Ieee 802[2].11n

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 Nhóm 7 – l p D04VT1

1

i nói

u

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 Ø Ch Ø Ch

ng 1: Gi i thi u chung v chu n IEEE 802.11n ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI 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.

Nhóm 7 – l p D04VT1

i

cl c

CL 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

Nhóm 7 – l p D04VT1

ii

Danh m c hình v

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

Nhóm 7 – l p D04VT1

iii

Thu t ng vi t t t

THU T NG

VI T T T

A ACK AES AP ATIM

Acknownledgement Advanced Encription Standard Access Point Ad-hoc TIM B BSS Basic Service Set C CAM Continuous Aware Mode CCMP Cipher Block Chainning Message CFP Contension Free Periord CP Contension Periord CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance D DCF Distributed Coordination Function DSSS Directed Sequence Spread Spectrum E EAPoL EAP over LAN ESS Extended service sets I IBSS Independent BSS IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers M MAC Medium Access Control MIMO Multiple Input Multiple Output MPDU Message Protocol Data Units MSDU MAC Service Data Units N NAV Network Allocation Vector O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OSA Open System Authentication Nhóm 7 – l p D04VT1

Báo nh n Chu n mã hóa tiên ti n m truy nh p TIM c a m ng Ad-hoc p d ch v c s Ch nh n th c liên ti p B n tin chu i kh i mã hóa Chu k không xung t Chu k xung t a truy nh p c m nh n sóng mang nh m tránh xung t Kh i ch c n ng DCF Tr i ph chu i tr c ti p EAP trong m ng LAN p d ch v m r ng BSS không ph thu c Vi n các k s n nt

u khi n truy nh p môi tr ng Công ngh MIMO n v d li u giao th c b n tin n v d li u d ch v MAC Vector

nh v m ng

Ghép kênh phân chia theo t n s tr c giao Xác th c h th ng m iv

Thu t ng vi t t t P PCF PMK PSP PTK

Point Coordination Function Pair-wise Master Key Power Save Polling Pair-wise Transient Key

Kh i ch c n ng PCF Khóa PMK Th m dò ti t ki m n ng l Khóa PTK

SDM

R Request to Send/ Clear to Send S Space Division Multiplexing

SIFS SKA SSID STA

Short Interframe Space Shared Key Authentication Service Set Identifier Station A

RTS/CTS

ng

Giao th c RTS/CTS Ghép kênh phân chia theo không gian Kho ng cách liên khung ng n Xác th c h th ng m Nh n d ng t p d ch v Máy tr m A

T TIM

Traffic Indication Map

ch th l u l

ng

W WEP WLAN WPA

Wired Equivalent Privacy Wireless LAN Wifi Protected Access

Nhóm 7 – l p D04VT1

t mã t ng ng h u tuy n ng LAN không dây Công ngh mã hóa WPA c a Wifi

v

Ch

ng 1: Gi i thi u chung v IEEE 802.11n

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 ct 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

Nhóm 7 – l p D04VT1

1

Ch

ng 1: Gi i thi u chung v IEEE 802.11n

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

Nhóm 7 – l p D04VT1

2

Ch

CH

ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

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

Nhóm 7 – l p D04VT1

3

Ch

ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

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

Nhóm 7 – l p D04VT1

4

Ch

ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

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

Nhóm 7 – l p D04VT1

ng c a giao th c RTS/CTS

5

Ch

ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

Nh c m c a giao th c RTS/CTS là chi m d ng b ng thông truy n d n do truy các b n tin trao i RTS, CTS d i d ng broadcast. Vì lí do này, m c nh giao th RTS/CTS không c phép ho t ng, ch trong m t s tr ng h p c n thi t giao th này m i c b t lên. Khi môi tr ng truy n d n trong m ng WLAN x y ra quá nhi 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 ng hidden node) thì RTS/CTS s c s d ng.

