Báo cáo Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi

 Đại học Công nghệ Thông tin 
 Khoa mạng máy tính và truyền thông 
 Lớp MMT03 
 BÀI BÁO CÁO 
 Môn: Công nghệ mạng viễn thông 
 Đề tài: 
Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi 
 GVHD ThS. Ngô Hán Chiêu 
 SVTH Nhóm 10 
 1. Lê Văn Thương 08520599 
 2. Lê Đỗ Trường An 08520004 
 3. Nguyễn Văn Thiệu 08520596 
 TP HCM, 11/2011
 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi GVHD: ThS. Ngô Hán Chiêu 
 MỤC LỤC 
MỤC LỤC ...................................................................................................................................... 1 
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................ 4 
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ.................................................................................... 5 
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .............................................................................................................. 8 
NỘI DUNG .................................................................................................................................. 12 
 1. Chương I: Tổng quan về tổ chức IEEE và họ chuẩn IEEE 802 ......................................... 12 
 1.1. Giới thiệu về tổ chức IEEE .......................................................................................... 12 
 1.2. Các tiêu chuẩn IEEE .................................................................................................... 13 
 1.2.1. Giới thiệu .............................................................................................................. 13 
 1.2.2. Các bộ tiêu chuẩn thuộc họ IEEE 802 .................................................................. 14 
 1.2.3. Quan hệ giữa các chuẩn IEEE và mô hình OSI .................................................... 15 
 2. Chương II: Một số chuẩn thông dụng trong họ chuẩn IEEE 802 ...................................... 17 
 2.1. Chuẩn hóa mạng LAN/MAN hữu tuyến ..................................................................... 17 
 2.1.1. IEEE 802.1 - các giao thức LAN tầng cao ........................................................... 17 
 2.1.2. IEEE 802.2 – điều khiển liên kết logic (LLC) ...................................................... 18 
 2.1.3. IEEE 802.3 – tiêu chuẩn cho công nghệ Ethernet ................................................ 18 
 2.1.4. IEEE 802.4, .5, .6, .9, .12, .14 ............................................................................... 22 
 2.1.5. IEEE 802.17 .......................................................................................................... 24 
 2.2. Chuẩn hóa mạng LAN/MAN không dây .................................................................... 25 
 2.2.1. IEEE 802.11 – công nghệ WiFi – mạng WLAN .................................................. 26 
 2.2.2. IEEE 802.15 – Công nghệ Bluetooth, ZigBee – mạng WPAN ............................ 26 
 2.2.3. IEEE 802.16 – công nghệ WiMAX – mạng WMAN ........................................... 29 
 2.2.4. IEEE 802.20 .......................................................................................................... 34 
 2.2.5. IEEE 802.21 .......................................................................................................... 35 
 -1- 
 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi GVHD: ThS. Ngô Hán Chiêu 
 2.2.6. IEEE 802.22 – mạng WRAN ............................................................................... 35 
 2.3. Chuẩn hóa các thành phần khác .................................................................................. 35 
 2.3.1. IEEE 802.10 .......................................................................................................... 36 
 2.3.2. IEEE 802.19 .......................................................................................................... 36 
 3. Chương III: IEEE 802.11 và chuẩn hóa mạng LAN không dây (WLAN) ........................ 37 
 3.1. Giới thiệu bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11 ......................................................................... 37 
 3.2. Kiến trúc của chuẩn IEEE 802.11 ............................................................................... 37 
 3.2.1. Các thành phần kiến trúc ...................................................................................... 37 
 3.2.2. Kiến trúc các lớp trong mô hình OSI của chuẩn IEEE 802.11 ............................. 39 
 3.2.3. Phương pháp truy cập cơ bản: CSMA/CA ........................................................... 41 
 3.2.4. Các chứng thực mức MAC ................................................................................... 43 
 3.2.5. Phân đoạn và Tái hợp ........................................................................................... 43 
 3.2.6. Các không gian khung Inter (Inter Frame Space) ................................................ 44 
 3.2.7. Giải thuật Exponential Backoff ............................................................................ 45 
 3.2.8. So sánh kiểu Cơ sở hạ tầng và kiểu Ad Hoc ........................................................ 46 
 3.3. Lý thuyết về mạng không dây ..................................................................................... 48 
 3.3.1. Cách một trạm nối với một cell hiện hữu (BSS) .................................................. 48 
 3.3.2. Roaming ................................................................................................................ 48 
 3.3.3. Giữ đồng bộ .......................................................................................................... 49 
 3.3.4. Tiết kiệm năng lượng ............................................................................................ 49 
 3.3.5. Các kiểu khung ..................................................................................................... 50 
 3.3.6. Khuôn dạng khung ................................................................................................ 50 
 3.3.7. Các khung định dạng phổ biến nhất ..................................................................... 54 
 3.3.8. Hàm Phối hợp Điểm (PCF) .................................................................................. 56 
