phân lớp Mac trong IEEE 802.11n phần 1 pps

Nhóm 7 – lp D04VT1
1
C VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG
KHOA VIN THÔNG 1
***
BÁO CÁO
BÀI TP LN
PHÂN LP MAC TRONG IEEE 802.11n
Giáo viên hng dn:
Th.S Nguyn Vit Hùng
Sinh viên thc hin:
1. ào Nh Ngc
2. oàn Vn Trnh
3. Nguyn Trng c
p:
D04VT1
Hà Ni, 11-2007
i nói u
Nhóm 7 – lp D04VT1
i
I NÓI U
Xã hi càng phát trin, nhu cu vi sng ngày càng cao, con ngi càng cn có
nhiu phng tin  tha mãn nhng nhu cu v công vic và sinh hot. S phát trin
a các ng dng phân tán trên nn mng mà có xu hng ngày càng da trên môi
trng vô tuyn ã thúc y s ra i ca các công ngh mi  gii quyt các vn 
yêu cu ó. Các mng không dây ngày nay theo các chun IEEE 802.11 a/b/g ã tha
mãn phn nào nhu cu thit yu ca con ngi. Tuy nhiên theo thi gian và s phát
trin ca xã hi yêu cu cn có nhng mng không dây t c các yêu cu v kh
ng di ng,  tin cy, tính sn sàng ca mng, thông lng cao và bo mt tt. Nhn
thy rõ u ó IEEE nm 2004 thành lp TGn có nhim v xây dng mt chun mi
802.11n áp ng nhu cu v thông lng cao lên n 600 Mbps th hin s vt tri so

i các chun khác ã có. Tháng 6/2007, Wifi Alliance ã a ra bn draft 2.0 cho
802.11n xác nh các thông s c bn i vi các thit b tuân theo chun này. IEEE
a hn s thông qua bn 802.11n chính thc vào nm 2009.
Tài liu này tp chung tìm hiu các c tính c bn ca phân lp MAC trong chun
IEEE 802.11n. Tài liu c trình bày thành 3 chng gm:
Ø Chng 1: Gii thiu chung v chun IEEE 802.11n
Ø Chng 2: Gii thiu phân lp 802.11n MAC trong mô hình OSI
Ø Chng 3: Chc nng phân lp 802.11n MAC
Cui cùng chúng em xin chân thành cm n s hng dn và to u kin ca thy
ThS. Nguyn Vit Hùng trong quá trình chúng em làm bài tp ln này.
c lc
Nhóm 7 – lp D04VT1
ii
C LC
I NÓI U i
C LC ii
DANH MC HÌNH V iii
THUT NG VIT TT iv
CHNG I: GII THIU CHUNG V IEEE 802.11n 1
CHNG II: GII THIU PHÂN LP 802.11n MAC TRONG MÔ HÌNH OSI 3
2.1. Khi chc nng DCF 3
2.2. Khi chc nng PCF 4
2.3. Giao thc, thut toán và hot ng 4
2.3.1. Giao thc CSMA/CA 4
2.3.2. Giao thc RTS/CTS 5
2.3.3. Thut toán thi gian ch ngu nhiên 7
2.3.4. Quá trình truyn thông trong ch PCF 8
CHNG III: CHC NNG PHÂN LP 802.11n MAC 10
3.1. Các chc nng k tha t các chun trc 10
3.1.1. Chc nng quét tìm thit b 10

3.1.2. Chc nng xác thc 11
3.1.3. Quá trình kt hp 14
3.1.4. Tính nng giám sát ngun n 15
3.1.5. S ct mnh khung. 18
3.2. Các chc nng riêng có trong 802.11n (dng  ngh) 19
3.2.1. Kt hp khung 19
3.2.2. Báo nhn theo khi (Block ACK) 22
3.3. Bo mt 22
3.3.1. Thit lp khoá 22
3.3.2. Nhn thc 25
3.3.3. S bí mt 28
3.3.4. S toàn vn 29
T LUN 30
TÀI LIU THAM KHO 31
Danh mc hình v
Nhóm 7 – lp D04VT1
iii
DANH MC HÌNH V
Hình 2.1: Mô hình OSI và kin trúc phân lp MAC 3
Hình 2.2 : Hot ng ca giao thc RTS/CTS 5
Hình 2.3: Hot ng ca RTS/CTS gia mt máy trm không dây và mt máy trm có
dây 6
Hình 2.4: Hot ng ca RTS/CTS gia hai máy trm không dây 7
Hình 2.5: Lc  hot ng ca mt máy trm trong ch DCF 8
Hình 3.1: Phng pháp quét bng 10
Hình 3.2: Quét chng 11
Hình 3.3: Quá trình xác thc OSA 12
Hình 3.4: Quá trình xác thc SKA 13
Hình 3.5: Quá trình kt hp 15
Hình 3.6: PSP Mode in a BSS 17