Hình 2.3: Ho t

n c c u n

ng c a RTS/CTS gi a m t máy tr m không dây và m t máy tr m có dây

Nhóm 7 – l p D04VT1

6

Ch

ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

Hình 2.4: Ho t

ng c a RTS/CTS gi a hai máy tr m không dây

khác bi t gi a hai ho t ng hình 3 và hình 4 là nh tr l i b n tin RTS thì AP s ng ra tr l i thay.

hình 3 thay vì máy tr m c

2.3.3. Thu t toán th i gian ch ng u nhiên Sau khi máy tr m th c hi n các b c c m nh n sóng mang theo các ph ng pháp logic và v t lý, phát hi n th y môi tr ng r i và giá tr NAV = 0 thì nó b t u quá trình tranh ch p môi tr ng trong m t kho ng th i gian c g i là m t c a s tranh ch p. t u kho ng th i gian này nó ch n m t giá tr th i gian ch ng u nhiên. Giá tr này c ch n m t cách ng u nhiên trong d i t 0 n giá tr c a s tranh ch p kh i t o. Giá tr c a s tranh ch p kh i t o khác nhau tùy thu c vào k thu t tr i ph , ví d DSSS là 31 khe th i gian hay FHSS là 15 khe th i gian.C ng c n l u ý giá tr m i khe th i gian i v i FHSS b ng 50µs còn DSSS b ng 20µs. Sau khi ch n c m t giá tr th i gian ch , nó b t u quá trình m ng c, sau m i khe th i gian giá tr th i gian ch này s gi m i m t n v . Trong su t quá trình này, máy tr m liên t c th c hi n m nh n sóng mang c m i khe th i gian. N u phát hi n môi tr ng chuy n sang tr ng thái b n hay giá tr NAV c thi t l p thì quá trình m lùi này s d ng và máy tr m s quay tr l i giai n c m nh n sóng mang. N u n khi giá tr th i gian ch c m lùi v 0 mà v n không có s thay i tr ng thái môi tr ng thì máy tr m b t u truy n d n. N u sau khi truy n d n mà máy tr m không nh n c b n tin ACK tr i t tr m thu thì máy tr m này coi nh môi tr ng ang x y ra xung t. Giá tr c a a s tranh ch p trong l n ti p sau s t ng theo công th c Tn=2*Tn-1+1. Giá tr l n nh t c a c a s tranh ch p là 1023 khe th i gian.

Nhóm 7 – l p D04VT1

7

Ch

ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI

Hình 2.5: L

c

ho t

ng c a m t máy tr m trong ch

2.3.4. Quá trình truy n thông trong ch

DCF

PCF

Mô hình m ng ho t ng theo ch này ph i th a mãn các yêu c u sau: 1. AP ph i c c u hình th c hi n ch c n ng th m dò. 2. Các máy tr m không dây ph i kh n ng th m dò c. Nhóm 7 – l p D04VT1

c c u hình sao cho AP nh n ra r ng chúng có

8

Ch

ng 2: Gi i thi u phân l p 802.11n MAC trong mô hình OSI Quá trình truy n thông c th c hi n nh sau: 1. t u chu k CFP, AP g i các khung beacon (khung qu n lý bao g m các thông tin ng b , các tham s c n thi t cho quá trình truy n thông) d i d ng broadcast. 2. Trong su t chu k CFP, AP th ng xuyên phát các tín hi u th m dò máy tr m nào c n g i d li u không. 3.

xem có

u m t máy tr m c n g i d li u nó s g i m t khung tr l i v AP. Ng c l i u máy tr m không c n g i d li u thì nó s g i m t khung r ng v AP hay n gi n là l i, không tr l i.

4. Khi chu k CFP k t thúc, AP g i khung CF-End t i các máy tr m thông báo t thúc chu k CFP và AP d ng quá trình th m dò. Chu k CP b t u, t t c các máy tr m và AP chuy n sang ho t ng ch DCF. 5.

t thúc chu k CP, m t chu trình m i l i b t

Nhóm 7 – l p D04VT1

u.

9

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

CH

NG III: CH C N NG PHÂN L P 802.11n MAC

3.1. Các ch c n ng k th a t các chu n tr

c

3.1.1. Ch c n ng quét tìm thi t b t máy tr m mu n k t n i t i AP thì u u tiên nó ph i phát hi n c AP. Ph ng pháp mà máy tr m dùng phát hi n AP có th là ph ng pháp quét ch ng hay quét b ng. M t máy tr m có th l ng nghe AP (quét b ng) hay tìm ki m AP (quét ch ng). 3.1.1.1. Quét b

ng

Dùng ph ng pháp này máy tr m s l ng nghe các khung beacon phát ra t AP mà có ch a tr ng SSID (Service Set Identifier – m t chu i s g m 2-32 kí t c dùng nh n d ng m ng WLAN) gi ng v i SSID c c u hình t tr c trên máy tr m. Trong tr ng h p máy tr m nghe th y nhi u khung beacon t các AP khác nhau mà có cùng giá tr tr ng SSID gi ng v i mình thì máy tr m s xác nh AP nào có ch t l ng tín hi u t t nh t nó s th k t n i n AP ó. Ph ng pháp quét b ng không cs ng trong m ng ad hoc vì trong m ng này không có s tham gia c a AP.

