Chapter I Tổng quan về mạng nội hạt vô tuyến WLAN.doc

Chương I. Tổng quan về mạng nội hạt vô tuyến WLAN ........................................................ 2
1.1 Sự cần thiết của mạng WLAN ...................................................................................... 2
1.2 Quá trình phát triển của mạng WLAN ......................................................................... 3
.............................................................................................................................................. 4
1.3 Các thành phần của mạng WLAN ................................................................................ 5
1.3.1 Các card giao diện mạng vô tuyến ........................................................................ 5
1.3.2 Các điểm truy nhập vô tuyến .................................................................................. 5
1.3.3 Các cầu nối vô tuyến từ xa ..................................................................................... 6
1.4 Kiến trúc giao thức WLAN ............................................................................................ 6
1.5 Cấu hình WLAN ........................................................................................................... 7
1.6 Phân loại mạng WLAN ................................................................................................. 9
1.6.1 Các LAN vô tuyến .................................................................................................. 9
1.6.1.1 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) .................................................................... 10
1.6.1.2 Trải phổ nhảy tần (FHSS) ............................................................................ 12
1.6.1.3 So sánh các mạng WLAN DSSS và FHSS .................................................. 13
1.6.1.3.1 Dung lượng toàn mạng ........................................................................... 13
1.6.1.3.2 Sự loại bỏ nhiễu ...................................................................................... 13
1.6.1.3.3 Các xung đột ........................................................................................... 14
1.6.1.4 Cảm biến sóng mang ..................................................................................... 15
1.6.2 Các mạng LAN hồng ngoại .................................................................................. 15
1.6.3 Các mạng LAN trực tiếp và khuyếch tán ............................................................. 16
1.6.4 Các đặc tính của các mạng LAN hồng ngoại ....................................................... 17
Chương I. Tổng quan về mạng nội hạt vô tuyến WLAN
1.1 Sự cần thiết của mạng WLAN
Các mạng LAN kết nốt các máy tính, các file server, các máy in và các thiết bị
mạng khác sử dụng cáp. Các mạng này cho phép người sử dụng trao đổi thông tin
với nhau qua thư điện tử và truy nhập các chương trình ứng dụng đa người sử dụng
và các cơ sở dữ liệu dùng chung. Để kết nối tới một mạng LAN, thiết bị người sử
dụng phải được kết nối vật lý tới một lối ra hay một khe cắm cố định, vì thế mà tạo
ra một mạng có ít hoặc nhiều nút cố định. Việc di chuyển từ một vị trí này đến một
vị trí khác cần phải ngắt kết nối khỏi mạng LAN và thực hiện tái kết nối ở một vị trí

mới. Việc mở rộng mạng LAN bắt buộc phải lắp đặt thêm cáp, quá trình này tốn
nhiều thời gian, chiếm nhiều không gian hơn và tăng đáng kể chi phí ban đầu. Các
nhân tố này làm cho mạng LAN hữu tuyến có chi phí cao và khó khăn khi lắp đặt,
bảo dưỡng và nhất là khi sửa chữa.
Các mạng WLAN đem lại lợi ích cho người sử dụng di động và cho quá trình
triển khai mạng linh hoạt trong các mạng tính toán nội hạt. Khi di động, người sử
dụng di chuyển giữa các vị trí khác nhau trong môi trường mạng LAN mà không
làm mất kết nối. Một điểm thuận lợi của WLAN là khả năng linh hoạt trong việc
cấu hình lại hoặc bổ sung nút mới vào mạng mà không phải quy hoạch lại mạng và
không mất chi phí cho việc tái lắp đặt cáp, vì vậy mà làm cho việc nâng cấp trong
tưong lai trở nên đơn giản và không tốn kém. Khả năng đối phó với các thành phần
của một mạng LAN động được tạo ra bởi các người sử dụng di động và các thiết bị
tính toán cầm tay là một yếu tố quan trọng khác cần xem xét đến khi lựa chọn một
mạng WLAN. Vì thế, việc sử dụng rộng rãi các máy tính xách tay và các thiết bị kỹ
thuật số cá nhân cầm tay đã dẫn tới mức độ phụ thuộc càng tăng lên vào các mạng
WLAN trong những năm gần đây. Hiện nay có khoảng 40 sản phẩm WLAN có mặt
trên thị trường. Con số này được mong chở là còn tăng hơn nữa với sự xuất hiện
gần đây của các chuẩn WLAN HIPERLAN và IEEE 802.11.
Mạng WLAN khác với các mạng vô tuyến diện rộng ở chỗ quá trình truyền
thông tin số bằng vô tuyến tế bào hoặc vô tuyến gói. Vì các hệ thống này phủ sóng
ở khoảng cách lớn, chúng đòi hỏi cơ sở hạ tầng đắt tiền, chúng cho phép các tốc độ
dữ lỉệu thấp và yêu cầu người sử dụng trả tiền theo thời gian sử dụng độ rộng băng
thông hoặc việc sử dụng cơ sở. Tuy nhiên ở trong nhà hoặc khu vực địa lý bị giới
hạn các mạng WLAN không yêu cầu chi phí sử dụng và cho phép tốc độ số liệu cao
hơn.
IEEE 802.11
®­îc phª chuÈn

