Nghiên cứu giải pháp an ninh cho mạng WLAN 802.11

Tài liệu chuyên sâu Giải pháp an ninh hiệu quả cho mạng WLAN 802.11, phân tích đa chiều, cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc cho chuyên ngành

• Tác giả: Nguyễn Việt Hải
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Tam
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Giải Pháp An Ninh Hiệu Quả Cho Mạng WLAN 802.11
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG WLAN 802.11
• 1.1. Sự phát triển và gia tăng của các thiết bị di động
• 1.2. Phân loại mạng không dây
• 1.2.1. Khái niệm
• 1.2.2. Phân loại
• 1.2.2.1. WWAN (Wireless Wide Area Network) – Mạng không dây diện rộng
• 1.2.2.2. WLAN (Wireless Local Area Network) – Mạng không dây cục bộ
• 1.2.2.3. WPAN (Wireless Personal Area Network) – Mạng không dây cá nhân
• 1.3. Chuẩn IEEE 802.11 và các đặc tả liên quan
• 1.4. Tầng vật lý
• 1.4.1. Kiến trúc logic tầng vật lý
• 1.4.2. Công nghệ Trải phổ nhảy tần (FHSS)
• 1.4.3. Công nghệ Trải phổ trực tiếp và Trải phổ trực tiếp tốc độ cao (DSSS)
• 1.4.4. Công nghệ Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM)
• 1.4.5. Công nghệ Tầng vật lý tốc độ mở rộng (ERP)
• 1.4.6. Công nghệ sóng hồng ngoại (IR)
• 1.5. Tầng con MAC
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP AN NINH ÁP DỤNG CHO MẠNG 802.11
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC THỰC TRONG MẠNG WLAN
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT SẴN SÀNG VÀ MÔ HÌNH MẠNG WLAN AN TOÀN
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về mạng WLAN 802

Mạng không dây WLAN 802.11 đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống hiện đại nhờ vào tính linh hoạt và khả năng di động mà nó mang lại. Mạng không dây cho phép người dùng kết nối Internet mà không cần dây dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai mạng ở những khu vực khó khăn. Tuy nhiên, an ninh mạng là một vấn đề lớn mà các nhà quản lý cần phải đối mặt. Các tiêu chuẩn như 802.11i đã được phát triển để cải thiện bảo mật WLAN, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc triển khai đồng nhất và an toàn. Việc thiếu tính sẵn sàng trong các tiêu chí an ninh đã dẫn đến những rủi ro, đặc biệt là tấn công từ chối dịch vụ (DoS).

1.1. Tính chất và thách thức của mạng WLAN

Mạng WLAN 802.11 sử dụng sóng điện từ để truyền tải dữ liệu, điều này tạo ra nhiều thách thức về bảo mật mạng. Các mối đe dọa như tấn công giả mạo, nghe lén và tấn công từ chối dịch vụ là những vấn đề phổ biến. Để đảm bảo bảo vệ thông tin, các giải pháp như mã hóa dữ liệu và xác thực người dùng cần được áp dụng. Việc sử dụng các công nghệ như VPN cho WLAN cũng là một giải pháp hiệu quả để tăng cường an ninh mạng.

II. Các giải pháp bảo mật cho mạng WLAN

Để đảm bảo bảo mật WLAN, nhiều giải pháp đã được đề xuất và áp dụng. Các biện pháp này bao gồm mã hóa dữ liệu, xác thực người dùng và quản lý mạng. Giải pháp bảo mật như WEP, WPA và WPA2 đã được phát triển để bảo vệ dữ liệu trong quá trình truyền tải. Tuy nhiên, các giải pháp này cũng có những hạn chế riêng, và việc sử dụng các tiêu chuẩn mới như 802.11i là cần thiết để cải thiện an ninh mạng.

