MỞ ĐẦU Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ cùng với sự phát triển của các phƣơng tiện truyền tải thông tin liên lạc và nhu cầu cập nhật, trao đổi thông tin ở mọi lúc mọi nơi đang trở nên thiết yếu trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội đã góp phần thúc đẩy sự phát triển các hệ thống mạng viễn thông di động, và mạng không dây. Trong số này phải kể đến mạng không dây WLAN với hàng loạt chuẩn mạng mới đƣợc phát triển, tiêu biểu là IEEE 802. WLAN với nhiều lợi thế nhƣ dễ kết nối, tính cơ động cao, chi phí để sử dụng cộng nghệ mạng không quá đắt đỏ. Và khi công nghệ mạng không dây đƣợc cải thiện, thì chi phí phần cứng cũng thấp hơn giúp cho số lƣợng ngƣời cài đặt mạng không dây sẽ tăng cao hơn, khả năng ứng dụng rộng rãi hơn, nên việc nghiên cứu mạng WLAN thực sự là cần thiết.
Tuy nhiên, việc nghiên cứu và triển khai ứng dụng công nghệ WLAN, cần phải quan tâm tới tính bảo mật an toàn thông tin. Do môi trƣờng truyền dẫn là truyền dẫn vô tuyến nên WLAN rất dễ bị rò rỉ thông tin và đặc biệt là các nguy cơ bị xâm nhập trái phép. Do đó, cùng với sự phát triển của WLAN cần phải quan tâm phát triển các khả năng bảo mật WLAN, cung cấp thông tin hiệu quả, tin cậy cho ngƣời sử dụng. Đồng thời trên cơ sở nghiên cứu xem xét thực trạng vấn đề bảo vệ ngăn chặn xâm nhập trái phép của mạng WLAN, đƣa ra giải pháp bảo mật mạng WLAN một cách hiệu quả và phù hợp nhất nhằm tăng hiệu năng mạng.
Do đó, cùng với sự phát triển của WLAN chúng ta phải quan tâm phát triển các khả năng bảo mật WLAN an toàn, cung cấp thông tin hiệu quả, tin cậy cho ngƣời sử dụng. Đồng thời trên cơ sở nghiên cứu xem xét thực trạng vấn đề bảo vệ ngăn chặn xâm nhập trái phép của mạng WLAN, đề xuất ứng dụng giải pháp bảo mật mạng WLAN một cách hiệu quả và phù hợp nhất nhằm tăng hiệu năng. Chính vì những lý do trên, học viên quyết định chọn đề tài: “Phân tích và thiết kế tăng hiệu năng hệ thống mạng Wifi tại Trường Cao đẳng Lý Thái Tổ” làm luận văn thạc sỹ. Trong suốt quá trình nghiên cứu và triển khai đề tài, học viên nhận thấy vấn đề hiệu năng của một hệ thống mạng là vô cùng quan trọng vì nó cho chúng ta biết Luan van 2 đƣợc khả năng đáp ứng cũng nhƣ hiệu quả cụ thể khi ngƣời sử dụng tham gia vào hệ thống mạng.
Dựa trên thực tế hệ thống mạng của Cao đẳng Lý Thái Tổ trong nội dung chƣơng 3 của luận văn học viên đã đi sâu và phân tích kỹ lƣỡng các kỹ thuật để nhằm tăng hiệu năng cho mạng WLAN của trƣờng một cách hiệu quả nhất. Nội dung chính của luận văn gồm: Chƣơng I. Tổng quan chung về mạng không dây - WLAN Chƣơng II. Các vấn đề bảo mật trong mạng, yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu năng trong mạng WLAN Chƣơng III.
Phân tích, mô phỏng tăng hiệu năng mạng cho hệ thống mạng WLAN Trƣờng Cao đẳng Lý Thái Tổ Luan van 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ MẠNG KHÔNG DÂY WLAN 1.1 Khái niệm và lịch sử hình thành mạng WLAN WLAN là từ viết tắt của (Wireless Local Area Network) có nghĩa là Mạng cục bộ không dây, nó là phƣơng thức kết nối không dây cho hai hoặc nhiều thiết bị sử dụng sóng radio tần số cao và thƣờng bao gồm một điểm truy cập đến Internet. Nhìn chung, mạng cục bộ không dây (WLAN) cung cấp liên lạc mạng không dây trong khoảng cách ngắn bằng cách sử dụng tín hiệu radio hoặc hồng ngoại thay vì cáp mạng truyền thống. Mạng WLAN là một loại mạng cục bộ (LAN). Mạng WLAN cho phép ngƣời dùng di chuyển xung quanh khu vực phủ sóng, thƣờng là nhà hoặc văn phòng nhỏ, trong khi vẫn duy trì kết nối mạng.
