BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
…………..*…………..
LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
TÊN ĐỀ TÀI
BẢO MẬT WLAN VÀ ỨNG DỤNG
HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN
TRẦN ANH TUẤN
HÀ NỘI - 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
…………..*…………..
LUẬN VĂN THẠC SỸ
TÊN ĐỀ TÀI
BẢO MẬT WLAN VÀ ỨNG DỤNG
HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN
TRẦN ANH TUẤN
Chuyên Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã Số:
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. PHẠM VĂN BÌNH
HÀ NỘI - 2012
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được
sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của các thầy cô Viện Đại học Mở Hà Nội
và thầy cô của các trường ĐH khác tham gia giảng dạy tại đây.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đếnTiến sĩ Phạm Văn Bình - Đại học Bách
Khoa Hà Nộiđã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và
giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Viện Đại học Mở Hà Nội cùng
quý thầy cô giảng dạy trong ngành Kỹ thuật Điện tử đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi
học tập và hoàn thành tốt khóa học. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận
văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp của quý thầy cô và các bạn.
Trần Anh Tuấn
Viện Đại học Mở Hà Nội
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao
chép của ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được
đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận
văn.
Tác giả luận văn
Trần Anh Tuấn
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
MỤC LỤC
MỤC LỤC ..............................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................4
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .......................................................................................5
TÓM TẮT LUẬN VĂN..........................................................................................7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG WLAN.....................................................9
1.1. Khái niệm và lịch sử hình thành mạng WLAN ..............................................9
1.2. Các chuẩn mạng thông dụng của WLAN.....................................................10
1.2.1. Chuẩn 802.11 ........................................................................................11
1.2.2. Chuẩn 802.11a ......................................................................................11
1.2.3. Chuẩn 802.11b ......................................................................................12
1.2.4. Chuẩn 802.11g ......................................................................................13
1.2.5. Chuẩn 802.11n ......................................................................................13
1.2.6. Một số chuẩn khác ................................................................................15
1.3. Cấu trúc và một số mô hình mạng WLAN...................................................17
1.3.1. Cấu trúc cơ bản của mạng WLAN.........................................................17
1.3.2. Thiết bị hạ tầng .....................................................................................18
1.3.3. Các mô hình mạng WLAN....................................................................22
1.3.4. Mô hình mạng độc lập (IBSS - Independent Basic Service Set) hay còn
gọi là mạng AD HOC .....................................................................................22
1.3.5. Mô hình mạng cơ sở (BSS - Basic service set) ......................................23
1.3.6. Mô hình mạng mở rộng (ESS - Extended Service Set) ..........................24
1.3.7. Một số mô hình mạng WLAN khác.......................................................25
1.4. Đánh giá ưu điểm, nhược điểm và thực trạng mạng WLAN hiện nay ..........28
1.4.1. Ưu điểm ................................................................................................28
1.4.2. Nhược điểm ..........................................................................................29
1.4.3. Thực trạng mạng WLAN hiện nay ........................................................29
1
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO MẬT TRONG MẠNG WLAN .........31
2.1. Giới thiệu ....................................................................................................31
2.1.1. Tại sao phải bảo mật..............................................................................31
2.1.2. Đánh giá vấn đề an toàn, bảo mật hệ thống............................................32
2.2. Xác thực qua hệ thống mở (Open Authentication) .......................................34
2.3. Xác thực qua khoá chia sẻ (Shared-key Authentication) ..............................34
2.3.1. Wired Equivalent Privacy (WEP)..........................................................36
2.3.2. WPA (Wi-Fi Protected Access).............................................................39
2.3.3. WPA2 (WPA-PSK)...............................................................................41
2.4. Filtering.......................................................................................................44
