Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1. Khái quát về mạng không dây Thuật ngữ “mạng không dây” trong đồ án này sẽ đề cập đến hệ thống các thiết bị được nhóm lại với nhau, có khả năng giao tiếp thông qua sóng vô tuyết thay vì các đường truyền dẫn bằng dây. Nói một cách đơn giản mạng không dây là mạng sử dụng công nghệ mà cho phép hai hay nhiều thiết bị kết nối với nhau bằng cách sử dụng một giao thức chuẩn, nhưng không cần kết nối vật lý hay chính xác là không cần sử dụng dây mạng (cable).Vì đây là mạng dựa trên chuẩn IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) tổ chức khoa học nhằm mục đích hỗ trợ những hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật, thúc đẩy sự phát triển khoa học công nghệ trong các lĩnh vực điện tử, viễn thông, công nghệ thông tin… Một mạng không dây là một mạng máy tính sử dụng các kết nối dữ liệu không dây giữa các nút mạng. Mạng không dây được ưa thích bởi các hộ gia đình, các doanh nghiệp hay các cơ sở kinh doanh vừa và lớn có nhu cầu kết nối internet nhưng không thông qua quá nhiều cáp kết nối, chuyển đổi.
Các mạng không dây được quản lý bởi hệ thống truyền thông vô tuyến của nhà mạng. Những hệ thống này thường được đặt tập trung hoặc rời rạc tại những cơ sở lưu trữ của nhà mạng. Cấu trúc mạng thường được sử dụng là cấu trúc OSI. Công nghệ không dây thường được chia thành các loại khác nhau theo vùng phủ sóng của các mạng.
Những ví dụ về mạng không dây như: Mạng wifi, mạng 3G, 4G, mạng điện thoại di động, mạng Bluetooth, mạng nội bộ không dây (WLAN – Wireless Local Area Network), mạng cảm biến không dây, mạng truyền thông vệ tinh và mạng sóng mặt đất. Các thành phần trong mạng không dây - Wireless Access Points: Các điểm kết nối không dây (AP hoặc WAPs). - Wireless router : Thiết bị định tuyến mạng, thường được kết nối với internet. - Wireless modem: modem không dây (giống như wireless router).
- Antenna : Thiết bị thu và nhận tín hiệu sóng. - SSID (Service Set Identifier): tên định danh mạng không dây. Mô phỏng kết nối không dây wifi 1. Phân loại mạng không dây Mạng không dây được phân loại dựa trên 2 tiêu chí là phạm vi phủ sóng và giao thức báo hiệu.
a) Phân loại theo phạm vi phủ sóng: Nếu sự phân loại của mạng có dây dựa vào quy mô hoạt động cũng như phạm vi ứng dụng như: mạng LAN, WAN,. thì đối với hệ thống mạng không dây, chúng ta cũng có sự phân loại theo quy mô và phạm vi phủ sóng tương tự như hệ thống mạng hữu tuyến đó là: mạng WPAN theo chuẩn IEEE 802.15 dành cho mạng cá nhân, WLAN IEEE 802.11 dành cho mạng cục bộ, WMAN IEEE 802.16 dành cho mạng đô thị và mạng WWAN IEEE 802.20 cho mạng diện rộng. 6 + WPAN : Wireless Persional Area Network. + WLAN : Wireless Local Area Network.
+ WMAN : Wireless Metropolian Area Network. + WWAN: Wireless Wide Area Network. Phân loại mạng dựa trên vùng phủ b) Phân loại theo giao thức báo hiệu: + Mạng di động 3G, 4G. Phân loại dựa trên giao thức kết nối 7 Trước sự tiện lợi của mạng không dây so với các mạng thông thường, điển hình là việc mạng không dây cho phép bạn truy cập vào internet ở bất kì nơi đâu trong khu vực phủ sóng.