Điểm truy nhập
Nút cố định

Server
Mạng hữu tuyến
Nút di động
Nút di động
Hình 1.1: Cấu hình một mạng WLAN điển hình
Các mạng WLAN cho phép tốc độ dữ liệu cao hơn 1Mbps và thường được sử
dụng để truyền dữ liệu giữa các máy tính trong một toà nhà. Với khả năng quảng
bá, các mạng WLAN cũng cho phép thực hiện các dịch vụ phát quảng bá và dịch vụ
truyền từ điểm tới đa điểm mặc dù các dịch vụ này phải được bảo vệ tránh khỏi các
truy nhập trái phép. Trong cấu hình của một mạng WLAN điển hình (Hình 1.1), một
thiết bị phát/ thu (bộ thuh phát) gọi là điểm truy nhập kết nối tới một mạng hữu
tuyến từ một vị trí cố định. Điểm truy cập thực hiện thu, lưu đệm và phát các gói số
liệu giữa mạng WLAN và cơ sở hạ tầng mạng hữu tuyến. Một điểm truy cập riêng
lẻ có thể hỗ trợ một nhóm các nút di động và có thể thực hiện chức năng trong
phạm vi vài trăm mét. Anten gắn với điểm truy nhập thường được đặt cao nhưng
cũng có thể được đặt bất cứ chỗ nào có thể được miễn là đảm bảo được vùng phủ
sóng theo yêu cầu. Các thiết bị đầu cuối người sử dụng trao đổi thông tin với điểm
truy nhập qua các bộ thích ứng WLAN, các bộ thích ứng này được thực hiện như là
các card PC trong các máy tính xách tay, các card PCI hoặc các card ISA trong các
máy tính để bàn hoặc các thiết bị tích hợp toàn bộ trong các máy tính cầm tay (các
thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số, các máy tính cá nhân cầm tay dùng bút điều
khiển) và các máy in. Các bộ thích ứng WLAN cung cấp một giao diện giữa hệ điều
hành mạng khách và đường kết nối vô tuyến thông qua một anten. Điều này cho
phép các dặc tính vật lý của kết nối vô tuyến trở thành trong suốt đối với hệ điều
hành mạng. Các mạng WLAN sử dụng các thiết bị máy tính di động được gọi là các
mạng LAN không dây. Thuật ngữ ‘không dây’ nhấn mạnh thực tế rằng các mạng
LAN này bỏ đi dây nguồn cũng như cáp mạng.
1.2 Quá trình phát triển của mạng WLAN
Lịch sử phát triển của các mạng WLAN được sơ lược qua 3 thế hệ:
IEEE 802.11