2.4.1. SSID Filtering .......................................................................................45
2.4.2. MAC Address Filtering .........................................................................46
2.4.3. Protocol Filtering ..................................................................................47
2.5. Giao thức chứng thực mở rộng EAP:...........................................................50
2.5.1. Bản tin EAP: .........................................................................................50
2.5.2. Các bản tin yêu cầu và trả lời EAP ( EAP Requests and Responses ): ...51
2.5.3. Một số phương pháp xác thực EAP: ......................................................51
2.6. WLAN VPN................................................................................................52
2.7. Kết Luận .....................................................................................................53
CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT TẤN CÔNG MẠNG WLAN VÀ BIỆN PHÁP
PHÒNG CHỐNG ..................................................................................................54
3.1. Giới thiệu ....................................................................................................54
3.2. Các kỹ thuật tấn công mạng WLAN ............................................................55
3.2.1. Phương thức bắt gói tin (Sniffing) .........................................................55
3.2.2. De-authentication Attack.......................................................................56
3.2.3. Replay attack.........................................................................................57
3.2.4. Rogue Access Point (giả mạo AP)........................................................58
3.2.5. Deny of Service Attack (Dos)................................................................59
3.2.6. Man in the middle Attack (MITM) ........................................................60
3.2.7. Passive Attack (Tấn công bị động) ........................................................63
2
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
3.2.8. Active Attack (Tấn công chủ động).......................................................66
3.2.9. Dictionary Attack (Tấn công bằng phương pháp dò từ điển) .................68
3.2.10. Jamming Attacks (Tấn công chèn ép) ..................................................69
3.3. Kết Luận .....................................................................................................70
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CỦA MẠNG WLAN...............................................70
4.1. Một số ứng dụng của mạng không dây ........................................................71
4.1.1. Giải pháp cho văn phòng di động ..........................................................71
4.1.2. Giải pháp liên kết các mạng (Building-to-Building) ..............................72
4.1.3. Điểm truy cập mạng Công cộng (Hotspot) ............................................73
Hình 4.3: Các điểm truy cập mạng công cộng ....................................................74
4.2. Hệ thống LAN không dây trong trường ĐH Kinh Tế Quốc Dân ..................74
4.2.1.Mô hình thiết kế Vật lý...........................................................................75
4.2.2. Mô hình thiết kế Logic ..........................................................................76
4.2.3. Mô tả hệ thống Wireless........................................................................83
KẾT LUẬN...........................................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................89
3
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, đặc biệt là công
nghệ thông tin và điện tử viễn thông, nhu cầu trao đổi thông tin và dữ liệu của con
người ngày càng cao. Mạng máy tính đang đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh
vực của đời sống. Bên cạnh nền tảng mạng máy tính hữu tuyến, mạng máy tính
không dây ngay từ khi ra đời đã thể hiện được những ưu điểm nổi bật về sự tiện
dụng, tính linh hoạt và tính đơn giản. Mặc dù mạng máy tính không dây đã xuất
hiện khá lâu, nhưng sự phát triển nổi bật đạt được vào kỷ nguyên công nghệ điện tử
và chịu ảnh hưởng lớn của nền kinh tế hiện đại, cũng như những khám phá trong
lĩnh vực vật lý. Tại nhiều nước phát triển, mạng không dây đã thực sự đi vào đời
sống. Chỉ cần một thiết bị như laptop, PDA, hoặc bất kỳ một phương tiện truy cập
mạng không dây nào, chúng ta có thể truy cập vào mạng ở bất cứ nơi đâu, trong
nhà, cơ quan, trường học, công sở…bất cứ nơi nào nằm trong phạm vi phủ sóng của
mạng. Do đặc điểm trao đổi thông tin trong không gian truyền sóng nên khả năng
thông tin bị rò rỉ ra ngoài là điều dễ hiểu. Nếu chúng ta không khắc phục được điểm
yếu này thì môi trường mạng không dây sẽ trở thành mục tiêu của những hacker
xâm phạm, gây ra những sự thất thoát về thông tin, tiền bạc… Do đó bảo mật thông
tin là một vấn đề rất nóng hiện nay. Đi đôi với sự phát triển mạng không dây phải
phát triển các khả năng bảo mật, để cung cấp thông tin hiệu quả, tin cậy cho người
sử dụng.