Với sự phát triển về công nghệ, các sản phẩm công nghệ như máy tính xách tay, smartphone ngày càng có giá thành rẻ hơn và chúng đều đã được tích hợp sẵn khả năng kết nối wifi (mạng không dây) thì xu hướng sử dụng mạng không dây là tất yếu. Vậy nên wifi hay mạng không dây đã phát triển bùng nổ trong những năm gần đây do nhiều lợi thế được cung cấp bởi mạng này. Ngoài ra với người dùng di động, lợi ích chính được cung cấp bởi mạng WLAN là sự linh hoạt. Người dùng có thể cài đặt và tháo dỡ WLAN rất dễ dàng để phục vụ cho mục đích sử dụng tạm thời như hội thảo, hội nghị… Một lợi thế nữa là cấu trúc liên kết (topologies) được cấu hình để đáp ứng mục đích sử dụng khác nhau từ một nhà nhỏ đến trường đại học lớn và cho phép chuyển vùng trên diện tích lớn.
Bên cạnh đó, mạng không dây vẫn có một số hạn chế. Đầu tiên phải kể đến đó là phạm vi hoạt động của mạng không dây khá nhỏ và do đó, chỉ thích hợp trong một căn nhà, nếu một tòa nhà lớn thì cần phải có thêm những bộ phát tín hiệu, khuếch đại tín hiệu làm gia tăng chi phí. Tiếp đến là việc kết nối vào mạng chậm hay bị đứt đoạn do ảnh hưởng của môi trường, của các thiết bị phát tín hiệu radio khác. Tốc độ của mạng không dây hiện tại vẫn chậm hơn so với sử dụng cáp.
Do vấn đề kết nối như vậy, nên vấn đề bảo mật cũng là một vấn đề rất cần quan tâm đối với mạng không dây. Ưu nhược điểm của mạng không dây a) Ưu điểm Ngày nay, phần lớn các máy tính bán trên thị trường đều được trang bị những thiết bị cần thiết để có thể hoạt động được với công nghệ WLAN. WLAN ngày càng trở nên phổ biến với rất nhiều ưu điểm so với mạng LAN (Local Area 8 Network) truyền thông nhờ sự tiện lợi, tính linh động, giá thành triển khai và khả năng tích hợp với những mạng khác cũng như các thiết bị khác. Những ưu điểm của WLAN có thể kể ra bao gồm: + Tính cơ động: Sự khác biệt lớn nhất giữa mạng WLAN và mạng LAN truyền thống chính là sự linh động.
Các máy trạm (laptop, điện thoại, PDA…) vẫn có thể kết nối với mạng khi di chuyển tự do trong vùng phủ sóng. Hơn nữa, nếu như có nhiều mạng, WLAN còn hỗ trợ cơ chế Roaming cho phép các máy trạm tự động chuyển đổi kết nối khi di chuyển từ mạng này sang mạng khác. + Cài đặt mạng nhanh và đơn giản: WLAN được cài đặt nhanh và đơn giản bởi không cần đi dây qua tường cũng như trần nhà. + Dễ dàng mở rộng mạng: WLAN có thể phục vụ tức thì khi số lượng người sử dụng tăng lên mà không cần phải tăng thêm các cổng cũng như dây nối.
+ Giảm giá thành: Do không cần sử dụng dây nối cũng như việc cài đặt rất đơn giản nên chi phí khi lắp đặt mạng cũng được giảm đi đáng kể. b) Nhược điểm: Ngoài những ưu điểm rất lớn kể trên thì WLAN vẫn tồn tại một số nhược điểm như sau: - Vấn đề bảo mật: Vì môi trường kết nối là không dây nên tất cả các máy trạm được đặt trong vùng phủ sóng đều có thể sử dụng mạng và vì thế dễ dàng thực hiện ý định tấn công phá hoại. - Phạm vi kết nối: Theo tiêu chuẩn IEEE 802.11 thì phạm vi phủ sóng tốt của một thiết bị mạng (VD: AP) chỉ giới hạn trong khoảng vài chục mét, do đó nó chỉ hoạt động hiệu quả trong phạm vi một toà nhà hay một văn phòng. Để đạt được phạm vi phủ sóng lớn hơn, ta cần phải tăng thêm bộ Repeater hoặc AP.
