Mình đang bắt đầu nghiên cứu về công nghệ Mạng không dây.Mình post bài này với hy vọng bạn nào cùng có sự quan tâm về vấn đề này thì chúng ta cùng nhau thảo luận và nghiên cứu sâu hơn.Rất mong được sự đón nhận của các bạn 1. Tổng quan về mạng Wireless Overview of Wireless Local-Area Network (WLAN) Ngày nay mạng không dây đang trở nên phổ biến trong các tổ chức, doanh nghiệp và cá nhân. Chính vì sự tiện lợi của mạng không dây nên nó dần thay thế cho các hệ thống mạng có dây truyền thống hiện tại. Điều gì đã khẳng định ưu thế của mạng không dây? Ưu điểm là gì? Có khuyết điểm không? Giải pháp thiết kế, triễn khai thế nào? Bên cạnh đó chúng ta cũng sẽ tìm hiểu về các giải pháp bảo mật cho mạng không dây ra sao? Trong tập tài liệu này tôi và các bạn sẽ cùng nhau thảo luận và tìm ra câu trả lời phù hợp. 2. Cơ bản về WLAN (WLAN Basics) 2.1. WLAN là gì ? Điều đầu tiên tôi muốn giới thiệu cho bạn một cái nhìn tổng quát nhất về mạng không dây (Wireless Network - WLAN). 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 công nghệ 802.11 nên đôi khi còn được gọi là 802.11 network Ethernet, để nhấn mạnh rằng mạng này có gốc từ mạng Ethernet 802.3 truyền thống. Và hiện tại còn được gọi là mạng Wireless Ethernet hoặc Wi-Fi (Wireless Fidelity). 2.2. Ưu điểm của WLAN so với mạng có dây truyền thống Mạng Wireless cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng LAN như là Ethernet và Token Ring mà không bị giới hạn về kết nối vật lý (giới hạn về cable). Sự thuận lợi đầu tiên của mạng Wireless đó là tính linh động. Mạng WLAN tạo ra sự thoải mái trong việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị có hỗ trợ mà không có sự ràng buột về khoảng cách và không gian như mạng có dây thông thường. Người dùng mạng Wireless có thể kết nối vào mạng trong khi di chuyển bất cứ nơi nào trong phạm vi phủ sóng của thiết bị tập trung (Access Point). Mạng WLAN sử dụng sóng hồng ngoại (Infrared Light) và sóng Radio (Radio Frequency) để truyền nhận dữ liệu thay vì dùng Twist-Pair và Fiber Optic Cable. Thông thường thì sóng Radio được dung phổ biến hơn vì nó truyền xa hơn, lâu hơn, rộng hơn, băng thông cao hơn. Công nghệ Wireless bao gồm các thiết bị và hệ thống phức tạp như hệ thống WLAN, điện thoại di động (Mobile Phone) cho đến các thiết bị đơn giản như tay nghe không dây, microphone không dây và nhiều thiết bị khác có khả năng truyền nhận và lưu trữ thông tin từ mạng. Ngoài ra cũng bao gồm cả những thiết bị hỗ trợ hồng ngoại như Remote, điện thoại … truyền dữ liệu trực diện giữa 2 thiết bị. Tính dễ dàng kết nối và thuận tiện trong sử dụng đã làm cho mạng Wireless nhanh chóng ngày càng phổ biến trong cuộc sống chúng ta, hổ trợ tích cực trong công việc của chúng ta. 2.3. Hạn chế của WLAN Bên cạnh những thuận lợi của mạng Wireless như là tính linh động, tiện lợi, thoải mái…thì mạng Wireless vẫn không thể thay thế được mạng có dây truyền thống. Thuận lợi chính của sự linh động đó là người dùng có thể di chuyển. Các Server và máy chủ cơ sở dữ liệu phải truy xuất dữ liệu, về vị trí vật lý thì không phù hợp (vì máy chủ không di chuyển thường xuyên được). Tốc độ mạng Wireless bị phụ thuộc vào