Nghiên cứu giải pháp phân chia tần số trong mạng Wifi sử dụng giao thức CAPWAP

  • Số trang: 64 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 40 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27670 tài liệu

Mô tả:

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẶNG QUANG VINH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHÂN CHIA TẦN SỐ TRONG MẠNG WIFI SỬ DỤNG GIAO THỨC CAPWAP LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2012 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẶNG QUANG VINH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP PHÂN CHIA TẦN SỐ TRONG MẠNG WIFI SỬ DỤNG GIAO THỨC CAPWAP Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60.48.05 LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Hoài Sơn Hà Nội - 2012 3 MỤC LỤC MỤC LỤC............................................................................................................... 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 7 Chương 1. ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................... 9 1. 1. Giới thiệu ..................................................................................................... 9 1.2. Mô tả bài toán ............................................................................................. 10 1.3. Vấn đề bảo mật ........................................................................................... 12 Chương 2. CÁC GIẢI PHÁP TRƯỚC CAPWAP ................................................. 13 2.1. Giới thiệu .................................................................................................... 13 2.2. Kiến trúc tự trị ............................................................................................ 14 2.2.1. Giới thiệu ............................................................................................. 14 2.2.2. Bảo mật ................................................................................................ 15 2.3. Kiến trúc tập trung ...................................................................................... 16 2.3.1. Kết nối giữa WTP và AC ..................................................................... 18 2.3.2. Ba biến thể của kiến trúc tập trung ....................................................... 19 2.4. Kiến trúc phân tán mạng lưới ...................................................................... 21 Chương 3. GIAO THỨC CAPWAP ...................................................................... 22 3.1. Tổng quan ................................................................................................... 22 3.1.1. Tổng quan về thiết lập phiên làm việc CAPWAP ................................. 23 3.1.2. Máy trạng thái của giao thức CAPWAP ............................................... 26 3.1.2.1. Các bước chuyển trạng thái của giao thức CAPWAP .................... 27 3.1.2.2. Giao diện CAPWAP/DTLS ........................................................... 36 3.2. Định dạng gói tin giao thức CAPWAP ........................................................ 38 3.2.1. CAPWAP Preamble ............................................................................. 40 3.2.2. CAPWAP DTLS Header ...................................................................... 41 3.2.3. CAPWAP Header ................................................................................ 42 4 3.2.4. Thông điệp dữ liệu CAPWAP .............................................................. 44 3.2.4.1. CAPWAP Data Channel Keep – Alive .......................................... 44 3.2.4.2. Data Payload ................................................................................. 44 3.2.5. Thông điệp điều khiển của giao thức CAPWAP ................................... 