Do đó, mục đích của luận văn này là nghiên cứu, phân tích những đặc điểm
của mạng WLAN, những kỹ thuật tấn công mạng WLAN để từ đó đưa ra những
giải pháp an ninh, bảo mật cho mạng Internet không dây dựa trên các tiêu chí: tính
bảo mật, tính toàn vẹn, xác thực hai chiều và tính sẵn sàng
4
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật
ngữ
ACK
ACL
Ad-hoc
ADSL
AES
AP
BSA
BSS
BSSID
BT
CA
CD
CDMA
CRC
CSMA
CTS
DCF
DES
DFIR
DHCP
DMZ
DoS
DS
DSSS
DTIM
EAP
ESS
FCC
FHSS
FSK
GFSK
GMSK
IEEE
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
Acknowledgement
Asynchronous connectionless
Ad-hoc network
Asymmetric Digital Subscriber Line
Advanced Encryption Standard
Access Point
Basic Service Area
Basis Service Set
Basis Service Set Identification
Bandwith-Time product
Certificate Authority
Collision Detection
Code Division Multiple Access
Cyclic Redundancy Check
Carrier Sense Multiple Access
Clear To Send
Distributed Coordination Function
Data Encryption Standard
Diffused Infrared
Dynamic Host Configuration Protocol
Data Management Zone
Denial of Service
Distribution System
Direct Sequence Spread Spectrum
Delivery TIM
Extensible Authentication Protocol
Extended Service Set
Federal Communication Commission
Frequency Hopping Spread Spectrum
Frequency Shift Keying
Gaussian Frequency Shift Keying
Gaussian Minimum Shift Keying
Institute of Electrical and Electronic
Engineers
Xác nhận
Phi kết nối không đồng bộ
Mạng độc lập
Đường dây thuê bao số không đối
xứng
Chuẩn mã hoá tiên tiến
Điểm truy nhập
Vùng dịch vụ cơ sở
Bộ dịch vụ cơ sở
Nhận dạng BSS
Tích số băng thông-thời gian
Quyền chứng nhận
Phát hiện xung đột
Đa truy nhập phân chia theo mã
Kiểm tra dư chu trình
Đa truy nhập cảm biến sóng mang
Xoá để phát
Chức năng phối hợp phân bố
Chuẩn mã hoá dữ liệu
Hồng ngoại khuyếch tán
Giao thức cấu hình host động
Khu vực quản lý dữ liệu
Từ chối dịch vụ
Hệ thống phân bố
Trải phổ chuỗi trực tiếp
Bản đồ chỉ dẫn lưu lượng phân bổ
Giao thức nhận thực mở rộng
Bộ dịch vụ mở rộng
Uỷ ban truyền thông liên bang
Trải phổ nhảy tần
Khoá dịch tần
Khoá dịch tần Gauss
Khoá dịch Gauss cực tiểu
Viện các kỹ sư điện và điện tử
5
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
IETF
IFS
IKE
IP
IPSec
ISA
ISM
ISDN
ISO
KDC
LAN
LDAP
LLC
MAC
MIB
MIC
NAV
NIC
NRL
OFDM
PCI
PIFS
PPDU
RADIUS
RTS
SFD
SNR
SSID
SSL
STA
TIM
TLS
TS
VPN
W3C
WEP
Wi-Fi
WLAN
Bảo mật WLAN và ứng dụng
Internet Engineering Task Force
Interframe Space
Internet Key Exchange
Internet Protocol
IP Security
Industry Standard Architecture
Industrial, Scientific, and Medical
Uỷ ban chuyên trách về Internet
Khoảng trống liên khung
Trao đổi khoá Internet
Giao thức Internet
An ninh IP
Kiến trúc chuẩn trong công nghiệp
Băng tần công nghiệp, khoa học
và y tế
Integrated Subcriber Digital Network
Mạng tích hợp thuê bao số
International Standards Organization
Tổ chức chuẩn hoá quốc tế
KeyDistributionCenter
Trung tâm phân bổ khoá
Local Area Network
Mạng nội bộ
Lightweight Directory Access Protocol Giao thức truy nhập danh bạ mức
thấp
Logical Link Control
Điều khiển kết nối logic
Medium Access Control
Điều khiển truy nhập môi trường
Management Information Base
Quản lý thông tin cơ sở
Message Integrity Check
Kiểm tra tính toàn vẹn bản tin