Hình 3.7: Fragmentation burst 19
Hình 3.8: Khi không thc hin phng pháp kt hp khung 20
Hình 3.9: Phng pháp kt hp khung 20
Hình 3.10: Kt hp MSDU 21
Hình 3.11: Kt hp khung MPDU 21
Hình 3.12: Key Generation in WEP, WPA and WPA2 23
Hình 3.13: Per-Packet Key Generation 25
Hình 3.14: Authentication Architecture 26
Hình 3.15: EAPOL 26
Hình 3.16: Authentication Overview 27
Hình 3.17: AES Counter Mode 28
Hình 3.18: CBC MAC 29
Thut ng vit tt
Nhóm 7 – lp D04VT1
iv
THUT NG VIT TT
A
ACK Acknownledgement Báo nhn
AES Advanced Encription Standard Chun mã hóa tiên tin
AP Access Point m truy nhp
ATIM Ad-hoc TIM TIM ca mng Ad-hoc
B
BSS Basic Service Set p dch v c s
C
CAM Continuous Aware Mode Ch nhn thc liên tip
CCMP Cipher Block Chainning Message Bn tin chui khi mã hóa
CFP Contension Free Periord Chu k không xung t
CP Contension Periord Chu k xung t
CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/
Collision Avoidance

a truy nhp cm nhn sóng
mang nhm tránh xung t
D
DCF Distributed Coordination Function Khi chc nng DCF
DSSS Directed Sequence Spread Spectrum Tri ph chui trc tip
E
EAPoL EAP over LAN EAP trong mng LAN
ESS Extended service sets p dch v m rng
I
IBSS Independent BSS BSS không ph thuc
IEEE Institute of Electrical and Electronics
Engineers
Vin các k sn n t
M
MAC Medium Access Control u khin truy nhp môi trng
MIMO Multiple Input Multiple Output Công ngh MIMO
MPDU Message Protocol Data Units n v d liu giao thc bn tin
MSDU MAC Service Data Units n v d liu dch v MAC
N
NAV Network Allocation Vector Vector nh v mng
O
OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tn s
trc giao
OSA Open System Authentication Xác thc h thng m
Thut ng vit tt
Nhóm 7 – lp D04VT1
v
P

PCF Point Coordination Function Khi chc nng PCF
PMK Pair-wise Master Key Khóa PMK
PSP Power Save Polling Thm dò tit kim nng lng
PTK Pair-wise Transient Key Khóa PTK
R
RTS/CTS Request to Send/ Clear to Send Giao thc RTS/CTS
S
SDM Space Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo không
gian
SIFS Short Interframe Space Khong cách liên khung ngn
SKA Shared Key Authentication Xác thc h thng m
SSID Service Set Identifier Nhn dng tp dch v
STA Station A Máy trm A
T
TIM Traffic Indication Map  ch th lu lng
W
WEP Wired Equivalent Privacy t mã tng ng hu tuyn
WLAN Wireless LAN ng LAN không dây
WPA Wifi Protected Access Công ngh mã hóa WPA ca Wifi
Chng 1: Gii thiu chung v IEEE 802.11n
Nhóm 7 – lp D04VT1
1
CHNG I: GII THIU CHUNG V IEEE 802.11n
áp li nhu cu th trng ngày càng gia tng vi vic yêu cu thc hin cao hn
a WLAN, IEEE ã hình thành nhóm làm vic 802.11n. Phm vi làm vic ca nhóm
này là nh ngha u chnh lp vt lý và lp MAC  chuyn giao mt giá tr nh nht
100Mbps thông qua mt m truy nhp dch v MAC (SAP).
802.11n s dng mt quan m phát trin ang s dng ti các công ngh hin hu.
trong khi gii thiu công ngh mi ó chúng cung cp hiu qu làm vic s phát trin
 thy c yêu cu ca vic phát trin nhng ng dng. S dng li nhng công ngh

