Đồ án - Tốt nghiệp Công nghệ WLAN

Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
-Các nhà quản lý mạng thực hiện mạng WLAN để cung cấp dự
phòng cho các ứng dụng trọng yếu đang hoạt động trên các mạng
nối dây.
nCác đại lý dịch vụ cho thuê xe và các nhân viên nhà hàng cung cấp
dịch vụ nhanh hơn tới khách hàng trong thời gian thực.
dCác cán bộ cấp cao trong các phòng hội nghị cho các quyết định
nhanh hơn vì họ sử dụng thông tin thời gian thực ngay tại bàn hội
nghị.
1.2 Các lợi ích của mạng WLAN
Độ tin tưởng cao trong nối mạng của các doanh nghiệp và sự tăng
trưởng mạnh mẽ của mạng Internet và các dịch vụ trực tuyến là bằng
chứng mạnh mẽ đối với lợi ích của dữ liệu và tài nguyên dùng
chung. Với mạng WLAN, người dùng truy cập thông tin dùng chung
mà không tìm kiếm chỗ để cắm vào, và các nhà quản lý mạng thiết
lập hoặc bổ sung mạng mà không lắp đặt hoặc di chuyển dây nối.
Mạng WLAN cung cấp các hiệu suất sau: khả năng phục vụ, tiện
nghi, và các lợi thế về chi phí hơn hẳn các mạng nối dây truyền
thống.
• Khả năng lưu động cải thiện hiệu suất và dịch vụ - Các hệ thống
mạng WLAN cung cấp sự truy cập thông tin thời gian thực tại bất
cứ đâu cho người dùng mạng trong tổ chức của họ. Khả năng lưu
động này hỗ trợ các cơ hội về hiệu suất và dịch vụ mà mạng nối
dây không thể thực hiện được.
- 5 -
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
• Đơn giản và tốc độ nhanh trong cài đặt - Cài đặt hệ thống mạng
WLAN nhanh và dễ dàng và loại trừ nhu cầu kéo dây qua các
tường và các trần nhà.
• Linh hoạt trong cài đặt - Công nghệ không dây cho phép mạng đi
đến các nơi mà mạng nối dây không thể.
• Giảm bớt giá thành sở hữu - Trong khi đầu tư ban đầu của phần
cứng cần cho mạng WLAN có giá thành cao hơn các chi phí phần
cứng mạng LAN hữu tuyến, nhưng chi phí cài đặt toàn bộ và giá
thành tính theo tuổi thọ thấp hơn đáng kể. Các lợi ích về giá
thành tính theo tuổi thọ là đáng kể trong môi trường năng động
yêu cầu thường xuyên di chuyển, bổ sung, và thay đổi.
• Tính linh hoạt - Các hệ thống mạng WLAN được định hình theo
các kiểu topo khác nhau để đáp ứng các nhu cầu của các ứng
dụng và các cài đặt cụ thể. Cấu hình mạng dễ thay đổi từ các
mạng độc lập phù hợp với số nhỏ người dùng đến các mạng cơ sở
hạ tầng với hàng nghìn người sử dụng trong một vùng rộng lớn.
• Khả năng vô hướng:các mạng máy tính không dây có thể được
cấu hình theo các topo khác nhau để đáp ứng các nhu cầu ứng
dụng và lắp đặt cụ thể. Các cấu hình dễ dàng thay đổi từ các
mạng ngang hàng thích hợp cho một số lượng nhỏ người sử dụng
đến các mạng có cơ sở hạ tầng đầy đủ dành cho hàng nghìn người
sử dụng mà có khả năng di chuyển trên một vùng rộng.