®­îc phª chuÈn

• Thế hệ đầu: Hoạt động tại các băng tần 900-928 MHz (băng tần
ISM), với tốc độ thấp hơn 860Kbps. Do hạn chế về băng tần (nhiều ứng
dụng vô tuyến khác từng chạy trên băng tần này) nên các công nghệ ở giai
đoạn này không phát triển mạnh.
• Thế hệ thứ hai: Hoạt động tại băng tần 2,4-2,483 GHz, tốc độ đạt 2
Mbps, sử dụng kỹ thuật trải phổ và ghép kênh nhưng cũng bị hạn chế về
băng tần
• Thế hệ thứ ba: Hoạt động tại các băng tần 2,4 GHz (sử dụng các
phương pháp điều chế phức tạp hơn) đạt tốc độ 11 Mbps, 5 GHz và 17
GHz, tốc độ lên tới 54 Mbps.
Hình 1.2: Quá trình phát triển của mạng WLAN
Các tổ chức tiêu chuẩn lớn như IEEE và ETSI liên tục đưa ra và cập nhật các
tiêu chuẩn cho WLAN 802.11, và HIPERLAN của mình.
Dải tần 900 MHz 2.4 GHz 5 GHz
Ưu
điểm
Vùng phủ sóng
rộng hơn, sử dụng
cho các mạng
LAN trong nhà
- Được sử dụng rộng rãi
hiện nay
- Theo chuẩn IEEE
802.11
- Tốc độ dữ liệu cao hơn
(khoảng 10 Mbps)
- Đã có trên thị
trường

- Theo chuẩn IEEE
802.11
- Tốc độ dữ liệu cao
(khoảng 20 Mbps)
Nhược
điểm
- Tốc độ dữ liệu
tối đa là 1 Mbps
- Băng thông hẹp -
Dải băng tần
‘đông đúc’
- Vùng phủ sóng gần hơn
- Dải băng tần ngày càng
‘đông đúc’
- Vùng phủ sóng
gần nhất
- Chi phí cho các
thiết bị vô tuyến cao
hơn
2.4 GHz
1 & 2 Mbps860 Kbps
900 MHz
Proprietary
11 Mbps
Theo tiªu chuÈn
IEEE 802.11
®­îc phª chuÈn

2.4 GHz
Radio

Network
Speed
1 & 2 Mbps860 Kbps
900 MHz
§éc quyÒn
1986
1988 1990 1992 1994 1996
1998 2000 2002
1.3 Các thành phần của mạng WLAN
Các thành phần của mạng WLAN bao gồm các card giao diện mạng vô tuyên,
các điểm truy nhập vô tuyến, và các cầu nối vô tuyến từ xa.
1.3.1 Các card giao diện mạng vô tuyến
Các card giao diện mạng vô tuyến không khác nhiều so với các card thích ứng
sử dụng cho mạng LAN hữu tuyến. Giống như các card thích ứng mạng hữu tuyến,
card giao diện mạng vô tuyến trao đổi thông tin với hệ điều hành mạng thông qua
một trình điều khiển dành riêng, vì thế mà cho phép các ứng dụng sử dụng mạng vô
tuyến cho quá trình truyền dữ liệu. Tuy nhiên, không giống như các card thích ứng
của mạng hữu tuyến, các card này không cần bất kỳ dây cáp nào kết nối chúng tới
mạng và điều này cho phép tái lắp đặt các nút mạng mà không cần chuyển đổi cáp
mạng hoặc thay đổi các kết nối tới các bảng mạch hoặc các bộ tập trung (hub).
1.3.2 Các điểm truy nhập vô tuyến
Các điểm truy nhập tạo ra các vùng phủ vô tuyến, các vùng này kết nối các nút
di động tới các cơ sở hạ tầng mạng hữu tuyến hiện có. Điều này cho phép một mạng
WLAN trở thành một phần mở rộng của mạng hữu tuyến. Bởi vì các điểm truy nhập
cho phép khả năng mở rộng một vùng phủ sóng vô tuyến, các mạng WLAN là rất
ổn định và các điểm truy nhập bổ sung có thể được triển khai trong một toà nhà hay
khuôn viên trường đại học nhằm tạo ra các vùng truy nhập vô tuyến rộng lớn. Các
điểm truy nhập không những cho phép quá trình truyền thông với mạng hữu tuyến
mà còn thực hiện lọc lưu lượng và thực hiện các chức năng cầu nối tiêu chuẩn.
Chức năng lọc giúp cho việc đảo trên kết nối vô tuyến bằng việc xoá bỏ lưu lượng