quý báu nh OFDM, mã hóa sa li t phía trc, an xen và ánh xu bin biên 
u phng ã c sa và gia li, giá c gim xung và hoàn toàn tng thích vi
công ngh trc ó.
Có 3 khóa vùng c cn xem xét khi tng a ch trong s hot ng ca WLAN.
u tiên là s ci to trong công ngh vô tuyn ó là tng tc  truyn vt lý. Th 2 là
 ch mi qun lý có hiu qu nhng kiu thc hin lp vt lý tng cng phi c
phát trin. Th 3 là ci tin trong hiu lc truyn d liu cn gim bt  ci thin theo
p vi s tng trong tc  truyn vt lý.
Ny sinh hiu hiu lc khác t nhng phn t trc trong ó nó cung cp mt sa
ng h thng chn lc và h tc  d liu thô cc i. u này cho phép tiêu chun
cung cp s thc hin mt ng c bn nhng tham s có tt c các thit b 802.11n,
trong khi các công ty chp nhn tng cng nhng kh nng ng dng khác nhau và giá
 khác nhau. Phn cng ca WLAN không cn h tr các tùy chn  tng hp vi
chun.
Yêu cu u tiên s h tr mt s thi hành OFDM c phát trin  trên da trên
802.11a/g s dng tc  mã ln nht cao hn và nhp  di thông rng hn. S thay
i ci thin cao nht có tht c tc  d liu thô có th t 54 ti 65 Mbps trong
các tiêu chun ã có.
MIMO là công ngh nhiu u vào nhiu u ra c s dng trong 802.11n  phát
trin giao din vt lý OFDM có sn ã c thc hin trên 802.11a/g. s khai thác
MIMO a ng vi mt công nghã bit nh vic ghp kênh phân chia không gian
SDM. Truyn thông qua thit b WLAN phân chia mt lung d liu thành nhiu phn
truyn trong nhiu dòng không gian.Vic phân chia nhng anten  tng ng các
anten thu có th nhn c d liu.802.11n hin thi cung cp ti 4 lung không gian
c dù phù hp vi phn cng không c yêu cu  thc hin vi nhiu ng.
Vic tng gp ôi s lng lung không gian t mt ti 2 có hiu qu gp ôi trong
vic tng tc  d liu thô. Ti ây có s cân bng tuy nhiên, ging nh vic tng công
sut tiêu th, và ti mt khong nh hn v giá. Bn lit kê 802.11n bao gm mt ch
 tit kim công sut,gim nh công sut tiêu th khi s dng a ng ch nhng
Chng 1: Gii thiu chung v IEEE 802.11n