- 6 -
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
1.3 Bảng so sánh ưu và nhược điểm giữa mạng không dây và có dây:
1. Phạm vi ứng dụng
Mạng có dây Mạng không dây
- Có thể ứng dụng trong tất cả các
mô hình mạng nhỏ, trung bình,
lớn, rất lớn
- Gặp khó khăn ở những nơi xa
xôi, địa hình phức tạp, những nơi
không ổn định, khó kéo dây,
đường truyền
- Chủ yếu là trong mô hình mạng
nhỏ và trung bình, với những mô
hình lớn phải kết hợp với mạng có
dây
- Có thể triển khai ở những nơi
không thuận tiện về địa hình,
không ổn định, không triển khai
mạng có dây được
2. Độ phức tạp kỹ thuật
Mạng có dây Mạng không dây
- Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc
từng loại mạng cụ thể
- Độ phức tạp kỹ thuật tùy thuộc
từng loại mạng cụ thể
- Xu hướng tạo khả năng thiết lập
các thông số truyền sóng vô tuyến
của thiết bị ngày càng đơn giản
hơn
3. Độ tin cậy
Mạng có dây Mạng không dây
- Khả năng chịu ảnh hưởng khách
quan bên ngoài như thời tiết, khí
hậu tốt
- Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên
ngoài như môi trường truyền sóng,
can nhiễu do thời tiết
- Chịu nhiều cuộc tấn công đa
- 7 -
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
- Chịu nhiều cuộc tấn công đa
dạng, phức tạp, nguy hiểm của
những kẻ phá hoại vô tình và cố
tình
- Ít nguy cơ ảnh hưởng sức khỏe
dạng, phức tạp, nguy hiểm của
những kẻ phá hoại vô tình và cố
tình, nguy cơ cao hơn mạng có dây
- Còn đang tiếp tục phân tích về
khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe
4. Lắp đặt, triển khai
Mạng có dây Mạng không dây
- Lắp đặt, triển khai tốn nhiều thời
gian và chi phí
- Lắp đặt, triển khai dễ dàng, đơn
giản, nhanh chóng
5. Tính linh hoạt, khả năng thay đổi, phát triển
Mạng có dây Mạng không dây
- Vì là hệ thống kết nối cố định
nên tính linh hoạt kém, khó thay
đổi, nâng cấp, phát triển
- Vì là hệ thống kết nối di động
nên rất linh hoạt, dễ dàng thay đổi,
nâng cấp, phát triển
6. Giá cả
Mạng có dây Mạng không dây
- Giá cả tùy thuộc vào từng mô
hình mạng cụ thể
- Thường thì giá thành thiết bị cao
hơn so với của mạng có dây.
Nhưng xu hướng hiện nay là càng
ngày càng giảm sự chênh lệch về
giá
- 8 -
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
1.3 Kiến trúc IEEE chuẩn IEEE 802.11
1.3.1 Các thành phần kiến trúc
Chuẩn mạng LAN IEEE 802.11 dựa vào kiến trúc tế bào, là kiến
trúc trong đó hệ thống được chia nhỏ ra thành các cell, mỗi cell (được
gọi là Tập hợp dịch vụ cơ bản, hoặc BSS) được kiểm soát bởi một trạm
cơ sở (gọi là điểm truy cập, hoặc AP).
Mặc dù, một mạng LAN không dây có thể được hình thành từ
một cell đơn, với một điểm truy cập đơn, nhưng hầu hết các thiết lập
được hình thành bởi vài cell, tại đó các điểm truy cập được nối tới
mạng xương sống (được gọi hệ phân phối, hoặc DS), tiêu biểu là
Ethernet, và trong cả mạng không dây.
Toàn bộ liên kết lại mạng LAN không dây bao gồm các cell khác
nhau, các điểm truy cập và hệ phân phối tương ứng, được xem xét
thông qua mô hình OSI, như một mạng đơn chuẩn IEEE 802, và được
gọi là Tập hợp dịch vụ được mở rộng (ESS).