Hình 3.1: Ph

Nhóm 7 – l p D04VT1

ng pháp quét b

ng

10

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

3.1.1.2. Quét ch

ng

Trong ph ng pháp này, máy tr m s ch ng phát i các khung probe request, các khung này có th ch a m t giá tr SSID c a m ng mà máy tr m c n k t n i t i ho c b t kì m ng nào. Tr ng h p máy tr m mu n k t n i t i b t k m ng nào thì trong khung probe request tr ng SSID s c thi t l p là null. T t c các AP nghe c khung probe request này n u nh n th y giá tr tr ng SSID phù h p mà nó h tr thì AP s tr i b ng cách g i tr l i máy tr m b ng m t khung probe response. Khung probe response ch a t t c nh ng thông tin c n thi t cung c p cho máy tr m th c hi n k t i t i AP tham gia vào BSS. u m t khung probe request ch a giá tr tr ng SSID b ng null thì t t c các AP nghe c khung này s g i tr l i m t khung probe response. Vì lí do b o m t, thông th ng AP c c u hình l i các khung probe request lo i này. u này giúp ng n ch n nh ng ng i s d ng không c c p quy n truy nh p vào m ng, tuy nhiên ây ch là m t bi n pháp b o m t s ng ch y u ch c dùng làm gi m các k t n i không mong mu n vô tình tham gia vào m ng không nh m m c ích phá ho i.

Hình 3.2: Quét ch

ng

3.1.2. Ch c n ng xác th c Xác th c là b c u tiên trong hai b c c n th c hi n k t n i vào m ng. Quá trình xác th c v th c ch t là quá trình k t n i v t lý gi a máy tr m và AP hay các máy

Nhóm 7 – l p D04VT1

11

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

tr m khác (m ng ad hoc). Có hai ph ng pháp xác th c c s d ng trong m ng WLAN g m: Xác th c h th ng m (OSA – Open System Authentication) và Xác th c khóa chia s (SKA – Shared Key Authentication). 3.1.2.1. Xác th c h th ng m (OSA) Xác th c OSA là m t ph ng pháp xác th c r ng và m c nh c cài t trong các thi t b WLAN. Xác th c r ng ngh a là m t máy tr m có th k t h p v i b t kì AP nào c ng s d ng xác th c OSA mi n là có cùng SSID. Quá trình xác th c OSA di n ra nh sau: 1. Máy tr m g i m t khung yêu c u xác th c n AP. 2. AP g i tr l i b ng khung ACK báo nh n. 3. AP g i khung xác th c v phía máy tr m .

kh ng

nh quá trình xác th c h p

4. Máy tr m g i tr l i b ng khung ACK báo nh n. Quá trình xác th c k t thúc.

Hình 3.3: Quá trình xác th c OSA WEP có th c dùng cùng v i xác th c OSA. Tuy nhiên WEP ch c dùng mã hóa các d li u l p trên sau khi quá trình xác th c và k t h p ã hoàn thành. Chính i vì s n gi n c a mình mà xác th c OSA th ng c s d ng cùng v i m t vài ph ng pháp b o m t tiên ti n h n nh WPA, 802.1X/EAP cho các m ng yêu c u c n có môi tr ng b o m t.

3.1.2.2. Xác th c khóa chia s (SKA)

Nhóm 7 – l p D04VT1

12

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

Xác th c SKA s d ng WEP xác th c các máy tr m và yêu c u các khóa WEP nh ph i c c u hình trên c máy tr m và AP. Quá trình xác th c SKA di n ra nh sau: 1. Máy tr m g i khung yêu c u xác th c n AP. 2. AP g i tr l i b ng khung ACK báo nh n. 3. AP g i ti p m t khung xác th c th 2 trong ó có ch a m t octet d i d ng không mã hóa.

n b n tin 128

4. Máy tr m g i tr l i b ng khung ACK báo nh n. 5. Máy tr m dùng khóa WEP c a mình th c hi n mã hóa n b n tin 128 octet nh n c t AP sau ó g i n b n tin ã c mã hóa vào trong khung xác th c th 3 tr l i v AP. 6. AP g i tr l i b ng khung ACK báo nh n. 7. AP th c hi n gi i mã n b n tin mã hóa nh n c t máy tr m. N u nb n tin sau khi gi i mã phù h p v i n b n tin 128 octet kh i t o thì AP g i khung xác th c cu i cùng v phía máy tr m kh ng nh quá trình xác th c h p l . Trong tr ng h p không th y s phù h p, AP g i khung xác th c ch ra r ng khóa WEP không h p l , quá trình xác th c không thành công. 8. Máy tr m g i tr l i b ng khung ACK báo nh n. Quá trình xác th c k t thúc.