Mạng không dây ngày nay bắt nguồn từ các giai đoạn phát triển của thông tin vô tuyến và những ứng dụng điện báo và radio. WLAN là công nghệ mạng do phía quân đội triển khai đầu tiên vào những năm 1990. Bởi vì họ cần một phƣơng tiện đơn giản và dễ dàng, có thể bảo mật đƣợc sự trao đổi thông tin trong chiến tranh. Thời điểm các nhà sản xuất giới thiệu sản phẩm hoạt động dƣới băng tần 900MHz và tốc độ truyền dữ liệu khi đó là 1Mbps, thấp hơn rất nhiều so với tốc độ 10Mbps của hầu hết các mạng sử dụng cáp đƣơng thời.
Nhƣng sự phát triển nổi bật của công nghệ WLAN đạt đƣợc vào kỷ nguyên của công nghệ điện tử và chịu ảnh hƣởng lớn của nền kinh tế hiện đại, cũng nhƣ các khám phá khoa học trong lĩnh vực vật lý học. Năm 1992, các nhà sản xuất bắt đầu đƣa ra những sản phẩm sử dụng băng tần 2,4 Ghz, có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. Tuy nhiên chúng là những giải pháp của riêng từng nhà sản xuất và chƣa đƣợc công bố rộng rãi. Để thống nhất hoạt động giữa các thiết bị ở những dải tần khác nhau một số tổ chức quốc tế bắt đầu phát triển những chuẩn mạng không dây chung.
Luan van 4 Năm 1997, IEEE đã phê chuẩn 802.11 và cũng đƣợc gọi với tên WIFI cho các mạng WLAN. Năm 1999, IEEE bổ sung cho chuẩn 802.11 hai phƣơng pháp truyền tín hiệu là các chuẩn 802.11b truyền phát ở tần số 2,4GHz, cung cấp tốc độ truyền tín hiệu có thể lên tới 11Mbps, và đƣợc tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về tính hiệu dụng, thông lƣợng (throughput) và bảo mật để so sánh với mạng có dây. Đầu năm 2003, IEEE công bố thêm một chuẩn nữa là 802.11g có thể truyền nhận thông tin ở cả hai dải tần 2,4GHz và 5GHz.11g có thể nâng tốc độ truyền dữ liệu lên tới 54Mbps. Hơn thế nữa, những sản phẩm sử dụng chuẩn 802.11g cũng có thể tƣơng thích với những thiết bị chuẩn 802.11n đã đƣợc IEEE phê duyệt đƣa vào sử dụng chính thức và đƣợc Hiệp hội Wi-Fi (Wi-Fi Alliance) kiểm định và cấp chứng nhận cho các sản phẩm đạt chuẩn.
Mục tiêu chính của công nghệ này là tăng tốc độ truyền và tầm phủ sóng cho các thiết bị bằng cách kết hợp các công nghệ vƣợt trội và tiên tiến nhất.1: Sơ đồ mạng LAN phổ biến Luan van 5 1.2 Các tiêu chuẩn mạng thông dụng của WLAN 1.11 Đây là chuẩn đầu tiên của hệ thống mạng không dây. Tốc độ truyền khoảng từ 1 đến 2 Mbps, hoạt động ở băng tần 2. Chuẩn này chứa tất cả công nghệ truyền tải hiện hành bao gồm trải phổ chuỗi trực tiếp (DSS), trải phổ nhảy tần (FHSS) và hồng ngoại.11 là một trong hai chuẩn miêu tả những thao tác của sóng truyền (FHSS) trong hệ thống mạng không dây.11 bao gồm các chuẩn sau: 1.11a Chuẩn này đƣợc IEEE bổ sung và phê duyệt vào tháng 9 năm 1999, sử dụng cùng giao thức lớp liên kết dữ liệu (Data Link Layer) và định dạng frame nhƣ các chuẩn ban đầu 802.11-1997, nhƣng dùng kỹ thuật OFDM (Orthogonal Division Multiplixing) cho truyền dẫn lớp vật lý. Dãi tần hoạt động của nó là băng tần 5GHz và có tốc độ truyền dẫn tối đa 54Mbps.