2.1. Mã hóa và xác thực

Mã hóa là một trong những phương pháp quan trọng nhất để bảo vệ dữ liệu trong mạng WLAN. Các giao thức như TKIP và CCMP cung cấp khả năng mã hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ thông tin khỏi các cuộc tấn công. Bên cạnh đó, xác thực người dùng thông qua EAP (Extensible Authentication Protocol) cũng là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo bảo mật mạng. Việc xác thực hai chiều giúp ngăn chặn các cuộc tấn công giả mạo và đảm bảo rằng chỉ những người dùng hợp lệ mới có thể truy cập vào mạng.

III. Quản lý và giám sát mạng WLAN

Quản lý và giám sát mạng là một phần không thể thiếu trong việc duy trì an ninh mạng. Việc sử dụng các công cụ giám sát giúp phát hiện sớm các mối đe dọa và tấn công. Các biện pháp như phân tích lưu lượng mạng và phát hiện xâm nhập có thể giúp các quản trị viên mạng nhanh chóng phản ứng với các sự cố an ninh. Hơn nữa, việc áp dụng các tiêu chuẩn như 802.11i cũng giúp cải thiện khả năng quản lý và bảo vệ mạng.

3.1. Công cụ giám sát và phân tích

Các công cụ giám sát mạng như IDS (Intrusion Detection System) và IPS (Intrusion Prevention System) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ mạng WLAN. Những công cụ này giúp phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công trước khi chúng có thể gây hại. Việc phân tích lưu lượng mạng cũng giúp xác định các mẫu hành vi bất thường, từ đó đưa ra các biện pháp phòng ngừa kịp thời.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Mạng WLAN 802.11 mang lại nhiều lợi ích cho người dùng, nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức về an ninh mạng. Việc áp dụng các giải pháp bảo mật hiệu quả là cần thiết để bảo vệ thông tin và dữ liệu. Hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện các tiêu chuẩn bảo mật, đồng thời nâng cao khả năng quản lý và giám sát mạng. Các công nghệ mới như AI và machine learning có thể được áp dụng để phát hiện và ngăn chặn các mối đe dọa một cách hiệu quả hơn.

4.1. Đề xuất giải pháp tương lai

Để nâng cao bảo mật WLAN, cần nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới như mã hóa mạnh hơn và xác thực đa yếu tố. Việc tích hợp công nghệ AI vào các hệ thống giám sát cũng có thể giúp phát hiện các mối đe dọa một cách nhanh chóng và chính xác hơn. Hơn nữa, việc đào tạo người dùng về an ninh mạng cũng là một yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ mạng WLAN khỏi các cuộc tấn công.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mạng không dây WLAN 802.11 đã trở thành một phần không thể thiếu trong hạ tầng công nghệ thông tin hiện đại, với phạm vi phủ sóng dưới 200 mét và tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54 Mbps theo các chuẩn mới nhất. Sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị di động như laptop, PDA đã thúc đẩy nhu cầu sử dụng mạng WLAN ngày càng tăng, đặc biệt trong các môi trường không thể triển khai mạng có dây truyền thống. Tuy nhiên, môi trường truyền dẫn mở của mạng WLAN 802.11 đặt ra nhiều thách thức về an ninh, bao gồm các vấn đề về tính bí mật, toàn vẹn dữ liệu, xác thực và tính sẵn sàng của mạng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích các giải pháp an ninh hiện có cho mạng WLAN 802.11, tập trung vào các tiêu chí: tính bí mật, tính toàn vẹn, xác thực hai chiều và tính sẵn sàng, đồng thời đề xuất một mô hình mạng WLAN an toàn có khả năng phòng chống tấn công từ chối dịch vụ (DoS) và đảm bảo an ninh cao. Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh các chuẩn an ninh như WEP, TKIP, CCMP và chuẩn 802.11i đang được áp dụng rộng rãi, với phạm vi nghiên cứu tập trung vào mạng WLAN sử dụng chuẩn IEEE 802.11 tại Việt Nam trong giai đoạn từ năm 2000 đến 2007.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao độ an toàn cho mạng WLAN, góp phần bảo vệ dữ liệu và dịch vụ mạng trong các tổ chức, doanh nghiệp và cá nhân sử dụng mạng không dây, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển các giải pháp an ninh mạng không dây trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Chuẩn IEEE 802.11 và mô hình OSI: Tập trung vào hai tầng thấp nhất là tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer) và tầng vật lý (Physical Layer), trong đó tầng con MAC và PHY được phân tích chi tiết về chức năng và đặc điểm kỹ thuật.
• Các giao thức an ninh mạng WLAN: Bao gồm WEP (Wired Equivalent Privacy), TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), CCMP (Counter Mode with CBC-MAC Protocol) và chuẩn 802.11i, với các khái niệm chính như mã hóa RC4, AES, xác thực 802.1X, mã kiểm tra toàn vẹn MIC, và cơ chế phân phối khóa.
• Mô hình mạng an toàn RSN (Robust Security Network): Định nghĩa cây phân cấp khóa cặp và khóa nhóm, cơ chế sinh khóa và phân phối khóa nhằm đảm bảo an ninh mạng WLAN.
• Các khái niệm về tấn công mạng không dây: Bao gồm tấn công replay, tấn công DoS, tấn công giả mạo gói tin, và các phương pháp phòng chống tương ứng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp dựa trên:

• Nguồn dữ liệu: Tài liệu chuẩn IEEE 802.11, các báo cáo kỹ thuật, nghiên cứu học thuật và các tài liệu pháp luật liên quan đến an ninh mạng không dây.
• Phương pháp phân tích: So sánh, đánh giá các giải pháp an ninh hiện có dựa trên các tiêu chí an ninh mạng như tính bí mật, toàn vẹn, xác thực và tính sẵn sàng. Phân tích các điểm yếu và hạn chế của từng giải pháp, đồng thời đề xuất mô hình cải tiến.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung vào các thiết bị và giải pháp mạng WLAN phổ biến trong giai đoạn 2000-2007, bao gồm các thiết bị hỗ trợ chuẩn 802.11b/g và các giao thức an ninh tương ứng.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong năm 2007, với các giai đoạn thu thập tài liệu, phân tích lý thuyết, đánh giá thực nghiệm và đề xuất mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. WEP có nhiều lỗ hổng an ninh nghiêm trọng: WEP sử dụng thuật toán mã hóa RC4 với véc tơ khởi tạo 24 bit, dẫn đến hiện tượng xung đột véc tơ khởi tạo sau khoảng 9 giờ hoạt động ở tốc độ 11 Mbps, tạo điều kiện cho kẻ tấn công dò tìm khóa dòng. Ngoài ra, WEP không có cơ chế chống tấn công replay và sử dụng thuật toán CRC dễ bị tấn công "bit flipping". Tỷ lệ thành công tấn công vào WEP có thể lên đến 100% trong một số trường hợp thực tế.

2. TKIP cải tiến đáng kể so với WEP: TKIP tăng độ dài véc tơ khởi tạo lên 48 bit, giảm nguy cơ xung đột véc tơ khởi tạo từ khoảng 16 triệu lên khoảng 280 nghìn tỷ, đồng thời sử dụng mã kiểm tra toàn vẹn MIC thay cho CRC. TKIP cũng áp dụng cơ chế phản ứng khi phát hiện mã MIC sai, ngăn chặn tấn công giả mạo hiệu quả. Tuy nhiên, TKIP vẫn sử dụng thuật toán RC4 nên còn tồn tại một số hạn chế về bảo mật.

3. CCMP sử dụng AES đảm bảo an ninh cao hơn: CCMP áp dụng thuật toán mã hóa khối AES với khóa 128 bit và chế độ mã hóa kết hợp CBC-MAC, vừa mã hóa dữ liệu vừa đảm bảo tính toàn vẹn. CCMP sử dụng số thứ tự gói 48 bit để chống tấn công replay, cung cấp mức độ bảo mật cao hơn TKIP và WEP. Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới 54 Mbps với độ an toàn được đảm bảo.

4. Mô hình RSN và cây phân cấp khóa nâng cao quản lý khóa: RSN định nghĩa cây phân cấp khóa cặp và khóa nhóm, sử dụng khóa cặp chính PMK và khóa nhóm GMK để sinh các khóa phiên mã hóa riêng biệt cho từng luồng dữ liệu unicast và multicast/broadcast. Cơ chế sinh khóa và phân phối khóa tự động giúp tăng tính bảo mật và giảm thiểu rủi ro do quản lý khóa thủ công.