Hình 3.4: Quá trình xác th c SKA

Nhóm 7 – l p D04VT1

13

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

Xác th c SKA b o m t kém h n xác th c OSA. Trong quá trình xác th c SKA, khóa WEP c dùng mã hóa n b n tin 128 octet. N u m t ng i mu n xâm nh p vào m ng trái phép, ng i ó có th s d ng thi t b nghe tr m b t và phân tích các khung xác th c trao i gi a máy tr m và AP tìm ra khóa WEP c dùng, sau ó s d ng chính khóa này k t n i vào m ng. 3.1.3. Quá trình k t h p M t khi client ã c xác th c thì nó s th c hi n k t n i v i AP. c k t h p là tr ng thái trong ó client ã c cho phép truy n d li u thông qua AP. N u PC card ab n ã c k t h p v i m t AP, thì có ngh a là b n ã k t n i v i AP ó và c ng là v i m ng không dây. Ti n trình tr nên ck th p c mô t nh sau: Khi m t client mu n k t n vào m ng, client ó s g i m t Khung yêu c u xác th c n AP và nh n tr l i m khung tr l i xác th c. Sau khi quá trình xác th c ã c hoàn thành, máy tr m s g t khung yêu c u k t h p n AP và AP s tr l i l i cho client m t khung tr l i k p trong ó cho phép ho c không cho phép k t h p.

i t i t

Toàn b ti n trình k t h p bao g m 3 tr ng thái khác nhau + Không

c xác th c và không

+ ã

c xác th c và không

+ ã

c xác th c và

Không

c xác th c và không

ck th p ck th p

ck th p ck th p

Trong tr ng thái kh i u này, các node không dây hoàn toàn ch a k t n i v i m ng và không th truy n d li u qua AP. AP l u gi m t b ng các tr ng thái k t n i c a client c g i là b ng K t h p. u quan tr ng c n chú ý là các nhà s n xu t khác nhau s c p n các tr ng thái Không c xác th c và không c k t h p trong AP c a h m t cách khác nhau. B ng này s a ra tr ng thái “không c xác th c” cho b t k client nào ch a hoàn thành ti n trình xác th c ho c quá trình xác th c b l i. ã

c xác th c và không

ck th p

Trong tr ng thái th 2 này, các client không dây ã v t qua quá trình xác th c thành công, nh ng v n ch a th t s k t h p v i AP. Trong tr ng thái này thi client v n

Nhóm 7 – l p D04VT1

14

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

không c phép truy n hay nh n d li u thông qua AP. B ng K t h p c a AP s hi n th tr ng thái cho client là “ ã c xác th c”. B i vì client ã v t qua giai n xác th c và ngay l p t c chuy n n giai n k t h p r t nhanh chóng (ch vài ms), vì v y t hi m khi b n th y c tr ng thái “ ã c xác th c” trong AP. Th ng thì b n s th y “không c xác th c” hay “ c k t h p”. ck th p Trong tr ng thái cu i cùng này, node không dây c a b n ã hoàn toàn k t n i v i ng, có th g i và nh n d li u thông qua AP. Hình d i mô t quá trình k t h p c a t client. B n s th y tr ng thái “ c k t h p” trong b ng K t h p c a AP cho bi t ng client này ã hoàn toàn k t n i và ã c ch ng nh n b i AP có th truy n d li u thông qua AP. T ây b n có th suy ra các ph ng th c b o m t s c cài t trong quá trình k t n i c a client.