45 3.2.5.1. Định dạng thông điệp điều khiển ................................................... 46 3.2.5.2. Truyền lại gói tin bị mất ................................................................ 48 3.2.6. Các thành phần thông điệp CAPWAP .................................................. 49 Chương 4. BÀI TOÁN PHÂN CHIA TẦN SỐ TRONG MẠNG WIFI VỚI CAPWAP .................................................................................................................. 52 4.1. Giới thiệu .................................................................................................... 54 4.2. Phân chia tần số với vị trí AP được xác định ............................................... 55 4.2.1. Hướng tiếp cận truyền thống ................................................................ 55 4.2.2. Sử dụng các kỹ thuật lập trình tuyến tính.............................................. 55 4.3. Hướng tiếp cận không quan tâm tới vị trí các AP ........................................ 56 4.3.1. Hướng tiếp cận tô màu đồ thị ............................................................... 56 4.4. Thuật toán phân chia tần số tập trung .......................................................... 57 4.5. Thí nghiệm ................................................................................................. 60 5. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 63 Tiếng Anh.......................................................................................................... 63 5 DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU VIẾT TẮT TIẾNG ANH GIẢI THÍCH WLAN Wireless LAN Mạng LAN không dây1. Mbps Mebabit per second Đơn vị đo tốc độ truyền dữ liệu, bằng 1 megabit trên 1 giây. STA Wireless Client Station Thiết bị truy cập mạng không dây AP Access Point Điểm truy cập mạng không dây, hoạt động tương tự như 1 switch hoặc router trong mạng có dây thông thường. AC Access Controller Thiết bị quản lý mạng không dây. BSS Basic Service Set Tập dịch vụ cơ bản ESS Extended Service Set Tập dịch vụ mở rộng Wi - Fi Wireless Fidelity Một họ các chuẩn kết nối không dây MIMO Muli Input Multi Output Mô hình nhiều điểm gửi và nhiều điểm nhận 1 Các thuật ngữ “kết nối không dây”, “mạng không dây” thông thường bao hàm một lĩnh vực rộng lớn, gồm tất cả các kết nối không cần dây cáp. Tuy nhiên, trong lĩnh vực nghiên cứu của luận văn này, các thuật ngữ này chủ yếu được sử dụng khi nói về mạng không dây theo chuẩn 802.11 của IEEE. 6 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Ba biến thể của kiến trúc tập trung............................................................ 20 Bảng 2. Các kiểu thông điệp điều khiển của giao thức CAPWAP .......................... 47 Bảng 3. Thuật toán phân chia tần số ...................................................................... 59 Bảng 4. Kết quả so sánh thuật toán LCCS ............................................................. 61 7 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Kiến trúc tự trị mạng WLAN .................................................................... 14 Hình 2. Kiến trúc tập trung mạng WLAN .............................................................. 16 Hình 3. Kết nối trực tiếp giữa WTP và AC ............................................................ 18 Hình 4. Kết nối giữa WTP và AC thông qua switch ............................................... 18 Hình 5. Kết nối giữa WTP và AC thông qua router................................................ 19 Hình 6. Kiến trúc phân tán lưới.............................................................................. 21 Hình 7. Thiết lập phiên làm việc CAPWAP ........................................................... 25 Hình 8. Máy trạng thái của giao thức CAPWAP .................................................... 