Thảo luận kết quả

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, mặc dù WEP là giải pháp an ninh đầu tiên cho mạng WLAN 802.11, nhưng các điểm yếu nghiêm trọng về mã hóa và quản lý khóa khiến nó không còn phù hợp với yêu cầu bảo mật hiện đại. TKIP được thiết kế như một giải pháp nâng cấp phần mềm cho các thiết bị cũ, cải thiện đáng kể các điểm yếu của WEP nhưng vẫn chưa đạt được mức độ an toàn tối ưu do vẫn sử dụng RC4.

CCMP với thuật toán AES và chế độ mã hóa CBC-MAC được xem là giải pháp an ninh tiên tiến nhất cho mạng WLAN, cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện về tính bí mật, toàn vẹn và chống tấn công replay. Mô hình RSN với cơ chế phân phối khóa tự động và cây phân cấp khóa giúp quản lý khóa hiệu quả, giảm thiểu rủi ro do lộ khóa hoặc tấn công từ bên trong.

Các dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ thành công tấn công vào WEP, TKIP và CCMP, cũng như bảng tổng hợp các tính năng an ninh và hạn chế của từng giải pháp. So sánh với các nghiên cứu khác trong ngành cho thấy kết quả phù hợp với xu hướng phát triển an ninh mạng WLAN toàn cầu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai chuẩn 802.11i với giao thức CCMP làm chuẩn an ninh chính: Các tổ chức và doanh nghiệp nên ưu tiên sử dụng CCMP để đảm bảo an toàn dữ liệu và chống lại các tấn công mạng hiện đại. Thời gian thực hiện trong vòng 6-12 tháng, do các thiết bị mới hỗ trợ chuẩn này ngày càng phổ biến.

2. Áp dụng mô hình RSN với cơ chế phân phối khóa tự động: Giảm thiểu rủi ro do quản lý khóa thủ công, tăng cường bảo mật mạng WLAN. Chủ thể thực hiện là bộ phận quản trị mạng và nhà cung cấp thiết bị, với timeline 3-6 tháng để cấu hình và triển khai.

3. Nâng cấp hoặc thay thế các thiết bị cũ chỉ hỗ trợ WEP/TKIP: Để tránh các lỗ hổng bảo mật, các thiết bị không hỗ trợ CCMP nên được thay thế hoặc nâng cấp phần mềm nếu có thể. Khuyến nghị thực hiện trong vòng 12 tháng.

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức về an ninh mạng WLAN: Đào tạo nhân viên kỹ thuật và người dùng về các nguy cơ an ninh và cách phòng tránh, đặc biệt là các tấn công DoS và replay. Chủ thể thực hiện là các tổ chức, doanh nghiệp, với kế hoạch đào tạo định kỳ hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Chuyên gia và kỹ sư mạng không dây: Nghiên cứu giúp hiểu sâu về các giải pháp an ninh WLAN, từ đó thiết kế và triển khai hệ thống mạng an toàn hơn.

2. Nhà quản trị hệ thống và bảo mật: Áp dụng các kiến thức về quản lý khóa, phân phối khóa và các giao thức mã hóa để nâng cao bảo mật mạng doanh nghiệp.

3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ Thông tin: Là tài liệu tham khảo quý giá về các chuẩn mạng WLAN, các giao thức an ninh và các phương pháp phòng chống tấn công mạng.

4. Nhà sản xuất thiết bị mạng không dây: Cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các sản phẩm hỗ trợ chuẩn an ninh mới, đáp ứng yêu cầu bảo mật ngày càng cao của thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao WEP không còn được khuyến cáo sử dụng?
   WEP có nhiều lỗ hổng như sử dụng véc tơ khởi tạo 24 bit dễ bị trùng lặp, thuật toán mã hóa RC4 yếu, không có cơ chế chống tấn công replay và sử dụng CRC dễ bị tấn công sửa đổi dữ liệu. Các công cụ tấn công tự động có thể phá khóa WEP trong thời gian ngắn.