Hình sau mô tả một chuẩn mạng LAN IEEE 802.11 tiêu biểu:
- 9 -
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
Hình 1. Mạng WLAN IEEE 802.11 tiêu biểu
Chuẩn cũng định nghĩa khái niệm Portal, đó là một thiết bị liên
kết giữa mạng LAN chuẩn IEEE 802.11 và mạng LAN chuẩn IEEE
802 khác. Khái niệm này mô tả về lý thuyết phần chức năng của “cầu
chuyển dịch”.
Mặc dù chuẩn không yêu cầu sự cài đặt tiêu biểu tất yếu phải có
AP và Portal trên một thực thể vật lý đơn.
1.3.2 Mô tả các lớp chuẩn IEEE 802.11
Như bất kỳ giao thức chuẩn IEEE 802.x khác, giao thức chuẩn
IEEE 802.11 bao gồm MAC và lớp vật lý, chuẩn hiện thời định nghĩa
một MAC đơn tương tác với ba lớp vật lý (tất cả hoạt động ở tốc độ 1
và 2Mbit/s):
vFHSS hoạt động trong băng tần 2.4GHz
FDSSS hoạt động trong băng tần 2.4GHz, và
- 10 -
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
-Hồng ngoại
Hình 2. Lớp MAC
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.
Lớp MAC: Lớp MAC định nghĩa hai phương pháp truy cập khác nhau,
Hàm phối hợp phân tán và Hàm phối hợp điểm.
1.3.3. Phương pháp truy cập cơ bản: CSMA/CA
Đây là một cơ chế truy cập cơ bản, được gọi Hàm phối hợp phân
tán, về cơ bản là đa truy cập cảm biến sóng mang với cơ chế tránh xung
đột (CSMA/CA). Các giao thức CSMA được biết trong công nghiệp,
mà phổ biến nhất là Ethernet, là giao thức CSMA/CD (CD nghĩa là
phát hiện xung đột).
Giao thức CSMA làm việc như sau: Một trạm truyền đi các cảm
biến môi trường, nếu môi trường bận (ví dụ, có một trạm khác đang
phát), thì trạm sẽ trì hoãn truyền một lúc sau, nếu môi trường tự do thì
trạm được cho phép để truyền.
- 11 -
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
Loại giao thức này rất có hiệu quả khi môi trường không tải
nhiều, do đó nó cho phép các trạm truyền với ít trì hoãn, nhưng thường
xảy ra trường hợp các trạm phát cùng lúc (có xung đột), gây ra do các
trạm nhận thấy môi trường tự do và quyết định truyền ngay lập tức.
Các tình trạng xung đột này phải được xác định, vì vậy lớp MAC
phải tự truyền lại gói mà không cần đến các lớp trên, điều này sẽ gây ra
trễ đáng kể. Trong trường hợp mạng Ethernet, sự xung đột này được
đoán nhận bởi các trạm phát để đi tới quyết định phát lại dựa vào giải
thuật exponential random backoff.
Các cơ chế dò tìm xung đột này phù hợp với mạng LAN nối dây,
nhưng chúng không được sử dụng trong môi trường mạng LAN không
dây, vì hai lý do chính:
1. Việc thực hiện cơ chế dò tìm xung đột yêu cầu sự thi hành toàn
song công, khả năng phát và nhận đồng thời, nó sẽ làm tăng thêm
chi phí một cách đáng kể.
2. Trên môi trường không dây chúng ta không thể giả thiết tất cả
các trạm “nghe thấy” được nhau (đây là sự giả thiết cơ sở của sơ
đồ dò tìm xung đột), và việc một trạm nhận thấy môi trường tự
do và sẵn sàng để truyền không thật sự có nghĩa rằng môi trường
là tự do quanh vùng máy thu.
