CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Trong những năm cuối của thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21, ngành công nghiệp truyền thông đã đánh dấu những bước phát triển vượt bậc trong việc đẩy mạnh khả năng sử dụng mạng không dây vào các hoạt động đời sống của con người. Với những ưu điểm vượt trội so với mạng dây truyền thống như dễ di chuyển, dễ triển khai, uyển chuyển và dễ mở rộng; việc triển khai sử dụng mạng không dây đã gia tăng nhanh chóng. Tuy nhiên, song hành cùng với những ưu điểm đó, mạng không dây cũng còn tồn tại nhiều hạn chế cần quan tâm, đó là tính an toàn khi sử dụng dịch vụ mạng này. Chương này giới thiệu quá trình phát triển, những ưu nhược điểm và những yêu cầu của mạng WLAN.
Trong chương cũng nêu các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về bảo mạng WLAN. Ngoài ra còn nêu rõ mục đích, đối tượng, nhiệm vụ, phương pháp và giới hạn nghiên cứu của luận văn thạc sỹ này. Tổng quan mạng không dây Mạng cục bộ không dây hay còn gọi tắt là mạng không dây (WLAN) là một hệ thống mạng cho phép người dùng kết nối với hệ thống mạng dây truyền thống thông qua các kết nối không dây. Mạng không dây sử dụng tần số radio để truyền nhận dữ liệu thay cho việc sử dụng cáp mạng.
Mạng không dây kết nối các máy tính, các thành phần mạng với nhau thông qua một thiết bị gọi là AP. AP có bộ phận anten dùng để truyền nhận các tín hiệu thông tin ở dạng sóng radio đến các thiết bị không dây (như máy xách tay sử dụng card không dây, PDA…) và có cổng RJ-45 để giao tiếp với mạng dây truyền thống. Trang 1 Luan van Luận văn thạc sĩ HVTH: Phan Thanh Toản Một AP có phạm vi phủ sóng trung bình là 100m. Phạm vi phủ sóng này được gọi là một cell hay một range.
Các thiết bị không dây di chuyển tự do trong cell mà vẫn có thể kết nối được với hệ thống mạng thông qua Access Point.1 Các ứng dụng mạng không dây 1. Quá trình phát triển của mạng không dây Công nghệ WLAN lần đầu tiên xuất hiện vào cuối năm 1990, khi những nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần 900Mhz. Những giải pháp này (không được thống nhất giữa các nhà sản xuất) cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps, thấp hơn nhiều so với tốc độ 10Mbps của hầu hết các mạng sử dụng cáp hiện thời. Năm 1992, những nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm WLAN sử dụng băng tần 2.
Mặc dầu những sản phẩm này đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhưng chúng vẫn là những giải pháp riêng của mỗi nhà sản xuất không được công bố rộng rãi. Sự cần thiết cho việc hoạt động thống nhất giữa các thiết bị ở những Trang 2 Luan van Luận văn thạc sĩ HVTH: Phan Thanh Toản dãy tần số khác nhau dẫn đến một số tổ chức bắt đầu phát triển ra những chuẩn mạng không dây chung. Năm 1997, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) đã phê chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11, và cũng được biết với tên gọi WI-FI (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN.11 hỗ trợ ba phương pháp truyền tín hiệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần số 2. Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ sung cho chuẩn 802.
Và những thiết bị WLAN dựa trên chuẩn 802.11b đã nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội. Các thiết bị WLAN 802.11b truyền phát ở tần số 2.4Ghz, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 11Mbps.11b được tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về tính hiệu dụng, thông lượng (throughput) và bảo mật để so sánh với mạng có dây. Năm 2003, IEEE công bố thêm một sự cải tiến là chuẩn 802.11g có thể truyền nhận thông tin ở cả hai dãy tần 2.4Ghz và 5Ghz và có thể nâng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54Mbps. Thêm vào đó, những sản phẩm áp dụng chuẩn 802.11g cũng có thể tương thích ngược với các thiết bị chuẩn 802.
Hiện nay chuẩn 802.11n đã đạt đến tốc độ 108Mbps-300Mbps.1 Tóm tắt quá trình phát triển mạng không dây Chuẩn mạng Năm phê chuẩn Mô tả Là chuẩn khởi đầu của WLAN, dữ liệu 802.11 1997 truyền 2Mbps, trên băng tần 2.4GHz Dữ liệu truyền 54Mbps, băng tần sử dụng 802.11a 1999/2001 5GHz Trang 3 Luan van Luận văn thạc sĩ HVTH: Phan Thanh Toản Cải tiến từ 802.11, dữ liệu truyền 5.11e 2002 Cải tiến dịch vụ QoS Định nghĩa IAPP (Inter Access-Point 802.11f 2002 Protocol) hỗ trợ roaming trên các AP của nhiều nhà sản xuất khác nhau Dữ liệu truyền 54Mbps, băng tần sử dụng 802. Tương thích ngược với chuẩn 802.11i 2004 Nâng cao tính năng bảo mật 802.11j 2004 Mở rộng từ 802.11 dùng cho Nhật Bản 1. Những ưu điểm của mạng không dây Chúng ta thấy rất rõ những ưu điểm mà mạng không dây cung cấp. 9 Thứ nhất là tính khả chuyển, mạng không dây cho phép người dùng có thể di chuyển trong phạm vi phủ sóng (cell) của nó điều này giúp cho họ cảm thấy thoải mái hơn trong việc sử dụng máy tính khi có nhu cầu giao tiếp với hệ thống mạng bên ngoài.