26 Hình 9. Định dạng Discovery Request / Response ................................................. 38 Hình 10. Định dạng gói tin điều khiển giao thức CAPWAP với DTLS .................. 38 Hình 11. Định dạng gói tin dữ liệu CAPWAP không mã hóa ................................. 38 Hình 12. Định dạng gói tin dữ liệu CAPWAP với DTLS ....................................... 39 Hình 13. CAPWAP Preamble ................................................................................ 40 Hình 14. Định dạng CAPWAP DTLS Header ....................................................... 41 Hình 15. Định dạng CAPWAP Header .................................................................. 42 Hình 16. CAPWAP Data Payload theo chuẩn 802.3 .............................................. 44 Hình 17. Định dạng thông điệp điều khiển ............................................................. 46 Hình 18. Các kênh truyền ở dải tần 2.4GHz........................................................... 52 Hình 19. Topo thông thường của một mạng Wifi. .................................................. 53 Hình 20. Đánh giá các thuật toán phân chia tần số ................................................. 61 8 MỞ ĐẦU Sau kỷ nguyên bùng nổ của máy tính để bàn cá nhân thì vào thập kỷ thứ 2 của thế kỷ XXI, ngành công nghiệp máy tính đã chứng kiến sự đổ bộ ào ạt của các thiết bị di động như laptop, tablet hay smartphone. Một trong những đặc trưng quan trọng nhất của các thiết bị di động thông minh kể trên, là khả năng kết nối Internet của nó. Cho tới hôm nay, có thể nói hầu như các thiết bị kể trên đều có khả năng kết nối Wifi – đối với nhiều thiết bị thì đó là kết nối duy nhất mà thiết bị sở hữu. Cùng với sự phát triển của các thiết bị như vậy, thì các mạng không dây cũng ngày càng phổ biến, và đóng vai trò quan trọng hơn trước. Những mạng không dây với khu vực phủ sóng rất rộng không còn hiếm gặp nữa. Hoàn toàn khác với mạng có dây truyền thống, việc cấu hình và quản lý mạng không dây luôn luôn phải đối mặt với bài toán chống nhiễu và phân hoạch tài nguyên mạng. Nếu trong mạng có dây, gần như không có nhiễu hay xung đột giữa hai dây cable mạng, thì việc này lại rất thường gặp trong mạng không dây. Bài toán phân chia tần số nhằm tránh xung đột và tận dụng tối đa tài nguyên mạng là một bài toán tương đối kinh điển trong mạng không dây. CAPWAP (Control and Provisioning of Wireless Access Points – Quản lý và Cung cấp kết nối cho các điểm truy cập không dây) do tập đoàn Cisco phát triển và hỗ trợ là một bước đột phá mới trong vấn đề này, và đã nhận được khá nhiều sự quan tâm của giới công nghiệp. Cisco kỳ vọng sẽ đưa CAPWAP thành chuẩn chung để quản lý các mạng WLAN. Tuy nhiên, giao thức này vẫn chỉ ở dạng bản nháp, và đang được tổ chức IETF xúc tiến hết sức khẩn trương để có thể đưa thành chuẩn. Luận văn sẽ nghiên cứu về giao thức CAPWAP, phát triển một sản phẩm demo để xem xét hiệu năng của giao thức, đề xuất các cải tiến và hướng nghiên cứu tiếp theo. Luận văn sẽ tập trung vào việc cấu hình tần số phát sóng cho các AP trong mạng không dây được quản trị bởi CAPWAP. Luận văn được tổ chức như sau: Chương 1, giới thiệu tổng quan về các yêu cầu và vấn đề đặt ra cho giao thức CAPWAP. Chương 2, trình bày về các giải pháp trước CAPWAP. Chương 3, đặc tả giao thức. Chương 4, trình bày thí nghiệm với việc cấu hình tần số trong mạng CAPWAP. Chương 5, kết luận. 9 Chương 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. 