Nhóm 7 – lp D04VT1
2
ng truyn thông có ích mi c thc hin.H thng tit kim công sut MIMO òi
i c m c ch ra trong 802.11n.
Có 2 c tính c ch ra ma tp trung vào vic ci thin vic thc hin MIMO: (1)
o chùm tia (2) phân tp là mt k thut hi t tín hiu vô tuyn trc tip trên anten
ích do ó làm tng kh nng sp xp và thc hin bi vic gii hn giao thoa. Nhiu
anten khai thác s phân tp bng vic kt hp nhiu u ra hay la chn mt tp con tt
nht trong mt s ln các anten. So vi yêu cu nhn c mt s lung không gian.
802.11n cng h tr lên ti 4 anten.
H thng tùy chn khác trong 802.11n có hiu qu cao gp ôi tc  d liu bi
vic tng gp ôi bng tn ca WLAM|N t 20 ti 40 MHz. S cân bng s cp  mt
vài kênh có sn ít hn  mi thit b khác nhau. Trong trng hp s dng bng
2.4Ghz, ti ó có  ch cho 3 kênh 20Mhz không chng lên nhau. Mt kênh 40Mhz
không th có nhiu ch cho nhng thit b khác nhau  kt ni hoc lan truyn ging
nh trong không khí. u này có ngha là thông minh hn. Vic qun lý ng ó là ch
ra nhng li m bo rng các tùy chn ca kênh 40Mhz c ci thin toàn b. S
at ngc ca WLAN gn lin vi s cân bng ca nhng di thông cao ca m s
khách hàng vi nhng nhu cu ca mt s khách hàng khác  kt ni ti mng.
Mt trong nhng c tính quan trng nht trong 802.11n c ch ra  phát trin
vic thc hin ch trn c gi là s hi t. Tt hn là vic gi i mt khung d
liu n, các khách hàng c gp li vào chung mt khung và truyn i. Vì vy s hi
 làm tng hiu qu ca vic khôi phc % d liu ang c truyn trên mng.
802.11n ch ra qúa trình phát trin vi nhng tiêu chun trc ó trong trng thái
luôn bo m tính tng thích vi hn 200 triu thit b wi-fi hin thi (802.11b) ang
c s dng. Mt m truy cp 802.11n s giao tip vi mt trong nhng thíêt b
802.11 trên bng tn 5GHz cng nh phn cng ca 802.11b/g hot ng trên tn s
2.4Ghz. Ngòai kh nng vn hành vi nhau, thit b 802.11n cng cung cp cho mng
kh nng ln hn trong s pha trn trên nhng cái 802.11g ã  xut.
Bi vì nó cha di thông ln hn hiu, phm vu hat ng tt hn,  tin cy

cao.802.11n có tác dng trong rt nhiu cu hình mng. và tó ny sinh các ng dng
m tay ca mng trong nhà, mt s gia tng áng k ca s khách hàng s thy c
802.11n không ch là mt s nâng cao các tin ích ca nó mà còn là mt nhu cu thit
u. Mt vài yu t gây ra nhng ng dng mà ang u khin nhu cu cho 802.11n
ó là VoIP,load video nhc game lu tr gn lin trc tíêp trên mng
Chng 2: Gii thiu phân lp 802.11n MAC trong mô hình OSI
Nhóm 7 – lp D04VT1
3
CHNG II: GII THIU PHÂN LP 802.11n MAC TRONG MÔ HÌNH OSI
Phân lp MAC nm trong lp Liên kt d liu (Data Link) ca mô hình OSI. Phân
p MAC xác nh cách thc truyn các khung d liu trên môi trng truyn dn bng
cách kt hp mt a ch vt lý cho mi thit b, xác nh topo mng và thm dò ng
truyn.
Hình 2.1: Mô hình OSI và kin trúc phân lp MAC
Kin trúc phân lp MAC bao gm hai khi chc nng: Khi chc nng DCF
(Distributed Coordination Function) và khi chc nng PCF (Point Coordination
Function).
2.1. Khi chc nng DCF
DCF là phng pháp truy nhp theo chun 802.11 cho phép tt c các trm trong
t WLAN tranh chp nhau nhm dành quyn truy nhp vào môi trng truyn dn
không dây có tính cht chia s nh s dng giao thc CSMA/CA. Các mô hình mng
Chng 2: Gii thiu phân lp 802.11n MAC trong mô hình OSI
Nhóm 7 – lp D04VT1
4
BSS (Basic service sets – trong mô hình này ch có duy nht mt AP và các máy trm),
ESS (Extended service sets – ây là mô hình m rng ca BSS cho phép có nhiu AP
và các máy trm), IBSS (Independent basic service sets – mô hình này không có AP mà
ch có các máy trm kt ni trc tip vi nhau) u có th s dng c ch DCF.
Các AP trong nhng mô hình này hot ng tng t nh hub trong 802.3  truyn d
liu.