dư thừa. Do ghép đôi không đối xứng giữa phương tiện truyền thông vô tuyến và
hữu tuyến, nên điều quan trọng đối với điểm truy nhập là cần có một bộ đệm thích
hợp và các tài nguyên bộ nhớ. Các bộ đệm là cần thiết cho việc lưu trữ các gói dữ
liệu tại điểm truy nhập khi một nút di động tạm thời di chuyển ra khỏi một vùng
phủ vô tuyến hoặc khi một nút di động hoạt động ở chế độ công suất thấp.
Các điểm truy nhập truyền thông với nhau qua mạng hữu tuyến để quản lý các
nút di động. Một điểm truy nhập không cần phải điều khiển truy nhập từ các nút di
động đa thành phần khác, (tức là nó có thể hoạt động với một giao thức truy nhập
ngẫu nhiên phân bố như là CDMA chẳng hạn). Tuy nhiên, một giao thức đa truy
nhập tập trung hoá được điều khiển bởi một điểm truy nhập có được một số thuận
lợi. Các tuỳ chọn giao diện mạng hữu tuyến nói chung tới một điểm truy nhập bao
gồm 10Base2, 10BaseT, modem cáp, modem ADSL và ISDN. Một số card giao
diện mạng vô tuyến có thể sử dụng kết hợp với các điểm truy nhập vô tuyến.
Điểm truy nhập
Hình 1.3: Điểm truy nhập vô tuyến
1.3.3 Các cầu nối vô tuyến từ xa
Các cầu nối vô tuyến từ xa tương tự như các điểm truy nhập ngoại trừ việc
chúng được sử dụng chủ yếu cho các kết nối bên ngoài. Tuỳ thuộc vào khoảng cách
và vùng phủ, có thể có thêm các anten ngoài. Các cầu như vậy được thiết kế để liên
kết các mạng với nhau, đặc biệt là trong các toà nhà và ở khoảng cách xa khoảng 32
km. Chúng cho phép khả năng lựa chọn nhanh chóng và kinh tế so với việc lắp đặt
cáp hoặc triển khai các đường điện thoại dùng riêng và thường được sử dụng khi
các kết nối hữu tuyến truyền thống là không khả thi (chẳnh hạn khi triển khai qua
sông suối, qua địa hình gồ ghề, qua các khu vực riêng, qua đường cao tốc). Không
giống như các kết nối bằng cáp và các mạch điện thoại dành riêng, các cầu nối vô
tuyến có khả năng lọc lưu lượng và đảm bảo rằng các mạng được kết nối không bị
chồng lấn bởi các lưu lượng không cần thiết. Các cầu nối này cũng có thể làm việc
như là các thiết bị an ninh nội bộ bởi vì chúng chỉ đọc các địa chỉ đã được mã hoá
vào trong các bộ thích ứng LAN (tức là các địa chỉ MAC), vì vậy mà ngăn chặn
thành công các quá trình truyền thông giả mạo.