1. Giới thiệu Năm 1997, IEEE giới thiệu chuẩn mạng không dây (wireless LANs - WLANs)2. Sau thời gian khởi động chậm chạp, chuẩn 802.11 đã nhanh chóng trở nên quen thuộc và phổ biến trong cả lĩnh vực công nghiệp và dân dụng. Trong những phiên bản đầu tiên, chuẩn 802.11 chỉ cung cấp một tốc độ truy cập tương đối hạn chế, chỉ có 1 hoặc 2 Mbps, khiến cho việc sử dụng công nghệ không dây tương đối bị hạn chế. Tuy nhiên, một số doanh nghiệp đã bắt đầu tiên phong sử dụng 802.11, mặc dù mục đích chủ yếu là để thử nghiệm. Vào năm 1999, IEEE đã thông qua chuẩn 802.11a3 và 802.11b4, tăng băng thông tối đa của các chuẩn 802.11 lên tương ứng là 54 Mbps và 11Mbps, và sử dụng thêm các dải tần radio. Những hạn chế căn bản trong việc ngăn chặn 802.11 trở thành một chuẩn được ứng dụng rộng rãi đã bị gỡ bỏ. Tuy nhiên, việc phổ cập 802.11 trong công nghiệp cũng bị giới hạn bởi các đặc tả về chức năng mà chuẩn 802.11 đã mô tả về AP. Những đặc tả này yêu cầu việc sử dụng rộng rãi các chức năng chuyển mạch ở lớp 2 của mô hình OSI và các VLAN để đảm bảo sự hoạt động chính xác của các giao thức ở các lớp cao hơn. Việc cài đặt một mạng WLAN 802.11 với khoảng vài ngàn AP cũng đã được mô tả trong thời gian này. Tuy nhiên, việc cài đặt mạng WLAN 802.11 trên diện rộng cũng đã dẫn tới các vấn đề phát sinh, mà chúng ta sẽ xem xét trong mục này. Giới nghiên cứu mạng máy tính hẳn sẽ không ngạc nhiên khi bắt gặp vấn đề khi mở rộng mạng LAN, bởi những vấn đề này cũng đã phát sinh trong những năm đầu thập niên 1980 khi mạng LAN có dây được mở rộng và kết nối với nhau. Xử lý việc triển khai một mạng WLAN trên diện rộng là đề tài chủ yếu của luận văn này. 2 http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11 3 http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11a-1999 4 http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11b-1999 10 1.2. Mô tả bài toán Như đã trình bày ở trên, việc triển khai một mạng WLAN trên diện rộng sẽ vấp phải một số vấn đề phát sinh. Đầu tiên, chúng ta có thể, và phải gán địa chỉ IP cho mỗi AP trong mạng WLAN, nên sẽ cần có các chức năng quản lý, giám sát và điều khiển. Việc triển khải một mạng WLAN trên diện rộng thông thường sẽ nhân đôi số lượng các thiết bị cơ sở hạ tầng cần được quản lý. Đồng nghĩa với đó, là tài nguyên mạng sẽ phải được tăng cường, và trở thành rào cản đối với việc sử dụng mạng WLAN. Một phần nguyên nhân là các AP gần nhau thường có cấu hình tương tự nhau – tính chất này không mấy quan trọng trong mạng có dây, nhưng trong môi trường không dây, khi mà các AP có thể di chuyển vị trí, thì tính chất này sẽ dễ dàng dẫn tới việc cấu hình sai và hoạt động sai của mạng WLAN. Thứ hai, phân phối và duy trì một cấu hình thống nhất và phù hợp cho tất cả các AP trong mạng WLAN là một bài toán hóc búa. Một cấu hình của AP bao gồm cả các thông tin tĩnh được sử dụng lâu dài, như các thông tin về địa chỉ và cấu hình của phần cứng, cũng như các thông tin mang tính chất động, như cấu hình của mạng WLAN và các tham số bảo mật. Một mạng WLAN lớn cần phải cập nhật các thông tin động này cho tất cả các AP trong mạng. Một mạng WLAN sẽ có nhiều cấu hình khác nhau, tương ứng với các AP khác nhau, và mạng WLAN cũng phải gửi các cấu hình này tới các AP tương ứng. Thứ ba, như chúng ta đã biết, bản chất của mạng WLAN là tính bất ổn và chia sẻ của kết nối. Tính bất ổn của kết nối là một đặc trưng mà mạng WLAN thừa hưởng từ tính chất vật lý của các kết nối không dây, còn các kết nối WLAN có tính chia sẻ bởi vì chúng ta phải phát sóng trong không gian, và không giống như mạng có dây, khi cable mạng được nối giữa 2 điểm cố định, có rất nhiều các thiết bị khác có thể bắt và truy cập sóng của mạng WLAN. Kết nối WLAN được chia sẻ giữa các AP trong cùng một mạng WLAN, giữa các AP khác mạng WLAN, và các thiết bị khác không phải AP. Xử lý một cách hiệu quả vấn đề này cũng là một bài toán khó. Các tham số quản lý mạng WLAN trên mỗi AP phải được theo dõi thường xuyên và điều chỉnh một cách tương tác với nhau để mạng WLAN đạt được hiệu suất tối đa. Như vậy, bản thân các AP cũng phải có sự tương tác với nhau. Nếu các công việc theo dõi và hiệu chỉnh này được làm thủ công thì sẽ tiêu tốn rất nhiều thời gian và công sức. Thứ tư, việc bảo