Network Allocation Vector
Vector cấp phát mạng
Network Interface Card
Card giao diện mạng
Normalized Residual Lifetime
Thời gian sống còn dư chuẩn hoá
Orthorgonal Frequency Division
Ghép kênh phân chia theo tần số
Multiplexing
trực giao
Peripheral Component Interconnect
Kết nối thành phần ngoại vi
PCF Interframe Space
Khoảng trống liên khung PCF
PLCP Protocol Data Unit
Đơn vị dữ liệu giao thức PLCP
Remote Authentication Dial – In User Dịch vụ người sử dụng quay số
Service
nhận thực từ xa
Request to Send
Yêu cầu truyền
Start Frame Delimiter
Bộ phân định khung khởi đầu
Signal – to – Noise Ratio
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
Service Set Identifier
Bộ nhận dạng tập dịch vụ
Sercure Socket Layer
Lớp khe cắm an ninh
Station
Trạm
Traffic Indication Map
Bản đồ chỉ dẫn lưu lượng
Transport Layer Security
An ninh lớp truyền tải
Time Slot
Khe thời gian
Virtual Private Network
Mạng riêng ảo
World Wide Web Consortium
Tập đoàn W3C
Wired Equipvalent Privacy
Bảo mật tương ứng hữu tuyến
Wireless - Fidelity
Vô tuyến - Tính trung thực
Wireless Local Area Network
Mạng nội hạt vô tuyến
6
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
WPA
Bảo mật WLAN và ứng dụng
Truy nhập được bảo vệ Wi – Fi
Wi – Fi Protected Access
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
Đề tài: Bảo mật WLAN và ứng dụng
Tác giả luận văn: Trần Anh Tuấn
Người hướng dẫn: TS. Phạm Văn Bình
Nội dung tóm tắt:
1. Lý do chọn đề tài:
Mạng WLAN (LAN không dây) hiện nay được áp dụng trong rất nhiều lĩnh
vực bởi những ưuthế nổi trội của nó so với mạng LAN hữu tuyến truyền thống:
người dùng có thểdi chuyển trong phạm vi cho phép, có thể triển khai mạng WLAN
ở những nơi mà mạng LAN hữu tuyến không thể triển khai được. Tuy nhiên, khác
với mạng LAN hữu tuyến truyền thống, mạng WLAN sửdụng kênh truyền sóng
điện từ, và do đó nó đặt ra nhiều thách thức trong việc xây dựng đặc tả và triển khai
thực tế mạng này. Một trong những thách thức đó và cũng là vấn đề nóng hổi hiện
nay là vấn đề an ninh cho mạng WLAN.
2. Mục tiêu:
Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu, phân tích những đặc điểm của
mạng WLAN, những kỹ thuật tấn công mạng WLAN để từ đó đưa ra những giải
pháp an ninh, bảo mật cho mạng WLAN dựa trên các tiêu chí: tính bảo mật, tính
toàn vẹn, xác thực hai chiều và tính sẵn sàng.
3. Nội dung chính:
+ Tổng quan về mạng WLAN
+ Các phương pháp bảo mật trong mạng WLAN
+ Các kỹ thuật tấn công mạng WLAN và biện pháp phòng chống
+ Ứng dụng của mạng WLAN
7
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
4. Phương pháp nghiên cứu:
Tổng hợp nhiều nguồn tài liệu, những kỹ thuật bảo mật, cập nhật công nghệ
mạng WLAN để trình bày vào luận văn một cách dể hiểu nhất, có khả năng ứng
dụng vào thực tế. Bên cạnh đó cũng nêu ra những kiến nghị và hướng phát triển đề
tài
5. Kết luận:
Luận văn hướng đến việc nghiên cứu, phân tích và đánh giá các ưu - khuyết
điểm của các phương thức bảo mật đang được sử dụng rộng rãi trong thực tế, và đưa
ra các giải pháp để tăng cường mức độ bảo mật cho người sử dụng. Bên cạnh đó
luận văn còn tìm hiểu cách thức hoạt động của các thiết bị đầu cuối, giúp người
quản trị có thể quản lý được hệ thống mạng WLAN một cách hiệu quả.