2. TKIP cải thiện an ninh mạng WLAN như thế nào?
   TKIP tăng độ dài véc tơ khởi tạo lên 48 bit, sử dụng mã kiểm tra toàn vẹn MIC thay cho CRC, áp dụng cơ chế phản ứng khi phát hiện mã MIC sai và quản lý khóa tự động, giúp giảm thiểu các lỗ hổng của WEP mà vẫn tương thích với phần cứng cũ.

3. CCMP có ưu điểm gì so với TKIP?
   CCMP sử dụng thuật toán mã hóa AES 128 bit với chế độ mã hóa CBC-MAC, vừa mã hóa dữ liệu vừa đảm bảo tính toàn vẹn, chống tấn công replay hiệu quả hơn TKIP. CCMP cung cấp mức độ bảo mật cao hơn và phù hợp với các thiết bị hiện đại.

4. Mô hình RSN giúp gì cho an ninh mạng WLAN?
   RSN định nghĩa cây phân cấp khóa cặp và khóa nhóm, cơ chế sinh và phân phối khóa tự động, giúp quản lý khóa hiệu quả, giảm thiểu rủi ro do lộ khóa và tăng cường bảo mật cho các luồng dữ liệu unicast, multicast và broadcast.

5. Làm thế nào để phòng chống tấn công DoS trong mạng WLAN?
   Cần áp dụng các cơ chế xác thực mạnh mẽ, kiểm soát truy cập chặt chẽ, sử dụng các giao thức mã hóa an toàn như CCMP, đồng thời triển khai các giải pháp phát hiện và ngăn chặn tấn công DoS ở tầng mạng và ứng dụng.

Kết luận

• Mạng WLAN 802.11 là công nghệ quan trọng với phạm vi phủ sóng dưới 200 mét và tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54 Mbps, nhưng đặt ra nhiều thách thức về an ninh do môi trường truyền dẫn mở.
• WEP, giải pháp an ninh đầu tiên, có nhiều điểm yếu nghiêm trọng về mã hóa và quản lý khóa, không còn phù hợp với yêu cầu bảo mật hiện đại.
• TKIP cải tiến đáng kể so với WEP nhưng vẫn còn hạn chế do sử dụng thuật toán RC4, trong khi CCMP với AES và chế độ CBC-MAC cung cấp mức độ bảo mật cao hơn.
• Mô hình RSN với cơ chế phân phối khóa tự động và cây phân cấp khóa giúp quản lý khóa hiệu quả, tăng cường bảo mật mạng WLAN.
• Đề xuất triển khai chuẩn 802.11i với CCMP, nâng cấp thiết bị, áp dụng mô hình RSN và tăng cường đào tạo nhằm nâng cao an ninh mạng WLAN trong thực tế.

Tiếp theo, cần tiến hành thử nghiệm thực tế mô hình đề xuất tại các môi trường mạng khác nhau để đánh giá hiệu quả và điều chỉnh phù hợp. Các tổ chức, doanh nghiệp nên bắt đầu kế hoạch nâng cấp hệ thống mạng WLAN theo chuẩn 802.11i để đảm bảo an toàn thông tin. Hành động ngay hôm nay để bảo vệ mạng không dây của bạn trước các nguy cơ an ninh ngày càng gia tăng!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: trình bày các kiến thức tổng quan về mạng không dây và đặc biệt là mạng WLAN sử dụng chuẩn IEEE 802.11 để từ đó có được cái nhìn bao quát về cách thức hoạt động của mạng. -1- z Chương 2: đi sâu nghiên cứu các giải pháp an ninh áp dụng cho mạng 802.11 dựa trên hai khía cạnh: đảm bảo an toàn dữ liệu và toàn vẹn dữ liệu. Bên cạnh việc cung cấp tổng quát về quá trình phát triển cũng như cải tiến của các phương pháp, chương này cũng chỉ ra những rủi ro an ninh phổ biến đối với mạng WLAN. Chương 3: trình bày và giới thiệu các phương pháp xác thực được áp dụng trong mạng WLAN với mục đích tập trung vào phương pháp xác thực dựa trên 802.1X để có thể thấy được quá trình xác thực và truyền khóa bí mật giữa các bên trong quá trình này.