2.2. Khi chc nng PCF
PCF là mt ch truyn dn cho phép truyn các khung không xung t trong
ng WLAN bng cách s dng thut toán thm dò. u m ca PCF là m bo
c mt khong thi gian tr xác nh vì vy các ng dng yêu cu v QoS (ví d nh
các ng dng thoi hay truyn hình thi gian thc,…) có th s dng trên nn ch
truyn dn này.Khi s dng PCF, AP s m nhim chc nng thc hin thut toán
thm dò do ó các mng ad hoc (mng không có AP) không th s dng ch này.
PCF phi c s dng kt hp vi DCF.
2.3. Giao thc, thut toán và hot ng
2.3.1. Giao thc CSMA/CA
 thc hin quá trình truyn thông trong mng cn phi có mt tp các th tc và
cách thc nhm m bo quá trình truy nhp vào môi trng truyn dn t hiu qu
cao. Giao thc c s dng rng rãi trong mng WLAN ngày nay là CSMA/CA.
Khi mt trm xác nh rng không có bt kì mt trm nào khác ang truyn dn thì
nó s chn mt giá tr thi gian ch ngu nhiên.Trm này sau ó s i thêm mt
khong thi gian na da vào giá tr thi gian ch mà nó ã chn, trc khi bt u
truyn d liu. Trong sut khong thi gian này nó vn s tip tc giám sát  chc
chn rng không có trm nào khác bt u truyn d liu. Bi vì môi trng truyn dn
vô tuyn là môi trng bán song công nên cn m bo ti mt thi m ch có mt
thit b truyn tín hiu trên môi trng. CSMA/CA là giao thc nhm m bo u ó.
Tuy nhiên thc t xung t vn xy ra khi hai thit b cùng truyn dn ti cùng mt thi
m. CSMA/CA thc hin nhiu bin pháp kim tra và cân bng nhm gim thiu ti
a s xung t.
Chc nng cm nhn sóng mang  xác nh môi trng truyn dn bn hay ri, bao
m cm nhn vt lý nh các mch n t kim tra v cng  và tn s sóng phn
i  nhn ra s xung t hay cm nhn logic nh vào vic s dng giao thc
RTS/CTS , trng NAV, báo nhn ACK. Chc nng a truy nhp nhm m bo tt c
Chng 2: Gii thiu phân lp 802.11n MAC trong mô hình OSI
Nhóm 7 – lp D04VT1
5

các trm trong mng WLAN u có c hi ngang nhau trong vic tranh chp s dng
môi trng. Chc nng tránh s xung t nhm m bo ti mt thi m ch có duy
nht mt thit bc quyn truyn d liu tránh ti a s xung t nh s dng thut
toán thi gian chi ngu nhiên.
2.3.2. Giao thc RTS/CTS
 dng giao thc RTS/CTS nhm thc hin chc nng cm nhn sóng mang logic.
m nhn sóng mang logic làm vic bng cách s dng mt trng gi là NAV
(Network Allocation Vector) hot ng nh mt bnh gi trên mi máy trm.
Khi mt trm mun truyn d liu, nó phi gi mt khung RTS di dng
broadcast, khung này cha trng NAV thit lp trên tt c các trm nghe c nó mt
khong thi gian cn thit  trm này có th hoàn thành quá trình truyn d liu ca
mình cng thêm thi gian nhn khung ACK tr li t trm thu. Trm thu sau khi nhn
c khung RTS si ht mt SIFS và gi tr li trm phát bng khung CTS cng
i dng broadcast, các trm còn li nghe c khung CTS này s cp nht li khong
thi gian NAV ca mình. Trm phát nhn c khung CTS t trm thu, i ht mt
SIFS và bt u truyn d liu. Sau khi nhn c khung d liu, trm thu i ht mt
SIFS s gi tr li v trm phát bn tin ACK báo rng mình ã nhn  d liu. Lúc
này khong thi gian NAV  các trm khác va ht hiu lc và tt c các trm li tip
c tham gia vào quá trình tranh chp mi  dành quyn chim dng môi trng truyn
thông.
Hình 2.2 : Hot ng ca giao thc RTS/CTS
Chng 2: Gii thiu phân lp 802.11n MAC trong mô hình OSI
Nhóm 7 – lp D04VT1
6
Nhc m ca giao thc RTS/CTS là chim dng bng thông truyn dn do truyn
các bn tin trao i RTS, CTS di dng broadcast. Vì lí do này, mc nh giao thc
RTS/CTS không c phép hot ng, ch trong mt s trng hp cn thit giao thc
này mi c bt lên. Khi môi trng truyn dn trong mng WLAN xy ra quá nhiu
xung t làm gim bng thông xung mc bt thng (thng là hu qu ca hin
ng hidden node) thì RTS/CTS sc s dng.

Hình 2.3: Hot ng ca RTS/CTS gia mt máy trm không dây và mt máy trm có
dây