Chương 1 VẤN ĐỀ AN TOÀN TRONG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG MANET Chương này trình bày tổng quan về mạng không dây, đặc điểm của mạng không dây di động, giao thức định tuyến theo yêu cầu, vấn đề an toàn trong giao thức định tuyến, các công trình đã công bố trong và ngoài nước có liên quan tới an toàn định tuyến trong mạng MANET. Ngoài ra, chương cũng mô tả chi tiết hai hình thái tấn công ngập lụt và lỗ đen, kết quả mô phỏng trên NS2 cho thấy hiệu năng mạng bị ảnh hưởng nặng nề và cần đề xuất các giải pháp khắc phục.1 Mạng không dây 1.1 Mô hình mạng không dây Mạng không dây được đưa vào sử dụng trong đời sống từ nhiều năm về trước tuy nhiên trong khoảng thời gian gần đây thì hoạt động nghiên cứu và phát triển trở nên cấp thiết do sự bùng nổ các thiết bị di động như điện thoại thông minh, máy tính bảng, đồng hồ thông minh. Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0 đã có nhiều công nghệ mới được phát triển như: phần cứng, phần mềm, chuẩn mạng. So với mạng hữu tuyến truyền thống, mạng không dây có ưu điểm nổi bật là sự linh hoạt cao, hoạt động tuỳ biến và đặc biệt không bị hạn chế về vị trí kết nối.
Ngoài ra, một ưu thế khác là các thiết bị dễ dàng rời khỏi hoặc tham gia vào mạng mà không phải cấu hình lại. Tuy nhiên, mạng không dây có điểm hạn chế lớn nhất so với mạng hữu tuyến là tốc độ truyền còn thấp chưa thật sự đáp ứng được yêu cầu thực tế, khả năng suy hao tín hiệu, nhiễu do thời tiết, vấn đề giảm hiệu năng khi định tuyến cũng là vấn đề cần khắc phục. Một điều đáng mừng là những tồn tại trên đang dần được xử lý trong những năm gần đây. Nhiều nghiên cứu về của loại mạng này hiện đang thu hút nhiều sự quan 6 tâm của viện nghiên cứu, doanh nghiệp trong nước và trên thế giới.
Hy vọng với sự đầu tư nghiêm túc, mạng không dây sẽ đạt được những thành tựu to lớn, hứa hẹn những bước phát triển mạnh trong tương lai. Mạng cục bộ không dây có mô hình mạng cơ bản tùy thuộc vào đặc điểm tổ chức và vị trí ứng dụng bao gồm: Mô hình mạng độc lập (IBSS), mô hình mạng cơ sở (BSS) và mô hình mạng mở rộng (ESS). Mô hình mạng độc lập a) Mô hình mạng độc lập: Các trạm trong mô hình mạng độc lập nằm trong phạm vi phủ sóng và kết nối trực tiếp với nhau như Hình 1. Một IBSS không cần sử dụng một hạ tầng mạng cố định mà chỉ là kết nối mạng ngang hàng (peer-to-peer) vì thế có thể xem đây là mô hình adhoc.
Các máy tính kết nối qua wifi có thể tạo nên kiểu mạng theo mô hình này. Mô hình mạng cơ sở b) Mô hình mạng cơ sở: Các nút mạng kết nối với nhau theo chuẩn 802. Khác với mô hình mạng IBSS, cấu hình BSS đòi hỏi phải có điểm truy cập (AP) trung tâm 7 như Hình 1. Mọi thiết bị trong mạng đều kết nối với AP và thông qua nó các thiết bị có thể truyền tin với nhau.
Dữ liệu sẽ chuyển đến AP và từ đó sẽ chuyển tiếp đến thiết bị nhận. Các thiết bị sẽ kết nối tới AP thông qua mạng không dây. Mô hình mạng mở rộng c) Mô hình mạng mở rộng: Một mạng BSS không thể sử dụng trong phạm vi rộng do giới hạn không gian phủ sóng, chuẩn 802.11 cho phép tạo thành hệ thống mạng không dây quy mô lớn bằng cách liên kết các BSS với nhau tạo nên một mô hình mạng mở rộng. Các trạm nằm trong một ESS có thể thông tin với nhau và có thể di chuyển qua lại giữa các vùng như Hình 1.