Tuy chỉ dừng lại ở quá trình tìm hiểu, nghiên cứu nhưng luận văn đã đem lại
một nền tảng kiến thức về hệ thống mạng cục bộ không dây, tin rằng nếu được đầu
tư thêm thời gian cũng như các thiết bị phần cứng hỗ trợ thì nó sẽ đem lại hiệu quả
cao, đóng góp cho việc bảo vệ an toàn hệ thống mạng cục bộ không dây hiện nay.
8
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG WLAN
1.1. Khái niệm và lịch sử hình thành mạng WLAN
Mạng LAN không dây viết tắt là WLAN (Wireless Local Area Network), là
một loại mạng máy tính mà các thành phần trong mạng không sử dụng các cáp như
một mạng thông thường, môi trường truyền thông trong mạng là không khí. Các
thành phần trong mạng sử dụng sóng điện từ để truyền thông với nhau. Nó giúp cho
người sử dụng có thể di chuyển trong một vùng bao phủ rộng mà vẫn có thể kết nối
được với mạng.
Công nghệ WLAN xuất hiện năm vào cuối những năm 1990, khi những nhà
sản xuất giới thiệu sản phẩm hoạt động dưới băng tần 900MHz. Những giải pháp
này cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps, thấp hơn nhiều so với tốc độ 10Mbps
của hầu hết các mạng sử dụng cáp đương thời.
Năm 1992, những nhà sản xuất bắt đầu bán những sản phẩm sử dụng băng
tần 2,4 Ghz. Mặc dù những sản phẩm này đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn
nhưng chúng vẫn là những giải pháp của riêng từng nhà sản xuất và chưa được công
bố rộng rãi. Sự cần thiết cho sự hoạt động thống nhất giữa các thiết bị ở những giải
tần khác nhau dẫn đến một số tổ chức bắt đầu phát triển những chuẩn mạng không
dây chung.
Năm 1997, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đã phê
chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11 và cũng được gọi với tên WIFI (Wireless
Fidelity) cho các mạng WLAN. Chuẩn 802.11 hỗ trợ ba phương pháp truyền dữ
liệu, trong đó có bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần số 2,4 GHz.
Năm 1999, IEEE thông qua hai sự bổ xung cho chuẩn 802.11 hai phương
pháp truyền tín hiệu là các chuẩn 8.2.11a và 802.11b. Những sản phẩm WLAN dựa
trên 802.11b nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội. Các thiết bị
802.11b truyền phát ở tần số 2,4GHz, cung cấp tốc độ truyền tín hiệu có thể lên tới
11Mbps. IEEE 802.11b được tạo ra nhằm cung cấp những đặc điểm về tính hiệu
dụng, thông lượng (throughput) và bảo mật để so sánh với mạng có dây.
9
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
Đầu năm 2003, IEEE công bố thêm một chuẩn nữa là 802.11g mà có thể
truyền nhận thông tin ở cả hai dải tần 2,4GHz và 5GHz. Chuẩn 802.11g 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 tương thích với những thiết bị chuẩn 802.11b. Ngày nay, chuẩn
802.11g đã đạt đến tốc độ từ 108Mbps-300Mbps.
Cuối năm 2009, chuẩn 802.11n đã được IEEE phê duyệt đưa vào sử dụng
chính thức và được 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 vượt trội
và tiên tiến nhất. Về mặt lý thuyết, 802.11n cho phép kết nối với tốc độ 300Mbps.
1.2. Các chuẩn mạng thông dụng của WLAN
Học viện Kỹ nghệ Điện và Điện tử IEEE (Institute of Electrical and
Electronics Engineers) là hiệp hội phi lợi nhuận quốc tế về cách tân công nghệ tiên
tiến hướng tới lợi ích của con người (http://www.ieee.org/index.html). Hiệp hội
IEEE chính thức ra đời ngày 1.1.1963 dựa trên sự hợp nhất của Học viện Kỹ nghệ
Điện tử Mỹ (AIEE) thành lập năm 1884 và Học viện Kỹ nghệ Radio (IRE) thành
lập năm 1912, với tổng số 150.000 thành viên. Tuy giữ tên gọi truyền thống về điện
và điện tử, nhưng nội dung hoạt động của IEEE hiện bao gồm hầu hết mọi lĩnh vực
công nghệ liên quan tới công nghệ điện tử và thông tin. Với hơn 395.000 thành viên
tại hơn 160 nước, IEEE hiện là hiệp hội nghề nghiệp lớn nhất toàn cầu. Các thành
viên của IEEE được tổ chức thành 331 Chi hội khu vực thuộc 10 vùng địa lý trên
toàn cầu. Mỗi thành viên của IEEE còn có thể và thường tham gia vào một vài trong
số 38 Hội nghề nghiệp của IEEE về các lĩnh vực, từ điện, điện tử, công nghệ thông
tin, truyền thông, vũ trụ, hạt nhân, robotics, viễn thám, đại dương… đến giáo dục,
ảnh hưởng xã hội của công nghệ, con người và tự động hóa… Cùng với các Hội
nghề nghiệp, IEEE còn có nhiều Hội đồng kỹ thuật nhằm phối hợp các Hội nghề
nghiệp với nhau, cũng như Hội về chuẩn công nghệ và các Nhóm công tác.