Chương 4: nghiên cứu, phân tích tính chất sẵn sàng đối với mạng WLAN mà cụ thể là với giao thức an ninh mới nhất 802.11i để có được cái nhìn toàn vẹn về các vấn đề an ninh đối với mạng WLAN. Từ đó, đề xuất một mô hình mạng WLAN với những cải tiến và sửa đổi để đáp ứng được các yêu cầu về an ninh cho mạng này Cuối cùng là phần phụ lục và tài liệu tham khảo. TỔNG QUAN MẠNG WLAN 802.11 Sự phát triển và gia tăng của các thiết bị di động như máy tính xách tay (laptop), thiết bị trợ giúp cá nhân (PDA), … đã không những mở rộng phạm vi hoạt động vật lý mà còn làm gia tăng tính di động của lĩnh vực điện toán. Cũng như vậy, mạng máy tính ngày nay không chỉ bó hẹp trong lĩnh vực kỹ thuật mà đã vươn ra mọi lĩnh vực của cuộc sống.

Điều tất yếu dễ thấy là cần có một công nghệ thỏa mãn được cả hai nhu cầu: mạng và tính di động. Công nghệ mạng không dây được nghiên cứu và ra đời nhằm khắc phục những hạn chế đó. Phân loại mạng không dây 1. Khái niệm Công nghệ không dây hiểu theo nghĩa đơn giản nhất là công nghệ cho phép các thiết bị giao tiếp với nhau mà không cần sử dụng đến dây dẫn.

Phương tiện truyền dẫn ở đây chính là sóng điện từ truyền qua không khí. Mạng không dây về cơ bản là mạng đóng vai trò phương tiện vận chuyển thông tin giữa các thiết bị và mạng có dây truyền thống (mạng xí nghiệp, Internet) [2]. Phân loại Mạng không dây chủ yếu được phân thành 3 loại dựa vào phạm vi hoạt động của chúng:  WWAN (Wireless Wide Area Network) – Mạng không dây diện rộng Là mạng sử dụng các công nghệ không dây phủ sóng diện rộng như: 2G, 3G, GPRS, CDPD, GSM, … Vùng phủ sóng của công nghệ này đạt từ vài trăm mét tới vài kilômét.  WLAN (Wireless Local Area Network) – Mạng không dây cục bộ Là mạng sử dụng các công nghệ không dây như: IEEE 802.11, HyperLan, … Phạm vi phủ sóng của mạng này nằm trong khoảng dưới 200 mét.

 WPAN (Wireless Personal Area Network) – Mạng không dây cá nhân Là mạng sử dụng các công nghệ như: Bluetooth, Sóng hồng ngoại (IR- -3- z InfraRed) với phạm vi phủ sóng nhỏ hơn 10 mét. Nội dung của chương này và xuyên suốt toàn bộ luận văn sẽ tập trung vào mạng không dây cục bộ WLAN sử dụng công nghệ IEEE 802.11 của Viện Công nghiệp điện và điện tử Mỹ (IEEE).11 (hay gọi tắt là chuẩn 802.11) là một thành phần của họ IEEE 802 – một tập hợp các đặc tả cho công nghệ mạng cục bộ. Xuất phát điểm chuẩn này được IEEE đưa ra vào năm 1987 như một phần của chuẩn IEEE 802.4 với tên gọi IEEE 802. Năm 1990, nhóm làm việc của 802.4L đã được đổi tên thành Uỷ ban dự án WLAN IEEE 802.11 nhằm tạo ra một chuẩn 802 độc lập.