Phần tiếp theo luận án trình bày các đặc điểm của mạng tùy biến di động, chỉ ra các thách thức đang có của mạng này và một số ứng dụng đang sử dụng công nghệ mạng MANET.2 Mạng tuỳ biến di động MANET Mạng tùy biến di động (MANET[37]) là một tập hợp các nút di động có thể truyền tải dữ liệu với nhau bằng các liên kết không dây (Xem Hình 1. Tùy thuộc vào loại mạng ad-hoc di động, có thể có quyền truy cập vào các nút trong hệ thống mạng. Trong nhiều trường hợp, mạng ad-hoc có thể được sử dụng trong hợp tác kinh doanh để chia sẻ thông tin trong cuộc họp, liên lạc khi có thảm họa khẩn cấp như bão, động đất hoặc lũ lụt. Trong môi trường này, một tuyến giữa hai nút hoặc máy chủ có thể bao gồm các chặng đi qua một hoặc nhiều nút trong MANET [105].
Vấn đề thiết yếu trong mạng ad-hoc di động là tìm, duy trì các tuyến vì tính di động của nút có thể 8 gây ra thay đổi cấu trúc liên kết trong chia sẻ dữ liệu giữa các nút. Các mạng ad-hoc di động có thể được phân thành các loại khác nhau như mạng giao thông (VANET), mạng không dây và mạng cảm biến không dây (WSN). Hơn nữa, MANET có thể được thực hiện bằng các công nghệ truyền thông không dây khác nhau như Bluetooth, IEEE 802.11 và công nghệ băng thông siêu rộng (UWB)[106]. Mô hình mạng MANET Mạng tùy biến di động (MANET) là hệ thống mạng không dây tự quản bao gồm các nút độc lập mà chuyển động của một nút sẽ làm thay đổi linh hoạt kết nối mạng.
Không có cơ sở hạ tầng cố định tồn tại trong mạng MANET và không thể quản lý tập trung. Mạng có thể được hình thành ở mọi nơi, mọi lúc và được hình thành nếu hai hoặc nhiều nút được kết nối và truyền dữ liệu trực tiếp với nhau ở trong phạm vi vô tuyến của nhau hoặc thông qua các nút di động trung gian. Các mạng MANET được thiết lập có cấu trúc liên kết động, đôi khi thay đổi nhanh chóng, định tuyến đa chặng, có các kết nối không dây với sự hạn chế về băng thông. Các nút di động có thể thực hiện vai trò của cả nút gửi và bộ định tuyến.
Tính di động khiến MANET trở thành một thách thức đối với việc thiết kế và triển khai các cơ chế an toàn trong thực tế [107] Các ứng dụng thực tế của mạng MANET được triển khai trong quân sự, thông tin liên lạc giữa các phương tiện, cứu trợ thảm họa, các hoạt động khẩn cấp để liên lạc miễn phí giữa các thiết bị và hệ thống mạng không gián đoạn. Với sự xuất hiện của các công nghệ mới hơn, các mạng ad-hoc di động đang trở thành một phần không thể thiếu của các mạng thế hệ tiếp theo bởi tính linh hoạt, khả năng cấu hình tự động và không cần cơ sở hạ tầng, dễ bảo trì, khả năng tự quản trị và hiệu quả cao về chi phí. Các nút MANET trong phạm vi truyền không dây của nhau có thể truyền dữ liệu trực tiếp, nhưng các nút bên ngoài phạm vi truyền phải dựa vào một số nút trung gian để truyền tin. Do đó, MANET thường sử dụng kịch bản đa chặng và một số nút 9 trung gian truyền các gói thông tin từ nút nguồn gửi tới nút đích.