Hình 3.5: Quá trình k t h p 3.1.4. Tính n ng giám sát ngu n

n

Các client không dây ho t ng m t trong 2 ch giám sát ngu n n c xác nh trong chu n 802.11. Các ch này bao g m ch active, th ng c g i là CAM (Continuous Aware Mode) và ch power save, th ng c g i là PSP (power Save Polling). Vi c ti t ki m n n ng b ng cách s d ng ch power save là c bi t quan tr ng cho ng i dùng di ng v i laptop hay PDA ch y b ng pin. Vi c kéo dài tu i th c a pin cho phép ng i s d ng dùng thi t b lâu h n mà không c n ph i p l i pin. Các card m ng WLAN có th tiêu t n m t l ng n n ng áng k khi trong ch CAM, u này chính là lý do t i sao tính n ng ti t ki m n ng l ng l i c a vào chu n 802.11 Nhóm 7 – l p D04VT1

15

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

3.1.4.1. Continuous Aware Mode (CAM) CAM là m t ch trong ó user s d ng toàn b ngu n n n ng s n có và th ng xuyên giao ti p v i AP. B t k m t máy tính nào (desktop hay server) c m vào ngu n n AC u ho t ng trong ch CAM. Trong nh ng tr ng h p này, không có m t lý do gì mà PC card c n ph i ti t ki m n n ng c . 3.1.4.2. Power Save Polling (PSP) Vi c s d ng ch PSP cho phép client không dây i vào tr ng thái “ng ”. ây, ng có ngh a là client th t s t t ngu n n trong m t kho ng th i gian r t ng n (kho ng m t ph n nh c a 1 giây). Th i gian ng này là ti t ki m c m t ng n n ng áng k cho client không dây. ng th i, nó cho phép client s d ng laptop làm vi c trong kho ng th i gian lâu h n, t ng n ng su t làm vi c. Khi s d ng PSP, client không dây c x hoàn toàn khác nhau trong BSS (Basic Service Set) và IBSS (Independent BSS). m t ng ng duy nh t trong cách c x trong BSS và IBSS là vi c truy n và nh n Beacon. Ti n trình ho t ng trong ch PSP (c BSS và IBSS) c mô t bên d i. Hãy nh r ng, các ti n trình này có th xu t hi n nhi u l n trong 1 giây. u này cho phép ng WLAN duy trì k t n i c a nó, nh ng ng th i c ng sinh ra thêm m t l ng overhead cho m ng. Admin nên xem xét overhead này khi ho ch nh nhu c u c a user trên m ng WLAN. Ch

PSP trong BSS (Basic Service Set)

Khi s d ng PSP trong m t BSS, tr c tiên, máy tr m s g i m t frame n AP báo cho AP bi t r ng chúng s p i vào tr ng thái “ng ” (t m th i t t ngu n n). AP s ghi nh n l i các tr m ang ng . Sau ó, AP s buffer ( m) b t k frame nào g i n cho các tr m ang ng . Traffic cho các tr m ang ng v n ti p t c g i n AP nh ng AP không th g i nó n cho các tr m ang ng c. Vì th , các gói tin c i trong buffer dành cho tr m ang ng . AP theo nh k s g i ra các Beacon. Các client ( ã c ng b hóa th i gian v i AP) bi t chính xác lúc nào thì nh n Beacon. Các client ang ng s ánh th c receiver (b nh n tín hi u) c a chúng l ng nghe các Beacon mà trong ó có ch a TIM (Traffic Indication Map = B n báo hi u có traffic). N u client th y chính nó c li t kê trong TIM thì nó s th c d y và g i 1 frame n AP báo cho AP bi t r ng nó ang th c và s n sàng nh n các gói tin ã c buffer. Khi client ã nh n xong các gói

Nhóm 7 – l p D04VT1

16

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

tin dành cho nó, client s g i 1 thông p n AP báo hi u r ng nó s p tr l i tr ng thái ng . Ti n trình này c l p l i nhi u l n trong 1 giây. Vì th nó gây ra m t s overhead so v i khi không s d ng PSP

Hình 3.6: PSP Mode in a BSS

PSP trong IBSS (Independent BSS) Ch PSP trong IBSS ho t ng r t khác so v i trong BSS. IBSS không có AP nên không có thi t b nào buffer các gói tin. Vì th m i các tr m ph i buffer các gói tin c g i t chính nó n các tr m khác trong m ng Ad-hoc. Các tr m s luân phiên nhau g i các Beacon s d ng các ph ng th c khác nhau tùy thu c vào nhà s n xu t. Khi các tr m s d ng ch ti t ki m n n ng, s có m t kho ng th i gian c i là ATIM window. Trong kho ng th i gian này, m i tr m u th c và s n sàng nh n các data frame. Ad-hoc Traffic Indication Map (ATIM) là các gói tin unicast cs ng b i các tr m thông báo cho các tr m khác r ng có d li u dành cho chúng và chúng nên th c gi c trong kho ng th i gian nh n l ng d li u này. Các ATIM và Beacon u c g i trong su t kho ng th i gian ATIM window. Ti n trình các tr m g i traffic cho nhau di n ra nh sau: + Các tr m c ng b hóa v i nhau thông qua các Beacon cùng th c gi c tr c khi ATIM window b t u. + Kho ng th i gian ATIM window b t Nhóm 7 – l p D04VT1

chúng có th

u, các tr m g i các Beacon. Sau ó, các 17

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC tr m g i các ATIM frame cho chúng.

