
 Là một mở rộng thứ cấp cho chuẩn 802.11
 Chuẩn 802.11a và 802.11b gần như được tạo đồng thời,
 nhưng chuẩn 802.11b phát triển nhanh hơn.
 Do giá thành cao hơn nên 802.11a chỉ được sử dụng
 trong các mạng doanh nghiệp.
 802.11a hỗ trợ băng thông lên đến 54 Mbps và sử dụng
 tần số vô tuyến 5GHz.
 Các tín hiệu 802.11a cũng khó xuyên qua các vách
 tường và các vật cản khác hơn do dùng tần số cao hơn
 802.11b
 5. Một số chuẩn 802.11 thông dụng
 (tiếp)
5.4. Chuẩn 802.11g
 Ra đời vào năm 2002 và 2003.
 802.11g thực hiện sự kết hợp tốt nhất giữa 802.11a và
 802.11b.
 Nó hỗ trợ băng thông lên đến 54Mbps và sử dụng tần số
 2.4 Ghz để có phạm vi rộng.
 802.11g có khả năng tương thích với các chuẩn 802.11b,
 điều đó có nghĩa là các điểm truy cập 802.11g sẽ làm
 việc với các adapter mạng không dây 802.11b và ngược
 lại.
 Ưu điểm của 802.11g – tốc độ cao; phạm vi tín hiệu
 tốt và ít bị che khuất.
 5. Một số chuẩn 802.11 thông dụng
 (tiếp)
5.5. Chuẩn 802.11n (chưa triển khai)
 Là chuẩn mới nhất trong danh mục Wi-Fi
 Được thiết kế để cải thiện cho 802.11g. Nó tận dụng nhiều
 tín hiệu không dây và các anten (công nghệ MIMO).
 Các kết nối 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 100
 Mbps. 802.11n cũng cung cấp phạm vi bao phủ tốt hơn so
 với các chuẩn Wi-Fi trước nó nhờ cường độ tín hiệu mạnh
 của nó. Thiết bị 802.11n sẽ tương thích với các thiết bị
 802.11g.
 Ưu điểm của 802.11n – tốc độ nhanh và phạm vi tín
 hiệu tốt nhất; khả năng chịu đựng xuyên nhiễu từ các
 nguồn bên ngoài tốt hơn.
 5. Một số chuẩn 802.11 thông dụng
 (tiếp)
Ngoài ra còn có các chuẩn:
 802.11b+: Cung cấp tốc độ truyền là 22Mbps
 802.11h: Được sử dụng ở châu Âu, hoạt động ở băng tần
 5 GHz.
 802.11e: Cải tiến tầng MAC của các chuẩn 802.11 a, b, g
 nhằm nâng cao chất lượng của dịch vụ.
 802.11f: Cho phép các Access Point của nhiều nhà sản
 xuất khác nhau có thể làm việc được với nhau.
 802.11i Cải tiến tầng MAC, nhằm tăng tính năng bảo mật
 WEP (WEP2).
 Một số ứng dụng của mạng WLAN
 Xây dựng các mạng tạm thời (cho một dự án có thời hạn
 nào đó...)
 Triển khai ở môi trường, địa hình phức tạp không thể đi
 dây được như: đồi núi, hải đảo
 Ở những toà nhà không thể đi dây mạng hoặc người
 dùng thường xuyên di động như: nhà hàng, khách sạn,
 bệnh viện
 Những nơi phục vụ Internet công cộng như: nhà ga, sân
 bay, trường học
 Mở rộng mạng: nhanh, ít tốn kém
 Cho văn phòng nhỏ (mạng SOHO_Small office-Home
 office)