băng thông. Tốc độ của mạng Wireless thấp hơn mạng cố định, vì mạng Wireless chuẩn phải xác nhận cẩn thận những frame đã nhận để tránh tình trạng mất dữ liệu. Bảo mật trên mạng Wireless là mối quan tâm hàng đầu hiện nay. Mạng Wireless luôn là mối bận tâm vì sự giao tiếp trong mạng đều cho bất kỳ ai trong phạm vi cho phép với thiết bị phù hợp. Trong mạng cố định truyền thống thì tín hiệu truyền trong dây dẫn nên có thể được bảo mật an toàn hơn. Còn trên mạng Wireless thì việc “đánh hơi” rất dễ dàng bởi vì mạng Wireless sử dụng sóng Radio thì có thể bị bắt và xử lí được bởi bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép, ngoài ra mạng Wireless thì có ranh giới không rõ ràng cho nên rất khó quản lý. 3. Các loại mạng Wireless Wireless Network Types Mạng Wireless được phân chia thành 5 nhóm: Wireless Wide Area Network (WWAN), Wireless Local-Area Network (WLAN), Wireless Personal Area Network (WPAN), LAN-LAN bridging, Wireless Metropolitan Area Network (WMAN). • WLAN: đại diện cho mạng cục bộ không dây, theo chuẫn 802.11. • LAN-LAN bridging: đại diện cho mạng nội bộ, nhưng theo diện rộng hơn (giữa 2 tòa nhà). • WWAN: đại diện cho công nghệ mạng diện rộng như là mạng điện thoại 2G, GSM (Global System for Mobile Communications). • WMAN: đại diện cho mạng diện rộng (giữa các vùng). • WPAN: đại diện cho mạng cá nhân không dây, thường như là công nghệ Bluetooth, hồng ngoại. Hình 1.1: Bảng so sánh đặc tính, chức năng các công nghệ trong mạng Wireless 4. Đặc tính kỹ thuật mạng Wireless Wireless Network Specifications 4.1. WLAN hoạt động như thế nào ? Wireless LAN sử dụng sóng điện từ (Radio hoặc sóng Hồng ngoại - Infrared) để trao đổi thông tin giữa các thiết bị mà không cần bất kỳ một kết nối vật lý nào (cable). Sóng Radio đôi khi còn được gọi là sóng mang (rất thường dùng trong lĩnh vực viễn thông - điện thoại …), vì đơn giãn nó thực hiện chức năng truyền năng lượng cho các thiết bị nhận ở xa. Dữ liệu sẽ được truyền theo sóng mang cho nên có thể lọc ra một cách chính xác bởi thiết bị nhận. Vấn đề thường được đề cập đến trong sóng mang đó là sự điều biến của sóng khi dữ liệu được truyền kèm theo, một khi dữ liệu được truyền kèm theo sóng mang thì tính phức tạp cao hơn là sóng đơn (chỉ một tầng số duy nhất). Nhiều sóng mang có thể cùng tồn tại trong một phạm vi và cùng thời gian mà không ảnh hưởng đến những thiết bị khác nếu như những sóng này được truyền trên những tầng số khác nhau. Thiết bị nhận muốn lọc dữ liệu phải chọn một tầng số duy nhất trùng với tầng số thiết bị phát. Trong cấu hình của mạng WLAN thông thường, một thiết bị phát và nhận (transceiver) được gọi là Access Point (AP) và được kết nối với mạng có dây thông thường thông qua cáp theo chuẩn Ethernet. AP thực hiện chức năng chính đó là nhận thông tin, nhớ lại và gửi dữ liệu giữa mạng WLAN và mạng có dây thông thường. Một AP có thể hổ trợ một nhóm người dùng và trong một khoảng cách nhất định (tuỳ theo loại AP). AP thường được đặt ở vị trí cao nơi mà những người có thể bắt sóng được. Người dung mạng WLAN truy cập vào mạng thông qua Wireless NIC, thông thường có các chuẩn sau: • PCMCIA - Laptop, Notebook • ISA, PCI, USB - Desktop • Tích hợp sẵn trong các thiết bị cầm tay Khi đó các thiết bị này sẽ tạo ra một môi trường mạng không dây giữa những dùng để trao đổi thông tin và dữ liệu. Công nghệ chính được sử dụng cho mạng Wireless là dựa trên chuẩn IEEE 802.11 (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Hầu hết các mạng Wireless hiện nay đều sử dụng tầng số 2.4GHz (trùng tầng số với lò viba hoặc điện thoại mẹ bồng con). Wireless Network Standards: • IEEE 802.11 standard • Bluetooth 4.2. 802.11 Standard Mạng WLANs hoạt động dựa trên chuẩn 802.11 (802.11 được phát triển từ năm 1997 bởi nhóm Institute of Electrical and Electronics Engineers), chuẩn này được xem là chuẩn dùng cho các thiết bị di động có hỗ trợ Wireless, phục vụ cho các thiết bị có phạm vi hoạt động tầm trung bình. Cho đến hiện tại IEEE 802.11 gồm có 4 chuẩn trong họ 802.11 và 1 chuẩn đang thử nghiệm: 802.11 - là chuẩn IEEE gốc của mạng không dây (hoạt động ở tầng số 2.4GHz, tốc độ 1 Mbps – 2Mbps) 802.11b - (phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tầng số 2.4-2.48GHz, tốc độ từ 1Mpbs - 11Mbps) 802.11a - (phát triển vào năm 1999, hoạt động ở tầng số 5GHz – 6GHz, tốc độ 54Mbps) 802.11g - (một chuẩn tương tự như chuẫn b nhưng có tốc độ cao hơn từ 20Mbps - 54Mbps, hiện đang phổ biến nhất) 802.11e - là 1 chuẩn đang thử nghiệm: đây chỉ mới là phiên bản thử nghiệm cung cấp đặc tính QoS (Quality of Service) và hỗ trợ Multimedia cho gia đình và doanh nghiệp có môi trường mạng không dây. Thực tế còn một vài chuẩn khác thuộc họ 802.11 là: 802.11F, IEEE 802.11h, IEEE 802.11j, IEEE 802.11d, IEEE 802.11s. Mỗi chuẫn được bổ sung nhiều tính năng khác nhau. Để có nhiều thông tin hơn về các chuẩn này bạn có thể tham khảo tại địa chỉ: http://vnpro.org/forum/showthread.php?t=3413&page=5 Trên thực tế thì chuẩn IEEE 802.11b có trước chuẩn IEEE 802.11a 4.2.1. Original IEEE 802.11 LAN Standard Chuẩn IEEE 802.11 hoạt động 2.4GHz với tốc độ là 1Mpbs hoặc 2Mpbs. Trong một mạng WLAN thông thường, các Client sẽ kết hợp với một AP cố định mà trong nhiều mô hình lắp đặt mạng thì AP sẽ là cầu nối với mạng có dây thông thường (Wired network). Sự kết hợp này đôi khi được gọi là Basic Service Set (BSS) – chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về BSS trong phần sau. 4.2.2. IEEE 802.11b Như đã chú ý thì chuẩn b ra đời trước chuẩn a và được phát triển vào năm 1999. IEEE 801.11b hoạt động ở tầng số 2.4GHz và tốc độ tăng dần 1Mpbs, 2Mpbs, 5,5Mpbs và 11Mpbs. Tốc độ này sẽ giảm dần khi người dung càng di chuyển xa so với AP. Trước đây chuẩn IEEE 802.11b rất phổ biến và được triển khai rất nhiều trong các doanh nghiệp, hộ gia đình và các văn phòng nhỏ (small office home office - SOHO) 4.2.3. IEEE 802.11a Chuẩn 802.11a hoạt động ở tầng số 5GHz – 6GHz và đạt được tốc độ cao là 54Mpbs (cho dù các công nghệ hiện tại truyền ở tốc độ 6Mpbs, 12Mpbs, 24Mpbs). Hoạt động ở tầng số 5GHz, tầng số này trùng với tầng số hoạt động của một vài thiết bị khác như: các thiết bị sử dụng công nghệ Bluetooth, vi sóng (microware), điện thoại mẹ bồng con (cordless phone). Chính vì vậy cần tránh lắp đặt AP cạnh các thiết bị này để tránh