Do dải tần 2.4GHz đã trở nên quá tải (nhiều thiết bị dân dụng cũng sử dụng chung dải tần này) nên việc sử dụng chuẩn 802.11a mang lại một lợi thế đáng kể. Tuy nhiên, phạm vi phủ sóng hiệu quả của 802.11a trong dãi tần 5GHz là thấp hơn so với các chuẩn giao thức 802.11b/g/n trong dãi tần 2,4GHz, do bởi tín hiệu hoạt động ở dãi tần cao hơn sẽ dễ dàng bị hấp thụ bởi các vật thể rắn hơn nhƣ tƣờng, thép, cây cối… Tuy nhiên, chuẩn 802.11n lại ít chịu ảnh hƣởng của nhiễu trong dãi tần 5GHz, do đó nhiều lúc chúng lại có phạm vi phủ sóng tƣơng tự hoặc thậm chí lớn hơn 802.11b Là chuẩn mạng không dây 802.11 đầu tiên đƣợc áp dụng rộng rãi. chuẩn hoạt động ở băng tần 2.4 GHz, 11 Mbps, xác định môi trƣờng truyền dẫn DSSS với các tốc độ dữ liệu 11 Mbit/s, 5,5 Mbit/s, 2Mbit/s và 1 Mbit/s, nó chịu ảnh hƣởng rất nhiều từ nhiễu do hoạt động cùng tần số với những thiết bị dân dụng khác nhƣ các thiết bị Bluetooth, điện thoại không dây DECT và VoIP, lò vi sóng… Dải hoạt động Luan van 6 của hệ thống khoảng có phạm vi phát sóng trong nhà từ 100 đến 150 feet (1 feet = 0,308m) và tốc độ truyền lý thuyết tối đa là 11 Mbps nhƣng trên thực tế chỉ đạt tối đa là 4 đến 6 Mbps. Ở Mỹ, thiết bị hoạt động ở dãy tần này không phải đăng ký.11g là bƣớc cải tiến kế tiếp từ 802.11b và các hệ thống tuân theo chuẩn này hoạt động ở băng tần 2,4 GHz và có thể đạt tới tốc độ 54 Mbit/s.
Giống nhƣ IEEE 802.11g còn sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM để có thể đạt tốc độc cao hơn. Ngoài ra, các hệ thống tuân thủ theo IEEE 802.11g có khả năng tƣơng thích ngƣợc với các hệ thống theo chuẩn IEEE 802.11b vì chúng thực hiện tất cả các chức năng bắt buộc của IEEE 802. Đây là chuẩn công nghiệp tiếp theo và một lần nữa đƣợc áp dụng rộng rãi cho các ứng dụng mạng WLAN do tốc độ truyền tải dữ liệu tăng lên. Tƣơng tự nhƣ 802.11g đều có thể bị ảnh hƣởng xuyên nhiễu từ những thiết bị dân dụng khác hoạt động trên dãi tần 2.
Kỹ thuật OFDM đƣợc cho phép tại những tốc độ trên 20Mbps làm tăng đáng kể khả năng NLoS (Non-Line-of-Sight).11n đã đƣợc IEEE phê duyệt đƣa vào sử dụng chính thức và cũng đã đƣợc Hiệp hội Wi-Fi (Wi-Fi Alliance) kiểm định và cấp chứng nhận cho các sản phẩm đạt chuẩn. Các yêu cầu cơ bản nhƣ: băng tần, tốc độ, các định dạng khung, khả năng tƣơng thích ngƣợc không thay đổi. Về lý thuyết, chuẩn 802.11n cho phép kết nối với tốc độ 300 Mbps, tức là chuẩn này nhanh hơn khoảng 6 lần tốc độ đỉnh theo lý thuyết của các chuẩn trƣớc đó nhƣ 802.11g/a (54 Mbps) và mở rộng vùng phủ sóng.11n là mạng Wi-Fi đầu tiên có thể ứng dụng cạnh tranh với mạng có dây 100Mbps về mặt hiệu suất.11n hoạt động ở cả hai tần số 2,4GHz và 5GHz, Nó có thể lên đến Luan van 7 600Mbps (trên lý thuyết) khi truyền đồng thời trên 4 luồng dữ liệu và độ rộng kênh 40MHz.11n đang trở thành tiêu chuẩn phổ biến hiện nay.11ac Là chuẩn Wifi mới nhất đƣợc IEEE giới thiệu, chuẩn ac có hoạt động ở băng tầng 5 GHz, với kỹ thuật OFDM và tốc độ tối đa lên đến 1730Mbps. Chuẩn đƣợc phát triển mở rộng từ chuẩn 802.