 3.3.9. Các mạng Ad-hoc ................................................................................................. 56 
 3.4. Các tiêu chuẩn trong bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11........................................................ 56 
 -2- 
 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi GVHD: ThS. Ngô Hán Chiêu 
 3.4.1. IEEE 802.11 .......................................................................................................... 56 
 3.4.2. IEEE 802.11b ........................................................................................................ 57 
 3.4.3. IEEE 802.11a ........................................................................................................ 57 
 3.4.4. IEEE 802.11d ........................................................................................................ 58 
 3.4.5. IEEE 802.1x (Tbd)................................................................................................ 58 
 3.4.6. IEEE 802.11i......................................................................................................... 58 
 3.4.7. IEEE 802.11g ........................................................................................................ 59 
 3.4.8. IEEE 802.11h ........................................................................................................ 59 
 3.4.9. IEEE 802.11n ........................................................................................................ 60 
 3.5. Bảo mật trong mạng WLAN ....................................................................................... 69 
 3.5.1. Cơ sở bảo mật mạng WLAN ................................................................................ 69 
 3.5.2. WEP ...................................................................................................................... 74 
 3.5.3. WPA (Wi-Fi Protected Access) ............................................................................ 75 
 3.5.4. WPA2 ................................................................................................................... 76 
 3.5.5. Trạng thái bảo mật mạng WLAN ......................................................................... 84 
 3.5.6. Các ví dụ kiến trúc bảo mật mạng WLAN ........................................................... 85 
 3.5.7. Bảo mật ................................................................................................................. 88 
 3.5.8. Kiến trúc khuyến nghị .......................................................................................... 88 
KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG TIẾP CẬN TIẾP THEO .................................................. 91 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 92 
 -3- 
 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi GVHD: ThS. Ngô Hán Chiêu 
 LỜI NÓI ĐẦU 
 Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đời sống ngày càng cao, con người cần có nhiều 
phương tiện để thỏa mãn những nhu cầu về công việc và sinh hoạt. Việc kết nối và truyền tải giữa 
các thiết bị công nghệ ngày càng được yêu cầu cao về công nghệ cũng như tốc độ truyền tải. Đáp 
ứng nhu cầu ngày càng cao đó, Viện IEEE đã phát triển tiêu chuẩn 802 dành cho các mạng LAN 
và mạng MAN. Trải qua thời gian phát triển, các kỹ sư của viện IEEE đã phát triển rất nhiều các 
chuẩn khác nhau thuộc họ chuẩn IEEE 802. Các chuẩn được dùng rộng rãi nhất là dành cho họ 
Ethernet, Token Ring, mạng LAN không dây, các mạng LAN dùng bridge và bridge ảo. 
 Tài liệu này tập trung tìm hiểu tổng quan về họ chuẩn IEEE 802. Bên cạnh đó, tài liệu cũng 
đi sâu tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE 802.11, một trong những bộ tiêu chuẩn quan trọng trong họ 
chuẩn IEEE 802. Tài liệu được chia làm 3 chương gồm: 
 1. Chương I: Tổng quan về tổ chức IEEE và họ chuẩn IEEE 802. 
 2. Chương II: Một số chuẩn thông dụng trong họ chuẩn IEEE 802. 
 3. Chương III: IEEE 802.11 và chuẩn hóa mạng LAN không dây (WLAN) 
 Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và tạo điều kiện của thầy ThS. Ngô 
Hán Chiêu trong quá trình chúng em hoàn thành đề tài này. 
 -4- 
 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi GVHD: ThS. Ngô Hán Chiêu 
 DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ 
 BẢNG BIỂU 
Bảng 1.1: Các bộ tiêu chuẩn thuộc họ chuẩn IEEE 802 ............................................................... 15 
Bảng 2.1 : So sánh ZigBee – Wifi - Bluetooth ............................................................................. 28 
Bảng 3.1. So sánh các lớp vật lý của chuẩn IEEE 802.11. ........................................................... 39 
Bảng 3.2: Tổng kết các cách dùng địa chỉ .................................................................................... 54 
Bảng 3.3: Các đặc tả kỹ thuật chủ yếu của 802.11n ..................................................................... 64 
Bảng 3.4: Các đặc điểm kỹ thuật của IEEE 802.11n .................................................................... 66 
Bảng 3.5. Các đặc tính của các kiến trúc bảo mật mạng WLAN ................................................. 88
 HÌNH VẼ 
Hình 1.1: Mô hình phân tầng của mạng LAN .............................................................................. 16 
Hình 1.2: Quan hệ giữa một số chuẩn IEEE và mô hình OSI ...................................................... 16 
Hình 1.3: Các thí vụ về cách tiếp cận đối với mô hình OSI ......................................................... 17 
Hình 2.1: Một số loại mạng Ethernet với đường truyền vật lý ..................................................... 21 
Hình 2.2: Ví dụ về một mạng Ethernet ......................................................................................... 21 
Hình 2.3: Vòng RPR ..................................................................................................................... 25 
Hình 2.4: Các lĩnh vực ứng dụng ZigBee ..................................................................................... 29 
Hình 2.5: Wimax Relay ................................................................................................................ 31 
Hình 3.1. Mạng WLAN IEEE 802.11 tiêu biểu............................................................................ 38 