tình trạng bị nhiễu sóng. Chuẩn này còn hỗ trợ đồng thời 64 Client và bao gồm cả các chức năng bảo mật 64bit , 128bit và 152bit WEP mã hóa và lọc địa chỉ MAC. Tuy đạt được tốc độ cao nhưng hầu hết các doanh nghiệp và người dùng cảm thấy không tin tưởng đối với chuẩn IEEE 802.11a như chuẩn IEEE 802.11b trước đó. Vì vậy họ vẫn tiếp tục sử dụng và triển khai mới chuẩn IEEE 802.11b. Một vấn đề khác nữa của chuẩn IEEE 802.11a đó là không tương thích với những hệ thống có sẵn sử dụng chuẩn IEEE 802.11b. 4.2.4. IEEE 802.11g Một chuẩn mới được đưa ra đó là IEEE 802.11g, với tốc độ truyền từ 20Mpbs – 54Mpbs. Tương tự như chuẩn IEEE 802.11b, chuẩn IEEE 802.11g hoạt động ở tầng số 2.4GHz cho nên có thể tương thích với hệ thống theo chuẩn IEEE 802.11b., đây là một đặc điểm thuận lợi hơn chuẩn IEE 802.11a. Chuẩn IEEE 802.11g hiện tại được sử dụng rất phổ biến ở mọi nơi. Vì tính ổn định và hỗ trợ khả năng bảo mật cao. 4.2.5. IEEE 802.11e Là chuẩn mới nhất của họ IEEE 802.11, nhưng vẫn trong thời gian thử nghiệm. Chuẩn này sẽ là sự lựa chọn tốt nhất để triển khai ở những khu vực lớn như các doanh nghiệp lớn, nhà hàng, khách sạn và sân bay. Không như những chuẩn khác, đây là chuẩn đầu tiên được phát minh nhằm để mở rộng môi trường mạng không dây cho từng hộ gia đình hoặc doanh nghiệp. Chuẩn IEEE 802.11e cũng có tính năng QoS (Quality of Service) và hổ trợ Multimedia cho hệ thống mạng theo chuẩn IEEE 802.11b và IEEE 802.11a, trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích với những chuẩn trước đó. QoS và hổ trợ Multimedia thực chất là cung cấp những dịch vụ cho khách hang tại nhà như Video-on-demand, Audio-on-demand, Voice over IP (VoIP), Internet tốc độ cao, v.v… • Chuẩn 802.11g tương thích với chuẩn 802.11b, không tương thích với chuẩn 802.11a. • Nếu chuẩn 802.11g hoạt động trong mạng có chuẩn 802.11b thì sẽ hoạt động với tốc độ theo chuẩn 802.11b (11Mbps) 4.3. Bluetooth Bluetooth là một giao thức hàng ngang đơn giản dùng để kết nối những thiết bị di động như Mobile Phone, Laptop, Handheld computer, Digital Camera, Printer, v.v… để truyền tải thông tin với nhau. Bluetooth sử dụng chuẩn IEEE 802.15 với tầng số 2.4GHz – 2.5GHz, tương tự như chuẩn IEEE 802.11 và IEEE 802.11b . Bluetooth cho phép các thiết bị di động tránh được tình trạng nhiễu sóng từ những tín hiệu khác nhau bằng cách chuyển sang một tầng số mới sau khi đã truyền hoặc nhận một gói dữ liệu. Bluetooth là công nghệ tiêu thụ năng lượng thấp với khoảng cách truyền lên đến 30feet (~ 10m) với tốc độ khoảng 1Mpbs, khoảng cách này có thể tăng lên 300feet (~100m) nếu tăng nguồn lên 100mW. Một mạng Bluetooth chỉ có khả năng hổ trợ cho 8 thiết bị trong cùng thời gian. Bluetooth là công nghệ được thế kế nhằm đáp ứng một cách nhanh chóng việc kết nối các thiết bị di động và cũng là giải pháp tạo mạng WPAN (nêu trong phần Wireless Network Types), có thể thực hiện trong môi trường nhiều tầng số khác nhau. Hình 1.2: Mô hình mạng sử dụng Bluetooth thay thế cho cáp thông thường Mỗi một thiết bị trên mạng Bluetooth có thế là thiết bị chính hoặc phụ. Thiết bị chính thì có chức năng tạo ra sự kết nối trong mạng, thiết bị phụ thì gửi tín hiệu trả lời cho thiết bị chính. Một mạng Bluetooth có thể có đến 7 máy phụ với 1 máy chính. Tất cả các máy phụ chỉ giao tiếp với máy chủ, vì vậy mọi giao tiếp giữa các máy phụ phải thông qua máy chính. Hầu hết các thiết bị Bluetooth đều phát ra một năng lượng phóng xạ đẳng hướng (EIRP – effective isotropic radiated power). 