1.4 Kiến trúc giao thức WLAN
Các mạng WLAN khác với các mạng hữu tuyến truyền thống cơ bản ở lớp
vật lý và ở phân lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) của mô hình tham
khảo các hệ thống mở OSI. Những khác biệt này tạo ra hai phương pháp cung cấp
điểm giao diện vật lý cho các mạng WLAN. Nếu điểm giao diện vật lý ở lớp điều
khiển liên kết logic LLC, phương pháp này thường yêu cầu một trình điều khiển
người dùng để hỗ trợ các phần mềm mức cao hơn như là hệ điều hành mạng chẳng
hạn. Một giao diện như vậy cho phép các nút di động truyền thông trực tiếp với một
nút khác sử dụng các card giao diện mạng vô tuyến. Một điểm giao diện logic khác
ở phân lớp MAC và được sử dụng bởi các kết nối vô tuyến. Vì lý do này, các điểm
truy nhập vô tuyến thực hiện các chức năng cầu nối và các chức năng không định
tuyến. Mặc dù một giao diện MAC đòi hỏi một kết nối hữu tuyến, nó vẫn cho phép
bất cứ một hệ điều hành mạng nào hoặc một trình điều khiển nào làm việc với mạng
WLAN. Một giao diện như vậy cho phép một mạng LAN hữu tuyến hiện có có thể
được mở rộng dễ dàng bằng việc cung cấp khả năng truy nhập cho các thiết bị mạng
vô tuyến mới. Kiến trúc giao thức của một giao diện mạng WLAN điển hình được
cho trên Hình 1.4. Các lớp thấp hơn của một card giao diện vô tuyến thường được
thực hiện bằng phần mềm chạy trên các bộ xử lý nhúng. Các lớp cao hơn của nhăn
xếp giao thức mạng được cung cấp bởi hệ điều hành và các chương trình ứng dụng.
Một trình điều khiển mạng cho phép hệ điều hành giao tiếp với phần mềm lớp thấp
hơn được nhúng trong các card giao diện mạng vô tuyến. Ngoài ra, nó còn thực thi
các chức năng LLC chuẩn. Đối với hệ điều hành Window, trình điều khiển nói
chung chỉ tương thích với một số phiên bản của đặc tính của giao diện trình điều
khiển mạng. Các trình điều khiển dựa trên Unix Linux và Apple cũng đã có mặt.

Ngăn xếp giao thức vô tuyến
Lớp các ứng dụng
Lớp vận hành mạng/ hệ thống
truyền tải (TCP/IP)
Lớp điều khiển liên kết logic

Lớp điều khiển truy nhập môi
trường
Lớp vật lý vô tuyến
Card giao diện mạng
Ngăn xếp giao
thức hữu tuyến
Ngăn xếp giao thức vô
tuyến
Lớp điều
khiển truy
nhập môi
trường
(802.3,
802.5)
Lớp điều khiển truy
nhập môi trường (có
phân mảnh hoá, tái kết
hợp, đăng ký, điều
khiển lỗi)
Lớp vật lý hữu
tuyến
Lớp vật lý vô tuyến

Điểm truy nhập
Hình 1.4: Kiến trúc giao thức của các thành phần WLAN
Trong Hình 1.4, các lớp gồm: lớp ứng dụng. lớp vận hành mạng/ hệ thống
truyền tải (TCP/IP), lớp điều khiển liên kết logic thuộc về hệ điều hành và trình điều
khiển; các lớp điều khiển truy nhập môi trường, lớp vật lý logic thuộc về phần mềm
máy tính.
1.5 Cấu hình WLAN

Các mạng WLAN thường có hai kiểu cấu hình mạng hay còn gọi là topo
mạng, chúng bao gồm cấu hình độc lập và cấu hình cơ sở như được miêu tả tương
ứng trên Hình 1.5 và Hình 1.6. Cấu hình độc lập hỗ trợ kết nối điểm tới điểm (peer-
to-peer) nơi mà các nút di động truyền thông trực tiếp với nhau sử dụng các bộ thích
ứng vô tuyến. Bởi vì các mạng độc lập có thể được thực hiện một cách nhanh chóng
và đơn giản, chúng thường được tạo ra mà không cần các công cụ hay kỹ năng đặc
biệt nào. Chúng cũng không cần thực hiện việc quản trị mạng. Những cấu hình
mạng kiểu như vậy là lý tưởng để đáp ứng các yêu cầu trong kinh doanh hoặc trong