mật các thông tin được truyền qua mạng WLAN, cũng như ngăn các AP không được phép truy cập vào mạng, cũng là một thách thức cho các nhà thiết kế mạng WLAN. Xét ví dụ mạng LAN có dây, chúng ta có thể đưa tất cả các thiết bị cần được bảo vệ vào trong một căn phòng, và việc truy cập vào mạng LAN giữa các thiết bị này sẽ cần tới các tấn công về mặt vật lý như là đột nhập. Tuy nhiên, điều này 11 bất khả thi trong mạng WLAN. Chúng ta không thể giới hạn việc phát sóng không dây, đặc biệt trong các khu vực địa hình phức tạp. Đã có một vài đề xuất từ các hãng công nghiệp nhằm xử lý một số, hoặc tất cả các bài toán được đặt ra ở trên. Những đề xuất này bao gồm các công nghệ chuyển mạch, quản lý và điều khiển tập trung, cũng như phát sóng không dây cho các thiết bị có những nền tảng khác nhau. Các nhà quản trị mạng đã có nhiều sự lựa chọn hơn, nhưng đồng thời cũng xuất hiện nhu cầu chuẩn hóa các giải pháp này. Chương 2 của luận văn sẽ trình bày tổng quan về các giải pháp này. Xem xét một mô hình thực tế, một mạng WLAN thông thường bao gồm một hoặc nhiều AP có hỗ trợ chuẩn 802.11, và một hoặc nhiều thiết bị điều khiển trung tâm, thông thường được mô tả bằng khái niệm AC. Lưu ý rằng, các AP và AC có thể thuộc nhiều hãng khác nhau. Trong khuôn khổ giới hạn của mình, luận văn không thể giải quyết tất cả các bài toán trên, mà chỉ tập trung vào bài toán phân chia tần số trong mạng Wifi, sử dụng giao thức CAPWAP. Trước khi CAPWAP ra đời, các mạng WLAN đều sử dụng các giải pháp thương mại, đồng thời các giải pháp này cũng không tương thích lẫn nhau. Nhiệm vụ của CAPWAP là thống nhất và tối ưu các giải pháp quản lý mạng WLAN đã tồn tại. 12 1.3. Vấn đề bảo mật Cũng giống như các mạng LAN thông thường, các AP trong mạng WLAN cũng sử dụng mạng này để trao đổi các gói tin, cũng như truy cập Internet. CAPWAP cần cung cấp các giải pháp để ngăn ngừa và phòng chống việc sử dụng sai mục đích của các AP. Một số yêu cầu có thể kể ra, đó là: tính tinh tưởng, tính tích hợp, và xác thực. Những yêu cầu này sẽ dẫn tới quản lý tập trung, giám sát và điều khiển các AP từ AC. Một khi mà AC và AP xác thực lẫn nhau thành công, ở mức cơ bản của công việc xác thực sẽ cho phép giám sát, điều khiển và cung cấp truy cập giữa các thiết bị này. Nếu có thể, chúng ta cũng cần thêm các mức xác thực cao hơn, kèm thêm các giải pháp bảo mật ở lớp phần cứng. Nhằm tăng cường khả năng hội tụ của sóng radio, các AP thường được đặt ở các vị trí khó khăn cho giữ gìn, và khả năng AP bị mất cắp hoàn toàn có thể xảy ra. Như vậy, CAPWAP cần hỗ trợ việc bảo mật nếu một AP nào đó bị đánh cắp, với các tham số bảo mật vẫn còn lưu trong thiết bị. Đương nhiên, chúng ta cần lưu giữ các AC tại các địa điểm an toàn, được bảo vệ vật lý. 13 Chương 2. CÁC GIẢI PHÁP TRƯỚC CAPWAP 2.1. Giới thiệu Mục này sẽ trình bày các kiến trúc và giải pháp đã được các hãng công nghiệp đề xuất trước khi CAPWAP ra đời, qua đó chúng ta thấy rõ hơn mục tiêu chuẩn hóa và thống nhất các giải pháp công nghiệp trong quản lý mạng không dây của CAPWAP. Chuẩn 802.11 là chuẩn mạng không dây định nghĩa một giao thức truyền qua không khí giữa các STA và AP. Chuẩn 802.11 còn mô tả cách một thiết bị di động có thể tương tác với tập các dịch vụ cơ bản (BSS – Basic Service Set). Một BSS được định danh bởi BSSID (Basic Service Set Identifier) hoặc tên của BSS. Kiến trúc mạng WLAN có thể được xem xét như là một dạng kiến trúc kiểu “ô”, trong đó mỗi ô là một BSS, và mỗi BSS được điều khiển bởi một AP. Khi hai hoặc nhiều hơn các AP kết nối với nhau thông qua các giao thức broadcast ở tầng 2 và tất cả các AP này đều sử dụng chung một SSID, ta sử dụng khái niệm tập dịch vụ mở rộng (ESS – Extended Service Set). Chúng ta sử dụng một hệ thống phân tán (DS – Distributed System) để kết nối các BSS với nhau. Một AP, về bản chất là một STA, nhưng