Hình 3.2. Lớp MAC ...................................................................................................................... 40 
Hình 3.3. Giao dịch giữa hai trạm A và B, và sự thiết lập NAV .................................................. 43 
 -5- 
 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi GVHD: ThS. Ngô Hán Chiêu 
Hình 3.4. Khung MSDU ............................................................................................................... 44 
Hình 3.5. Sơ đồ cơ chế truy cập .................................................................................................... 46 
Hình 3.6. So sánh kiểu Ad Hoc và kiểu cơ sở hạ tầng. ................................................................ 47 
Hình 3.7. Khuôn dạng khung chuẩn IEEE 802.11........................................................................ 50 
Hình 3.8. Khuôn dạng khung MAC .............................................................................................. 51 
Hình 3.9. Trường điều khiển khung (Frame Control) .................................................................. 52 
Hình 3.10: Khuôn dạng khung RTS ............................................................................................. 54 
Hình 3.11: Định dạng khung CTS ................................................................................................ 55 
Hình 3.12: Định dạng khung ACK ............................................................................................... 55 
Hình 3.13:Logo chứng nhận sản phẩm đạt chuẩn 802.11n .......................................................... 61 
Hình 3.14: Công nghệ MIMO ....................................................................................................... 63 
Hình 3.15 :Các chuỗi dữ liệu của 802.11n ................................................................................... 63 
Hình 3.16: Sự tập hợp cải thiện hiệu quả trong chế độ Mixed .................................................... 68 
Hình 3.17: Các mức độ bảo vệ mạng ............................................................................................ 70 
Hình 3.18. Các mẫu lan truyền RF của các anten phổ biến. ......................................................... 72 
Hình 3.19. Chứng thực hệ thống mở. ........................................................................................... 73 
Hình 3.20. Chứng thực khóa chia sẻ ............................................................................................. 74 
Hình 3.21: Key Generation trong WEP, WPA và WPA2 ............................................................ 77 
Hình 3.22: Per-Packet Key Generation ......................................................................................... 79 
Hình 3.23: Authentication Architecture ........................................................................................ 80 
Hình 3.24: EAPOL....................................................................................................................... 81 
Hình 3.25: Authentication Overview ........................................................................................... 82 
Hình 3.26: Hoạt động của ASE Counter Mode ............................................................................ 83 
Hình 3.27: CBC MAC .................................................................................................................. 84 
 -6- 
 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi GVHD: ThS. Ngô Hán Chiêu 
Hình 3.28. Chứng thực LEAP/RADIUS Cisco ............................................................................ 87 
Hình 3.29. Kiến trúc mạng WLAN được đề xướng ..................................................................... 89
 -7- 
 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi GVHD: ThS. Ngô Hán Chiêu 
 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 
 0-9 
100VG- 100VG (Voice Grade) AnyLan Một loại công nghệ mạng 
AnyLAN 
3G Third-Generation Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3 
4G Fourth-Generation Công nghệ truyền thông thế hệ thứ 4 
 A 
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao bất đối xứng 
AMC Adaptive Modulation and Coding 
ANSI American National Standards Institute Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ 
AP Access Point Điểm truy nhập 
ARCNET Attached Rersource Computer Network Một loại mạng cục bộ Token-passing 
ATM Asynchronous Transfer Mode Giao thức truyền thông ATM 
 B 
BAN Body Area Network Technologies Một loại công nghệ truyền thông 
BS Base Station Trạm phát 
BSS Basic Service Set Tập dịch vụ cơ sở 
 C 
CCK Complementary Code Keying Kỹ thuật điều chế khóa mã bù 
CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/ Collision Đa truy nhập cảm nhận sóng mạng 
 Avoidance nhắm tránh xung đội 
 D 
DOCSIS Data Over Cable Service Interface Là một đặc tả 
 Specification 
DQDB Distributed-queue dual-bus Cáp quang hình trạng dạng bus kép 
DS distributed system Hệ thống phân tán 
DSSS Directed Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp 
 E 
 -8- 
 Đề tài: Tiêu chuẩn IEEE 802.11 và công nghệ Wifi GVHD: ThS. Ngô Hán Chiêu 
EV-DO Evolution-Data Optimized Công nghệ phát triển tối ưu hóa dữ liệu
 F 
FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện Dữ liệu Phân bố theo Cáp 
 sợi quang 
 G 
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp 
GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu 
 Communications 
 H 
HARQ Hybrid Automatic Repeat Request Kỹ thuật sửa lỗi bằng dò – lặp 
 I 
IEEE Institute of Electrical and Electronics Học Viện kỹ nghệ Điện và Điện Tử 
 Engineers 
IP Internet Protocol Giao thức liên mạng 
ISL Inter-Switch Link Các giao thức Cisco Inter-Switch Link 
ISO International Organization for Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế 
 Standardization 
 L 
LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ 
LLC Logical Link Control Điều khiển logic 
 M 
MAC Media Access Control Điều khiển truy cập môi trường truyền 
MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MAN 
MBWA Mobile Broadband Wireless Access Mạng di động băng rộng 
MIH Media Independent Handover 
MIMO Multi Input Multi Output Kỹ thuật phân chia đa đường 
MPLS Multi Protocol Label Switching Một loại công nghệ truyền thông 
 O 
 -9-