9 Thứ hai là tính dễ dàng triển khai, ưu điểm này thể hiện rất rõ khi triển khai một hệ thống mạng mới trong một toà nhà đã xây dựng không cung cấp khả năng kết nối mạng thông qua dây cáp. Thay vì phải đi dây đến các thiết bị mạng (điều này sẽ rườm rà và đôi khi còn gây mất thẩm mỹ), mạng không dây chỉ cần một thiết bị gọi là AP kết nối vào mạng có dây và cho phép các thiết bị không dây kết nối vào mạng có dây thông qua AP đó. Trang 4 Luan van Luận văn thạc sĩ HVTH: Phan Thanh Toản 9 Thứ ba là tính uyển chuyển, trong một hệ thống mạng mà số lượng người dùng thay đổi nhiều (như nơi tổ chức hội nghị), mạng không dây cho phép nhiều người dùng dễ dàng sử dụng dịch vụ mạng mà không cần phải lo lắng về việc chuẩn bị các cổng kết nối như mạng có dây. Trong một số trường hợp, việc sử dụng kỹ thuật không dây cũng tiết kiệm đáng kể chi phí thiết lập một hệ thống mạng.
Một ví dụ điển hình là việc xây dựng một hệ thống mạng giữa hai toà nhà cách xa nhau. Mạng không dây cho phép kết nối hệ thống mạng ở hai toà nhà chỉ thông qua hai AP thay vì phải xây dựng một mạng đường trục (back-bone) để kết nối hệ thống mạng ở hai toà nhà này. Giải pháp xây dựng một mạng đường trục là rất tốn kém nên việc sử dụng mạng không dây trong trường hợp này sẽ tiết kiệm đáng kể chi phí triển khai. Những nhược điểm của mạng không dây 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. 9 Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên khả năng bị tấn công của người dùng là rất cao. 9 Phạm vi: Một mạng chuẩn 802.11g với các thiết bị chuẩn chỉ có thể hoạt động tốt trong phạm vi vài chục mét.
Nó phù hợp trong 1 căn nhà, nhưng với một tòa nhà lớn thì không đáp ứng được nhu cầu. Để đáp ứng cần phải mua thêm Repeater hay Access Point, dẫn đến chi phí gia tăng. 9 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 Trang 5 Luan van Luận văn thạc sĩ HVTH: Phan Thanh Toản sóng,…) là không tránh khỏi. Làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng.
9 Tốc độ: Tốc độ của mạng không dây (1- 125 Mbps) rất chậm so với mạng sử dụng cáp (100 Mbps đến hàng Gbps). Những yêu cầu của mạng WLAN WLAN cung cấp cho người sử dụng nhiều ưu điểm như sự di động, tính linh hoạt và băng thông ngày càng được cải thiện. Nhưng người dùng vẫn đòi hỏi mạng WLAN cung cấp các dịch vụ giống như mạng LAN có dây và phải có được những khả năng như vậy. Do đó, thông tin không dây phải đối mặt với những thách thức và khó khăn nhất định để đáp ứng những mục tiêu này.
Sẵn sàng đáp ứng những mục tiêu này, tiêu chuẩn IEEE 802.11 đã đề cập đến hệ thống mạng WLAN có thể đáp ứng một số yêu cầu điển hình của LAN chẳng hạn như băng thông cao, khả năng bao phủ khoảng cách ngắn, kết nối đầy đủ giữa các trạm trực thuộc và khả năng phát sóng lớn. Một số đáp ứng được yêu cầu cho mạng không dây được đề nghị như sau: • Lưu lượng: Do hạn chế về vật lí và băng thông, hiện nay mạng WLAN đang hoạt động ở mức tốc độ dữ liệu giữa 1-54 Mb/s, trong khi mạng LAN có dây có thể hoạt động ở tốc độ truyền tải 10 GB/s. • Số nút: mạng WLAN có thể cho phép hàng trăm nút để giao tiếp với nhau qua nhiều cell. • Tốc độ truyền tải và bảo mật: Một mạng WLAN cần phải được thiết kế tốt để tránh nhiễu và các vấn đề bảo mật vì nếu không mạng có thể dễ bị can thiệp và dễ dàng bị kẻ tấn công dò ra và truy cập vào mạng WLAN.
Bản thân thiết kế WLAN phải cho phép truyền tải đáng tin cậy và một mức độ bảo mật đủ cao để chống lại các đột nhập trái phép. • Phủ sóng : vùng phủ sóng điển hình cho một mạng WLAN là khoảng cách từ 100 ->300m. Trang 6 Luan van Luận văn thạc sĩ HVTH: Phan Thanh Toản • Công suất tiêu thụ: Khi người dùng kết nối với một mạng LAN có dây, hầu hết các thiết bị của họ được kết nối với một ổ cắm điện mà sản xuất yêu cầu, hiện tại là 110V, nhưng khác với ở trên, một kết nối đến một mạng WLAN, nơi phần lớn các thiết bị là di động , thiết bị xách tay thì sử dụng pin là thông dụng. Vì vậy, việc sử dụng một nguồn pin ổn định là cần thiết cho các thiết bị không dây.
Chính vì thế, các thiết bị phải được thiết kế sao cho tiết kiệm năng lượng, chế độ "stand by" và các chế độ tiết kiệm năng lượng được sử dụng. • Handoff / roaming: các mạng WLAN của một tổ chức gồm nhiều cell, giao thức MAC đang được sử dụng cho phép người sử dụng và thiết bị di động của họ chuyển từ một cell này sang một cell khác.