có thêm chức năng cung cấp truy cập. Một mô hình khác, không sử dụng hệ thống phân tán, mà sử dụng hệ thống tập trung, nhằm tích hợp chức năng của mạng WLAN vào mạng LAN có dây truyền thống. Chuẩn 802.11 không định nghĩa cụ thể và tường minh về DS. Thay vào đó, chuẩn này định nghĩa các dịch vụ để cung cấp các chức năng cho phép lớp LLC (Link Layer Control) gửi các MSDU (MAC Service Data Unit) giữa hai node trong mạng. Những dịch vụ này có thể chia thành 2 nhóm chính: nhóm các dịch vụ trạm SS (Station Service) và nhóm các dịch vụ phân tán DSS (Distribution System Service). Cả hai nhóm dịch vụ này đều được sử dụng bởi các lớp con của tầng 2 trong chuẩn 802.11. Cũng tương tự như với DS, chuẩn 802.11 không định nghĩa cách lập trình và cài đặt các dịch vụ này. Tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét ba dạng kiến trúc cơ bản của mạng WLAN sử dụng chuẩn 802.11 14 2.2. Kiến trúc tự trị 2.2.1. Giới thiệu Trong Hình 1, chúng ta thấy một ví dụ về mạng WLAN theo kiến trúc tự trị.Kiến trúc này thực hiện tất cả các chức năng của chuẩn 802.11 trên một thiết bị vật lý, mà chúng ta gọi là WTP – Wireless Termination Point. Trong kiến trúc này, WTP sẽ đóng vai trò trung gian chuyển đổi giữa các frame của chuẩn 802.11 và frame của chuẩn 802.3 thông thường. 802.11 BSS1 802.11 BSS2 WTP WTP ... 802.11 BSSn WTP Ethernet connection Ethernet connection Ethernet switch 802.3 LAN Segment 1 Ethernet connection 802.3 LAN Segment 2 Hình 1. Kiến trúc tự trị mạng WLAN Chúng ta có thể cấu hình thiết bị WTP vật lý hoạt động như nhiều WTP logic, qua đó hỗ trợ nhiều hơn một SSID. Trong một số trường hợp, việc cấu hình này có thể yêu cầu gắn thêm các tag VLAN cho các frame được gửi từ mạng WLAN tới mạng Ethernet, và đồng thời xóa bỏ các tag của chuẩn 802.1Q. Việc định danh của chuẩn 802.11 trong kiến trúc tự trị có thể được thực hiện tại WTP hoặc sử dụng một server định danh khác. 15 2.2.2. Bảo mật Do tất cả chức năng của mạng WLAN được thực hiện bởi WTP, nên các vấn đề về bảo mật cũng sẽ tập trung tại thiết bị này. Như vậy, các thiết bị nằm trong cùng BSS với WTP không cần thiết phải tăng cường các chức năng an ninh như là xác thực và mã hóa. WTP sẽ thực hiện các công việc như AAA5 và sinh khóa được quy định trong chuẩn 802.11i. Một vấn đề khác về bảo mật cần được xem xét trong kiến trúc tự trị, là việc xác thực hai chiều giữa WTP và cơ sở hạ tầng Ethernet. Đương nhiên, vì đây là nhiệm vụ bảo mật trên mạng Ethernet, nên chúng ta có thể sử dụng các giải pháp có sẵn như giao thức 802.1X dùng để bảo mật kết nối giữa WTP và switch của mạng Ethernet. Một vấn đề khác, rất nghiêm trọng, mà chúng ta cần xem xét, là việc WTP có thể bị đánh cắp, trong khi các thông tin về bảo mật vẫn được lưu trong WTP, làm tăng cao các nguy cơ về bảo mật. 5 http://en.wikipedia.org/wiki/AAA_protocol 16 2.3. Kiến trúc tập trung Như chúng ta đã xem xét ở trên, nhược điểm cơ bản của kiến trúc tự trị là việc tập trung toàn bộ chức năng của mạng WLAN vào WTP, bao gồm cả việc cung cấp kết nối cũng như quản trị hệ thống WLAN. Thay vào đó, trong kiến trúc tập trung, các chức năng của mạng WLAN sẽ được cài đặt trên một hoặc nhiều các thiết bị điều khiển tập trung AC (Access Controller), nhằm tăng cường khả năng giám sát trên mạng diện rộng, khả năng quản lý và cấu hình một cách mềm dẻo. Hình 2 cho chúng ta một ví dụ về kiến trúc tập trung trong mạng WLAN, trong đó một AC sẽ kết nối tới nhiều WTP. Kết nối giữa AC và WTP có thể là kết nối trực tiếp, thông qua các switch tầng 2, hoặc thông qua các router tầng 3, như được mô tả tại mục 2.3.1. AC sẽ trao đổi thông tin cấu hình và điều khiển với các WTP, như vậy sẽ cho phép quản trị mạng WLAN từ một điểm tập trung. 802.11 BSS1 802.11 BSS2 WTP WTP ... 