10
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
1.2.1. Chuẩn 802.11
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 2.4GHz. Chuẩn này chứa tất cả công nghệ
truyền hiện hành bao gồm Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), Frequence
Hopping Spread Spectrum (FHSS) và tia hồng ngoại. Chuẩn 802.11 là một trong hai
chuẩn miêu tả những thao tác của sóng truyền (FHSS) trong hệ thống mạng không
dây. Chỉ có các phần cứng thích hợp cho các chuẩn 802.11 mới có thể sử dụng hệ
thống sử dụng hệ thống sóng truyền này.
1.2.2. Chuẩn 802.11a
Chuẩn này được IEEE bổ sung và phê duyệt vào tháng 9 năm 1999, nhằm
cung cấp một chuẩn hoạt động ở băng tần mới 5 GHz và cho tốc độ cao hơn (từ 20
đến 54 Mbit/s). Các hệ thống tuân thủ theo chuẩn này hoạt động ở băng tần từ 5,15
đến 5,25GHz và từ 5,75 đến 5,825 GHz, với tốc độ dữ liệu lên đến 54 Mbit/s.
Chuẩn này sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplex), cho phép đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn và khả năng chống nhiễu đa
đường tốt hơn.
Có thể sử dụng đến 8 Access Point (truyền trên 8 kênh Non-overlapping,
kênh không chồng lấn phổ), đặc điểm này ở dải tần 2,4Ghz chỉ có thể sử dụng 3
Access Point (truyền trên 3 kênh Non – overlapping).
Các sản phẩm của theo chuẩn IEEE 802.11a không tương thích với các sản
phẩm theo chuẩn IEEE 802.11 và 802.11b vì chúng hoạt động ở các dải tần số khác
nhau. Tuy nhiên các nhà sản xuất chipset đang cố gắng đưa loại chipset hoạt động ở
cả 2 chế độ theo hai chuẩn 802.11a và 802.11b. Sự phối hợp này được biết đến với
tên WiFi5 ( WiFi cho công nghệ 5Gbps).
Bảng 1.1: Một số thông số kỹ thuật của chuẩn 802.11a
Thời điểm phê chuẩn
9/1999
Giải tần
5 Ghz
Tốc độ truyền dữ liệu
54Mbps
11
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
Độ khả thông
31Mbps
Phạm vi phủ sóng (outdoor)
~ 50m
Phạm vi phủ sóng (indoor)
~ 35m
Kỹ thuật truy nhập môi trường
CSMA/CA
Kỹ thuật điều chế
OFDM
Phổ tần chiếm dụng
300Mhz
1.2.3. Chuẩn 802.11b
Cũng giống như chuẩn IEEE 802.11a, chuẩn này cũng có những thay đổi ở
lớp vật lý so với chuẩn IEEE.802.11. Các hệ thống tuân thủ theo chuẩn này hoạt
động trong băng tần từ 2,400 đến 2,483 GHz, chúng hỗ trợ cho các dịch vụ thoại, dữ
liệu và ảnh ở tốc độ lên đến 11 Mbit/s. Chuẩn này xác định môi trường truyền dẫn
DSSS với các tốc độ dữ liệu 11 Mbit/s, 5,5 Mbit/s, 2Mbit/s và 1 Mbit/s.