Bản chất động của MANET khiến cho mạng dễ bị tấn công và không đáng tin cậy. Định tuyến hiệu quả và an toàn luôn là yêu cầu quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống MANET nào. Mỗi nút không chỉ hoạt động cho chính nó mà còn phải hợp tác với các nút khác thành một tuyến giữa nguồn và đích. MANET dễ bị các tấn công khác nhau vì chưa có cơ chế an toàn.
Do đó, việc tìm kiếm một đường dẫn đầu cuối an toàn và đáng tin cậy trong MANET là rất quan trọng. a) Đặc điểm: MANET được hình thành từ các thiết bị di động nên tính linh hoạt rất cao, hoạt động không bị ảnh hưởng từ vị trí địa lý. Ngoài ra, các thiết bị tham gia trong mạng dễ dàng được bổ sung hay loại bỏ mà không cần phải chỉnh sửa cấu hình cho hệ thống. Tuy nhiên, MANET có hạn chế rất lớn là tốc độ đường truyền chưa cao như mạng sử dụng dây nối, dễ bị suy hao tín hiệu và mất gói tin, mạng MANET có một số đặc điểm chính gồm: – Không có cơ sở hạ tầng: Các mạng Ad-hoc di động không có cơ sở hạ tầng cố định được thiết lập sẵn.
Kiểu hình động: các nút có quyền tự do di chuyển ngẫu nhiên. Cấu trúc liên kết mạng thường thay đổi nhanh chóng vào những thời điểm không thể đoán trước bao gồm cả liên kết hai chiều và một chiều. Điều khiển phi tập trung: Do cấu trúc liên kết động, hoạt động của MANET dựa vào sự hợp tác của các nút thành viên. – Hạn chế về băng thông: MANET đã giảm giới hạn phạm vi truyền.
Truyền dẫn không dây sẽ tiếp tục có chất lượng thấp hơn đáng kể so với các truyền dẫn có dây. Hoạt động hạn chế về năng lượng: tất cả các nút trong MANET có thể phụ thuộc vào pin hoặc phải sử dụng các phương tiện khác để cung cấp năng lượng. Tiêu chí thiết kế hệ thống quan trọng nhất cho MANET là tối ưu hóa trong việc tiết kiệm năng lượng. – Bảo mật vật lý hạn chế: Mạng không dây di động dễ bị các mối đe dọa về lỗ hổng vật lý.
Khả năng nghe lén, giả mạo và tấn công từ chối dịch vụ diễn ra thường xuyên vì thế cần được ngăn chặn và có các giải pháp xử lý. b) Thách thức: Có nhiều thách thức quan trọng trong MANET, đó là an toàn mạng và hiệu suất mạng. Các đặc điểm riêng của MANET bao gồm kiến trúc mạng phân tán mở, sử dụng sóng vô tuyến, cấu trúc liên kết mạng cực kỳ dễ thay đổi. tạo ra một loạt các vấn đề nghiêm trọng về an toàn định tuyến và việc bổ sung thiết kế cơ chế an toàn nhằm khắc phục nhược điểm này và tăng cường hiệu suất mạng là rất cần 10 thiết.
Các nút trong MANET có tính di động cao, không có nút quản trị điều khiển mạng và MANET sử dụng mạng mở vậy nên các nút có thể tham gia và rời khỏi mạng bất kỳ lúc nào. Mọi nút đều có thể tham gia vào hoạt động của mạng như hình thành tuyến và chia sẻ dữ liệu, vì vậy điều này khiến MANET dễ bị tấn công bởi các hình thức đa dạng rất khó phát hiện. MANET dễ bị phá hoại đối với các kiểu tấn công khác nhau trong quá trình nghe, đọc, sửa đổi và xóa dữ liệu truyền giữa các nút. Nguyên nhân tất cả các loại tấn công đang xảy ra trong MANET là do cơ chế thiết lập tuyến và bản chất của mạng.