5. Kênh trong mạng Wireless Wireless Network Channels 5.1. Kênh trong mạng Wireless Mạng Wireless hoạt động ở 14 kênh (nhưng thực tế khi hoạt động thì chỉ có 1 kênh phát) Trên thực tế, một công ty tầm trung hoặc lớn khi đã triển khai hệ thống này sẽ không sử dụng duy nhất một Access Point mà có thể có 2 hoặc nhiều Access Point đặt gần nhau để phục vụ cho toàn bộ khu vực công ty. Để đảm sự hoạt động của mạng tránh gặp tình trạng nhân viên sử dụng máy laptop hoặc các thiết bị cầm tay khác không truy cập vào mạng Wireless đuợc khi anh ta rời khỏi khu vực phòng mình. 5.2. Mô hình thiết lập kênh cho mạng Wireless Một điều chú ý khi lắp đặt Access Point: - Cần có những vùng giao nhau giữa bán kính các Access Point. - Kênh thiết lập cho các Access Point phải lệch nhau 5 kênh. Hình 1.3: mô hình lắp đặt Access Point 6. Các mô hình mạng Wireless Wireless Network Topologies Mạng Wireless (hay mạng dựa trên chuẩn 802.11) được thiết kế rất linh hoạt. Có 3 sự lựa chọn khi bạn muốn phát triển một hệ thống mạng Wireless: • Independent Basic Service sets - IBSS • Basic Service sets - BSS • Extended Service sets - ESS Basic Service sets (BSS) là một nhóm các thiết bị giữa mạng WLAN và mạng có dây thông thường thông qua AP cố định. Mạng WLAN sử dụng sóng Radio (RF) để phát tín hiệu broadcast cho các Client (receiver), các Client phải nằm trong phạm vi phát sóng. Giao tiếp giữa các thiết bị đầu tiên thông qua dịch vụ – service set identifier (SSID), các Client sẽ sử dụng SSID này để lọc tín hiệu đã nhận tử thiết bị phát ra. 6.1. Independent BSS/ Ad-hoc Trong mô hình Independent BSS, các Client liên lạc trực tiếp với nhau mà không phải thông qua AP nhưng phải trong phạm vi cho phép. Mạng nhỏ nhất theo chuẩn 802.11 này bao gồm 2 máy liên lạc trực tiếp với nhau. Thông thường mô hình này được thiết lập bao gồm một số Client được cài đặt dùng cho một mục đích cụ thể trong khoảng thời gian ngắn. Khi mà sự liên lạc kết thúc thì mô hình IBSS này cũng được giải phóng. Mô hình IBSS còn được gọi với tên là mạng ad-hoc. Hình 1.2 mô tả cách thức hoạt động của mạng ad-hoc. 6.2. BSS/Infracstructure BSS Trong mô hình Infrastructure BSS các Client muốn liên lạc với nhau phải thông qua một thiết bị đặc biệt gọi là Access Point (AP). AP là điểm trung tâm quản lý mọi sự giao tiếp trong mạng, khi đó các Client không thể liên lạc trực tiếp với như trong mạng Independent BSS. Để giao tiếp với nhau các Client phải gửi các Frame dữ liệu đến AP, sau đó AP sẽ gửi đến máy nhận. 6.3. ESS/Extend Service Set Nhiều mô hình BSS kết hợp với nhau gọi là mô hình mạng ESS. Là mô hình sử dụng từ 2 AP trở lên để kết nối mạng. Khi đó các AP sẽ kết nối với nhau thành một mạng lớn hơn, phạm vi phủ sóng rộng hơn, thuận lợi và đáp ứng tốt cho các Client di động. Đảm bảo sự hoạt động của tất cả các Client.