802.11 BSSn WTP Interconnection AC Hình 2. Kiến trúc tập trung mạng WLAN Trong hình 2, chúng ta có thể thấy rằng, AC trở thành một thiết bị vật lý duy nhất cung cấp tất cả các chức năng của mạng, và đóng vai trò gần tương tự WTP trong kiến trúc tự trị. Tuy nhiên, chúng ta có thể có nhiều AC để phân tán chức năng của thiết bị này. Một lý do để chúng ta sử dụng nhiều AC là do những giới hạn về hiệu năng của 17 phần cứng. Những thuật toán điều khiển sóng radio phức tạp sẽ tiêu tốn rất nhiều khả năng xử lý của CPU, và yêu cầu những tài nguyên khác nữa như bộ nhớ RAM trên AC. Lưu trữ hay download những file image sẽ yêu cầu tới dung lượng bộ nhớ ngoài. Do đó, phân tán những chức năng của mạng WLAN trên nhiều AC sẽ giúp tận dụng được tài nguyên phần cứng tốt hơn. Ngoài ra, chúng ta có thể cài đặt những chức năng khác nhau trên những thiết bị phần cứng đặc thù, nhờ đó làm tăng hiệu năng xử lý. Như vậy, trong hình 2, chúng ta có thể coi hình chữ nhật có chữ AC là một tập hợp về mặt logic các chức năng của WLAN, chứ không phải một thiết bị duy nhất. AC có thể tự thực hiện tất cả, hoặc chỉ một số chức năng nhất định, và yêu cầu những chức năng khác (ví dụ, hỗ trợ giao thức SNMP, hay thực hiện các thủ tục xác thực và định danh, …) từ những thiết bị khác. Lý do để chúng ta vẽ duy nhất một AC trong hình 2, là vì chúng ta đang cần mô tả kiến trúc tập trung. Lưu ý rằng, chữ “tập trung” ở đây được hiểu với nghĩa quản lý tập trung về mặt logic, chứ không phải tập trung chức năng vào một thiết bị vật lý – đó là kiến trúc tự trị. 18 2.3.1. Kết nối giữa WTP và AC Có một vài lựa chọn cho việc kết nối giữa WTP và AC, bao gồm kết nối trực tiếp, kết nối thông qua switch tầng 2, thông qua router tầng 3, như được thể hiện dưới Hình 3, 4 và 5 dưới đây. WTP WTP AC Ethernet LAN Hình 3. Kết nối trực tiếp giữa WTP và AC WTP WTP Switch AC Ethernet LAN Hình 4. Kết nối giữa WTP và AC thông qua switch 19 WTP WTP Ethernet LAN Router Ethernet LAN AC Hình 5. Kết nối giữa WTP và AC thông qua router 2.3.2. Ba biến thể của kiến trúc tập trung Quản lý mạng WLAN một cách linh động và phù hợp là một trong những mục tiêu quan trọng nhất khi đề xuất kiến trúc mạng tập trung. Để có thể thỏa mãn một tập hợp lớn nhất những yêu cầu từ phía nhà quản trị mạng, đã xuất hiện các biến thể khác nhau của kiến trúc tập trung. Chúng ta sẽ lần lượt xem xét các biến thể này, bao gồm các cách tiếp cận MAC cục bộ (Local MAC), MAC phân chia (Split MAC), và MAC từ xa (Remote MAC). Với mỗi cách tiếp cận trên, ta sẽ đưa ra đặc trưng ánh xạ của các chức năng khác nhau từ các nhà sản xuất vào các thành phần mạng. Tên gọi của các cách tiếp cận được đưa ra tương ứng với cách mà, các chức năng của lớp MAC, đặc biệt là lớp MAC của chuẩn 802.11 được cài đặt trên các thiết bị thực tế. Cái tên MAC cục bộ chỉ ra rằng, các chức năng của lớp MAC được cài đặt tại WTP, trong khi với MAC từ xa, các chức năng này được cài đặt tại AC, còn với MAC phân chia, thì chức năng này được chia ra ở cả WTP và AC. Thông thường, trong cách tiếp cận MAC phân chia, các chức năng thời gian thực được thực hiện tại WTP, trong khi các chức năng không yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian được thực hiện tại AC. Cũng lưu ý rằng, chuẩn 802.11 không đưa ra định nghĩa về các chức năng thời gian thực, và do đó, việc lựa chọn các chức năng để cài đặt tại WTP hay AC hoàn toàn phụ thuộc vào nhà sản xuất. Đương nhiên, có những chuẩn mực chung mà các nhà sản xuất đều tuân theo. Bảng 1 tóm tắt ngắn gọn về các biến thể của kiến trúc tập trung. Các chức năng AC Các chức năng AC Các chức năng AC 20 CAPWAP CAPWAP CAPWAP 802.11 MAC Các chức năng lớp MAC không thời gian thực (Non realtime) 802.11 MAC WTP 802.11 PHY Các chức năng lớp MAC thời gian thực WTP 802.11 PHY WTP 802.11 PHY MAC cục bộ MAC phân chia MAC từ xa (Local MAC) (Split MAC) (Remote MAC) Bảng 1. Ba biến thể của kiến trúc tập trung
- Xem thêm -