Các hệ thống tuân thủ chuẩn IEEE 802.11b hoạt động ở băng tần thấp hơn và
khả năng xuyên qua các vật thể cứng tốt hơn các hệ thống tuân thủ chuẩn IEEE
802.11a. Các đặc tính này khiến các mạng WLAN tuân theo chuẩn IEEE 802.11b
phù hợp với các môi trường có nhiều vật cản và trong các khu vực rộng như các khu
nhà máy, các kho hàng, các trung tâm phân phối,... Dải hoạt động của hệ thống
khoảng 100 mét.
IEEE 802.11b là một chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất cho Wireless LAN
trước đây. Vì dải tần số 2,4GHz là dải tần số ISM (Industrial, Scientific and
Medical: dải tần vô tuyến dành cho công nghiệp, khoa học và y học, không cần xin
phép) cũng được sử dụng cho các chuẩn mạng không dây khác như là: Bluetooth và
HomeRF, hai chuẩn này không được phổ biến như là 801.11. Bluetooth được thiết
kế sử dụng cho thiết bị không dây mà không phải là Wireless LAN, nó được dùng
cho mạng cá nhân PAN (Personal Area Network). Như vậy Wireless LAN sử dụng
chuẩn 802.11b và các thiết bị Bluetooth hoạt động trong cùng một dải băng tần.
Bảng 1.2: Một số thông số kỹ thuật của chuẩn 802.11b
Thời điểm phê chuẩn
9/1999
12
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
Dải tần hoạt động
2,4 GHz
Tốc độ truyền dữ liệu
11 Mbps
Bán kính phủ sóng
100m (với tần số 11Mbps)
Kỹ thuật điều chế
FHSS, DSSS
Phổ tần chiếm dụng
83,5 MHz
1.2.4. Chuẩn 802.11g
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 như IEEE 802.11a, IEEE 802.11g còn sử dụng kỹ
thuật điều chế OFDM để có thể đạt tốc độ cao hơn. Ngoài ra, các hệ thống tuân thủ
theo IEEE 802.11g có khả năng tương thích ngược với các hệ thống theo chuẩn
IEEE 802.11b vì chúng thực hiện tất cả các chức năng bắt buộc của IEEE 802.11b
và cho phép các khách hàng của hệ thống tuân theo IEEE 802.11b kết hợp với các
điểm chuẩn AP của IEEE 802.11g.
Bảng 1.3: Một số thông số kỹ thuật của chuẩn 802.11g
Thời điểm phê chuẩn
10/2002
Dải tần truyền dữ liệu
2,4 GHz
Tốc độ bit
54 Mbps
Bán kính phủ sóng
100m (với tốc độ11Mbps)
Kỹ thuật điều chế
OFDM
1.2.5. Chuẩn 802.11n
Chuẩn 802.11n đã được IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers) phê duyệt đưa vào sử dụng chính thức và cũng đã được Hiệp hội Wi-Fi
(Wi-Fi Alliance) kiểm định và cấp chứng nhận cho các sản phẩm đạt chuẩn. Chứng
nhận chuẩn Wi-Fi 802.11n là bước cập nhật thêm một số tính năng tùy chọn cho
802.11n dự thảo 2.0 (draft 2.0) được Wi-Fi Alliance bắt đầu từ tháng 6/2007. Các
yêu cầu cơ bản như băng tầng, tốc độ, các định dạng khung, khả năng tương thích
ngược không thay đổi.
13
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
Về mặt lý thuyết, chuẩn 802.11n cho phép kết nối với tốc độ 300 Mbps (có
thể lên tới 600Mbps), tức là nhanh hơn khoảng 6 lần tốc độ đỉnh theo lý thuyết của
các chuẩn trước đó như 802.11g/a (54 Mbps) và mở rộng vùng phủ sóng. 802.11n là
mạng Wi-Fi đầu tiên có thể cạnh tranh về mặt hiệu suất với mạng có dây 100Mbps.
Chuẩn 802.11n hoạt động ở cả hai tần số 2,4GHz và 5GHz với kỳ vọng có thể giảm
bớt được tình trạng “quá tải” ở các chuẩn trước đây.