Tuy nhiên, việc sử dụng thêm các thiết bị này sẽ làm tăng chi phí. 9 - Độ tin cậy: Cũng giống như bất kì hệ thống truyền sóng điện từ nào khác, tín hiệu điện từ của mạng bị ảnh hưởng bởi rất nhiều loại nhiễu khác nhau. - Tốc độ: Hầu hết các mạng kết nối không dây hiện nay tốc độ chỉ vào khoảng 1-108Mbps, thấp hơn nhiều so với tốc độ kết nối của mạng có dây truyền thống (100Mbps đến vài Gbps). Tuy nhiên, đối với đa số người dùng thì tốc độ này vẫn chấp nhận được vì nó vẫn cao hơn so với tốc độ định tuyến ra mạng bên ngoài.11 và giao thức tầng con MAC 802.11 Năm 1997, Viện kỹ nghệ Điện và điện tử (IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers), đã phê chuẩn cho sự ra đời của chuẩn IEEE 802.11, với tên gọi là wifi (Wireless Fidelity) cho các mạng WLAN.11 bao gồm các công nghệ truyền dẫn sẵn có như trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), trải phổ nhảy tần FHSS (Frequence Hopping Spread Spectrum) và hồng ngoại (Infrared).11 mô tả hệ thống DSSS cho thông số kỹ thuật mạng WLAN sử dụng tần số 2,4 GHz.
Tốc độ dữ liệu đạt được bởi các mạng ban đầu là 1 Mbps và 2 Mbps. Tóm tắt các đặc điểm chính của WLAN phê chuẩn bởi IEEE Kế 802.11 Năm phê 1997 1999 1999 2003 2004 2009 2013 chuẩn 10 Tần số 2.4/5 hoạt 5 GHz 5 GHz GHz GHz GHz GHz GHz động Tốc độ dữ liệu 54 11 54 54 600 2 Mbps 1Gbps tối đa Mbps Mbps Mpbs Mpbs Mbps (Mbps) Phạm vi trong 100ft 100ft 100ft 125ft 125ft 225ft 90ft nhà Phạm vi ngoài 300ft 400ft 450ft 450ft 450ft 825ft 1,000ft trời Tầng FHSS/ OFDM DSSS OFDM OFDM MIMO MIMO vật lý DSSS Chuẩn IEEE 802.11a được phát hành cung cấp tốc độ dữ liệu 54 Mbps và hoạt động ở tần số 5 GHz. Việc hoạt động ở tần số 5 GHz làm cho các thiết bị chuẩn 802.11a không thể tương tác được với các thiết bị chuẩn 802. Lý do của sự không tương thích này chính là một hệ thống 5 GHz sẽ không giao tiếp được với một hệ thống 2,4 GHz.
Sự bổ sung các kênh này giúp tránh giao thoa vô tuyến và vi ba.11b hoạt động ở tần số 2,4 GHz và cung cấp tốc độ dữ liệu lên đến 11 Mbps đã được phát hành vào năm 1999. Tốc độ dữ liệu cải tiến được so sánh với mạng LAN có dây và do đó mở ra các khả năng thương mại của WLAN. Các thiết bị điện thoại không dây, thiết bị khoa học, y học và thiết bị Bluetooth đều làm việc bên trong dài tần số 2. Trong tháng 6 năm 2003, IEEE phê duyệt chuẩn 802.11g sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM – Orthogonal 11 Frenquency Division Multiplexing) để cung cấp tốc độ dữ liệu 54 Mbps trong tần số 2,4 GHz.
Chuẩn này được áp dụng rộng rãi bởi các nhà cung cấp thiết bị WLAN nhờ băng thông và tần số băng tần tương thích với chuẩn 802. Hiện nay, tốc độ của chuẩn 802.11g đã đạt đến khoảng 108Mbps => 300 Mbps.11i là chuẩn bổ sung cho các chuẩn 802.11g về vấn đề bảo mật. Nó mô tả phương pháp mã hóa dữ liệu truyền giữa các hệ thống sử dụng các chuẩn này. Chuẩn này định nghĩa một phương thức mã hoá mạnh mẽ gồm giải thuật TKIP và giải thuật CCMP, chuẩn mã hóa nâng cao AES sử dụng khóa 128 bits, 256 bits làm khóa mã hóa.
Để cải thiện băng thông, IEEE đã xây dựng một chuẩn mới là IEEE 802.