Được chấp thuận vào ngày 26 tháng 6 năm 1997, đến nay chuẩn 802.11 đã có tới 16 đặc tả đã được phê duyệt cũng như đang được hoàn thiện (xem Phụ lục 1). Các đặc tả của tập chuẩn IEEE 802 tập trung vào hai tầng thấp nhất trong mô hình tham chiếu OSI là tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý.2 đặc tả lớp liên kết dữ liệu chung LLC (Điều khiển liên kết lôgic) được sử dụng bởi các lớp bên dưới thuộc mọi công nghệ LAN nhằm tạo tính tương thích giữa chúng cũng như cung cấp cái nhìn trong suốt từ các tầng bên trên (từ tầng Ứng dụng cho tới tầng Mạng). Bên cạnh đó, tất cả các mạng 802 đều có một tầng con MAC (tầng con Điều khiển truy cập thiết bị) và tầng vật lý (PHY) riêng trong đó:  Tầng con MAC (thuộc tầng Liên kết dữ liệu) là một tập các luật xác định cách thức truy cập thiết bị phần cứng và gửi dữ liệu.  Tầng Vật lý (PHY) đảm nhiệm chi tiết việc gửi và nhận dữ liệu bằng thiết bị phần cứng.

Quan hệ giữa tập chuẩn IEEE 802 và mô hình tham chiếu OSI -4- z Như vậy, thực chất chuẩn 802.11 là một tập hợp các đặc tả cho hai thành phần: tầng con MAC và tầng Vật lý. Chúng ta sẽ đi xem xét chi tiết hai thành phần này ở các phần tiếp theo. Tầng vật lý Tầng vật lý trong chuẩn 802.11 đảm nhiệm việc gửi và nhận dữ liệu trên các thiết bị phần cứng không dây sử dụng ăngten và sóng radio truyền trong không khí.11 sử dụng hai dải tần số radio phục vụ cho việc truyền/ gửi thông tin:  Dải tần 2,4 ÷ 2,5 GHz (hay còn gọi là dải tần ISM)  Dải tần ~5GHz (hay còn gọi là dải tần UNII) Về mặt logic, tầng vật lý được chia ra làm hai lớp con: lớp Thủ tục hội tụ tầng vật lý (PLCP) và lớp Phụ thuộc thiết bị vật lý (PMD). Lớp con PLCP đóng vai trò keo gắn kết giữa các frame từ tầng MAC và việc truyền sóng radio qua không khí.

Mọi MAC frame gửi đi và đến sẽ được chuyển tới lớp PLCP. Lớp PMD thực hiện việc gửi mọi bit dữ liệu nó nhận từ lớp PLCP vào không khí thông qua ăng ten. Kiến trúc logic tầng vật lý Về mặt vật lý, vào thời điểm mới ra đời (1997), chuẩn 802.11 cơ sở đã đặc tả ba công nghệ dành cho tầng vật lý: Trải phổ nhảy tần (FHSS), Trải phổ trực tiếp (DSSS) và công nghệ sóng hồng ngoại (IR). Tính đến nay, đã có thêm 3 công nghệ được phê chuẩn cho tầng vật lý bao gồm: Trải phổ trực tiếp tốc độ cao (HR/DSSS) – chuẩn 802.11b, Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) – chuẩn 802.11a và Tầng vật lý tốc độ mở rộng (ERP) – chuẩn 802.

-5- z Các Khoảng Công Dải tần Tốc độ truyền Dải tần chuẩn cách hoạt nghệ tầng UNII (Mbps) ISM (GHz) 802.11 50-100 DSSS, 1, 2 2,4 – 2,48 FHSS, Diffuse IR 802.11g 50-100 DSSS, 6,9,12,18,24,36,48,54 2,4 – 2,48 ODFM Hình 1-3. Đặc điểm chính của các chuẩn 802. Công nghệ Trải phổ nhảy tần Công nghệ trải phổ nhảy tần (FHSS) cũng giống như tên gọi của nó, thực hiện việc thay đổi (“nhảy”) tần số với mẫu nhảy (hopping pattern) xác định theo tốc độ được thiết đặt. FHSS phân chia dải tần số từ 2402 đến 2480 MHz thành 79 kênh không chồng lên nhau, mỗi kênh có độ rộng 1MHz.