Với đặc tả kỹ thuật được phê chuẩn, MIMO (Multiple-Input, MultipleOutput) là công nghệ bắt buộc phải có trong các sản phẩm Wi-Fi 802.11n. Thường
được dùng chung với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing). MIMO có thể làm tăng tốc độ lên
nhiều lần thông qua kỹ thuật đa phân chia theo không gian (spatial multiplexing).
Chia một chuỗi dữ liệu thành nhiều chuỗi dữ liệu nhỏ hơn và phát/thu nhiều chuỗi
nhỏ song song đồng thời trong cùng một kênh.
Ngoài ra, MIMO còn giúp cải thiện phạm vi phủ sóng và độ tin cậy của thiết bị
thông qua một kỹ thuật được gọi là phân tập không gian (spatial diversity). Kết hợp
với công nghệ MIMO là 2 kỹ thuật : Mã hóa dữ liệu STBC (Space Time Block
Coding) giúp cải thiện việc thu/phát tín hiệu trên nhiều anten và chế độ HT
Duplicate (MCS 32) - Cho phép gửi thêm gói tin tương tự cùng lúc lên mỗi kênh
20MHz khi thiết bị hoạt động ở chế độ 40MHz – giúp tăng độ tin cậy cho thiết bị
phát
Hình 1.1:Hệ thống MIMO NxM có N kênh phát và M kênh thu.
14
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
Luân văn thạc sỹ
Bảo mật WLAN và ứng dụng
Ngoài công nghệ MIMO, các thiết bị còn có thể được tích hợp thêm một số
kỹ thuật khác để tăng tốc độ. Đầu tiên là kỹ thuật SGI (Short Guard Interval) cũng
có thể góp phần cải thiện tốc độ bằng cách giảm kích thước của khoảng cách giữa
các symbol (ký hiệu). Bên cạnh đó là một số kỹ thuật trên lớp vật lý với các cải tiến
nhằm giảm overhead (gói tin mào đầu) - trực tiếp góp phần cải thiện tốc độ.
Để giảm overhead, 802.11n dùng kỹ thuật tập hợp khung (frame aggregation
- FA) - ghép hai hay nhiều khung (frame) thành một frame đơn để truyền đi. Chuẩn
802.11n sử dụng 2 kỹ thuật ghép frame : A-MSDU (Aggregation - MAC Service
Data Units) hay viết gọn là MSDU - làm tăng kích thước khung dùng để phát các
frame qua giao thức MAC (Media Access Control) và A-MPDU (Aggregation MAC Protocol Data Unit) - làm tăng kích thước tối đa của các frame 802.11n được
phát đi lên đến 64K byte (chuẩn trước chỉ có 2304byte).
Một cách cải thiện thông lượng bổ sung khác là giảm kích thước frame ACK
xuống còn 8byte (chuẩn cũ là 128byte). Ngoài ra, kỹ thuật SGI (Short Guard
Interval) cũng có thể góp phần cải thiện 10% tốc độ bằng cách giảm khoảng cách
giữa các symbol (ký hiệu) từ 4 nano giây xuống còn 3,6 nano giây. Cuối cùng là kỹ
thuật GreenField Preamble được sử dụng để rút ngắn gói tin đầu tiên của frame
(preamble) nhằm cải thiện hiệu năng và công suất tiêu thụ cho thiết bị.
1.2.6. Một số chuẩn khác
Ngoài các chuẩn phổ biến trên, IEEE còn lập các nhóm làm việc độc lập để
bổ sung các quy định vào các chuẩn 802.11a, 802.11b, và 802.11g nhằm nâng cao
tính hiệu quả, khả năng bảo mật và phù hợp với các thị trường châu Âu, Nhật của
các chuẩn cũ như :
+ IEEE 802.11c : Bổ sung việc truyền thông và trao đổi thông tin giữa LAN qua cầu
nối lớp MAC với nhau.
+ IEEE 802.11d : Chuẩn này được đặt ra nhằm giải quyết vấn đề là băng 2,4 GHz
không khả dụng ở một số quốc gia trên thế giới. Ngoài ra còn bổ sung các đặc tính
hoạt động cho các vùng địa lý khác nhau.
15
Trần Anh Tuấn
Cao học K3 - Kỹ thuật Điện tử
- Xem thêm -