Để vượt qua các khó khăn này, chuẩn IEEE 802.11 sử dụng một
cơ chế tránh xung đột với một sơ đồ Ghi nhận tính tích cực (Positive
Acknowledge) như sau:
- 12 -
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
Một trạm muốn truyền cảm biến môi trường, nếu môi trường bận
thì nó trì hoãn. Nếu môi trường rãnh với thời gian được chỉ rõ (gọi là
DIFS, Distributed Inter Frame Space, Không gian khung Inter phân
tán), thì trạm được phép truyền, trạm thu sẽ kiểm tra mã CRC của gói
nhận được và gửi một gói chứng thực (ACK). Chứng thực nhận được
sẽ chỉ cho máy phát biết không có sự xung đột nào xuất hiện. Nếu máy
phát không nhận chứng thực thì nó sẽ truyền lại đoạn cho đến khi nó
được thừa nhận hoặc không được phép truyền sau một số lần phát lại
cho trước.
Cảm biến sóng mang ảo (Virtual Carrier Sense)
Để giảm bớt xác suất khả năng hai trạm xung đột nhau vì chúng
không thể “nghe thấy” nhau, chuẩn định nghĩa một cơ chế Cảm biến
sóng mang ảo:
Một trạm muốn truyền một gói, trước hết nó sẽ truyền một gói
điều khiển ngắn gọi là RTS (Request To Send) gồm nguồn, đích đến,
và khoảng thời gian giao dịch sau đó (v.d. gói và ACK tương ứng),
trạm đích sẽ đáp ứng (nếu môi trường tự do) bằng một gói điều khiển
đáp lại gọi là CTS (Clear To Send) gồm cùng thông tin khoảng thời
gian.
Tất cả các trạm nhận RTS và/hoặc CTS, sẽ thiết lập chỉ báo
Virtual Carrier Sense của nó (gọi là NAV, Network Allocation Vector,
Vectơ định vị mạng) cho khoảng thời gian cho trước, và sẽ sử dụng
thông tin này cùng với Cảm biến sóng mang vật lý (Physical Carrier
Sense) khi cảm biến môi trường.
- 13 -
Đồ án tốt nghiệp Công nghệ WLAN
-
Cơ chế này giảm bớt xác suất xung đột về vùng máy thu do một
trạm “ẩn” từ máy phát, để làm ngắn khoảng thời gian truyền RTS, vì
trạm sẽ nghe thấy CTS và “dự trữ” môi trường khi bận cho đến khi kết
thúc giao dịch. Thông tin khoảng thời gian về RTS cũng bảo vệ vùng
máy phát khỏi các xung đột trong thời gian ACK (bởi các trạm nằm
ngoài phạm vi trạm nhận biết).
Cần chú ý thông tin khoảng thời ACK vì các khung RTS và CTS
là các khung ngắn, Nó cũng làm giảm bớt mào đầu của các xung đột, vì
chúng được nhận dạng nhanh hơn khi nó được nhận dạng nếu toàn bộ
gói được truyền, (điều này đúng nếu gói lớn hơn RTS một cách đáng
kể, như vậy là chuẩn cho phép kể cả các gói ngắn sẽ được truyền mà
không có giao dịch RTS/CTS, và điều này được điều khiển bởi một
tham số gọi là ngưỡng RTS).
Trạng thái NAV được kết hợp với cảm biến sóng mang vật lý để
cho biết trạng thái bận của môi trường.
1.3.4 Các chứng thực mức MAC
Lớp MAC thực hiện dò tìm xung đột bằng cách chờ đợi sự tiếp
nhận của một ghi nhận tới bất kỳ đoạn được truyền nào (Ngoại lệ các
gói mà có hơn một nơi đến, như Quảng bá, chưa được thừa nhận).
1.3.5 Phân đoạn và Tái hợp
Các giao thức mạng LAN tiêu biểu sử dụng các gói với vài hàng
trăm byte (ví dụ, gói Ethernet dài nhất dài trên 1518 byte) trên một môi
trường mạng LAN không dây. Lý do các gói dài được ưa chuộng để sử
dụng các gói nhỏ là:
- 14 -

Xem chi tiết: Đồ án - Tốt nghiệp Công nghệ WLAN