Số kênh cũng như mẫu nhảy được quy định khác nhau ở một số nước, thông thường là 79 kênh (áp dụng ở Mỹ và nhiều nước châu Âu) [1]. Một bộ tạo số giả ngẫu nhiên được sử dụng để sinh chuỗi tần số muốn “nhảy tới”. Miễn là tất cả các trạm đều sử dụng cùng một bộ tạo số giả ngẫu nhiên giống nhau, và được đồng bộ hóa tại cùng một thời điểm, tần số được “nhảy” tới của tất cả các trạm sẽ giống nhau. Mỗi tần số được sử dụng trong một khoảng thời gian gọi là “dwell time”.

Đây là một tham số có thể điều chỉnh nhưng thường nhỏ hơn 400 ms. Việc sinh ngẫu nhiên chuỗi tần số của FHSS cung cấp một cách để định vị phổ trong dải tần ISM. Nó cũng cung cấp một cách để đảm bảo an ninh dù ít ỏi vì nếu kẻ tấn công không biết được chuỗi bước nhảy hoặc dwell time thì sẽ không thể nghe lén được đường truyền. Đối với khoảng cách xa, có thể có vấn đề giảm âm thì FHSS là một lựa chọn tốt để chống lại điều đó.

FHSS cũng giảm giao thoa sóng, do đó phổ biến khi dùng cho liên kết giữa các tòa nhà. Nhược điểm của nó là dải thông thấp, chỉ đạt từ 1 đến 2 Mbps. Trải phổ nhảy tần với mẫu nhảy {2,4,6,8} 1. Công nghệ Trải phổ trực tiếp và Trải phổ trực tiếp tốc độ cao Trải phổ trực tiếp (DSSS) là một công nghệ cho phép truyền tín hiệu trên một dải tần số rộng hơn.

Dữ liệu được truyền qua các kênh có độ rộng 30MHz với giới hạn chỉ cho phép 3 kênh không chồng nhau trong dải tần 2. Khi mới ra đời, công nghệ này chỉ hỗ trợ tốc độ 1-2 Mbps giống như FHSS. Tuy nhiên, đến năm 1999, công nghệ này đã được cải tiến với tốc độ tăng lên 5,5-11Mbps (cái tên tốc độ cao – High Rate - được sử dụng để phân biệt với công nghệ đầu tiên) và được sử dụng trong chuẩn 802. Cơ chế làm việc cơ bản của công nghệ DSSS là trải (spreader) năng lượng tín hiệu lên một dải tần rộng hơn để truyền tải tốt hơn, sau đó bên nhận sẽ thực hiện các xử lý tương quan (correlation processes) để thu được tín hiệu ban đầu.

Kỹ thuật DSSS cơ bản Việc biến điệu trực tiếp được thực hiện bằng cách đưa chuỗi chipping vào dòng dữ liệu. Cụ thể là: bit dữ liệu ban đầu được XOR với “chipping code” (hay còn gọi là hệ số trải phổ). Kết quả, bit dữ liệu ban đầu được phân thành nhiều “bit con” (được gọi là các “chip”) – như hình vẽ bên dưới. Mỗi chip được biểu diễn bởi 1 hoặc 0.

Tất cả các chip này sau đó được truyền đi qua dải tần số lớn hơn rất nhiều so với dải tần số của luồng dữ liệu gốc. Phía nhận (với cùng mã “chipping code” như vậy), khi nhận được chuỗi chip, thực hiện giải mã để lấy ra dữ liệu ban đầu: nếu chuỗi mã hóa giống chuỗi chipping thì bit đó có giá trị 1, ngược lại có giá trị 0. Quá -7- z trình chipping sử dụng chuỗi chipping có độ dài 11bit được biểu diễn như sau: Hình 1-6. Quá trình chipping Trong DSSS, số chip được sử dụng để truyền 1 bit được gọi là hệ số trải phổ (trong hình 1-6, hệ số trải phổ là 11).

Hệ số trải phổ lớn sẽ đảm bảo khả năng thu được dữ liệu gốc nhưng đòi hỏi dải tần lớn và chuỗi chipping lớn hơn.