thông báo cho các tr m khác có traffic buffer dành

+ Các tr m nh n ATIM trong su t ATIM window s th c gi c nh n data frame. N u không có ATIM nào c nh n thì tr m s i vào tr ng thái ng (khi ATIM window k t thúc). + ATIM window k t thúc, và các tr m b t u truy n data frame. Sau khi nh n data frame, các tr m tr l i tr ng thái ng và i kho ng th i gian ATIM window ti p theo ( th c l i). 3.1.5. S c t m nh khung. Các gói m c cao và m t s khung quan lý l n c n c phân n thành các nh nh có th truy n i phù h p v i m t kênh vô tuy n. S c t m nh khung c ng làm t ng tin c y khi mà có giao thoa. Các tr m vô tuy n LAN s c g ng truy n các nh sao cho nhi u giao thoa ch có th anh h ng n các m nh nh , mà không ph i là các khung l n. u ó làm gi m ngay t c thì l ng d li u b h h ng do giao thoa.vi c c t m nh làm t ng cao h n hi u qu truy n d n. Giao thoa có th n t nhi u ngu n khác nhau . Giao thoa trong m ng th ng c gây ra b i các sóng có t n kho ng 2.4GHZ . Sóng n t sinh ra b i ng magnetron v à luôn bi n i theo hình sin(ramp up and ramp down), vì th các sóng viba phát ra giao thoa n a th i gian.cá phone không dây c ng gây ra giao thoa. Các m ng ngoài tr i ph thu c vào ng mà giao thoa c ng khác nhau. S phân n x y ra khi m t gói tin m c cao có chi u dài v t quá ng ng c a phân n c nh hình b i ng i qu n tr m ng. Dù t ng s n nh ng t t c các n u có s chu i nh nhau h tr vi c t p h p, khôi ph c l i. thông tin u khi n khung c ng ch báo s l ng n n có nhi u h n hay không. T t c các khung, bao g m m t s khung bình th ng c a n n i n phân n (nh hình 3.7 d i ây):

Nhóm 7 – l p D04VT1

18

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

Hình 3.7: Fragmentation burst Hình trên c ng cho th y s k t h p trao i c a RTS/CTS, b i vì chúng chung c o m nh và RTS/CTS c thi t l p giá tr nh nhau. Hình trên c ng cho th y làm th nào mà NAV và SIFR c s d ng k t h p v i nhau cùng u khi n truy nh p t i môi tr ng. Các m nh và khung ACK c a nó c tách r i nhau b i SIFS, vì v y m t di m s gi u khi n c a kênh trong suôt th i gian n phân n. NAV c ng c s d ng m b o các m khác s không s d ng kênh trong su t th i gian n phân n. V i t k s trao i RTS/CTS , c RTS và CTS u t NAV t th i gian ch u tiên n th i gian k t thúc c a n u tiên nhô ra ngoài. Các n sau k ti p hình thành t dây chuy n. M i n t m t NAV gi nguyên môi tr ng cho n khi k t thúc vi c ch ng th c cho khung k ti p. n 0 t NAV gi môi tr ng cho n ACK1, n 1 t NAV gi môi tr ng cho n ACK2,vv…sau khi n cu i cùng và ACK cu i cùng c a nó oc g i, NAV c t v 0, thông báo r ng môi tr ng ang oc t do sau khi n phân n hoàn thành.

3.2. Các ch c n ng riêng có trong 802.11n (d ng

ngh )

Bên c nh các c tính tiên ti n trong l p PHY nh MIMO, t ng r ng b ng t n t 20 lên 40 MHz cho m i kênh truy n d n thì trong phân l p MAC 802.11n s d ng thêm ph ng pháp k t h p khung nh m t ct c v t tr i trong truy n thông di ng so v i các chu n khác t tr c n nay. 3.2.1. K t h p khung

Nhóm 7 – l p D04VT1

19

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

t c các khung truy n d n c phát i t các thi t b 802.11 u v i kích th c c nh cho m i khung. Vi c truy n các n mào hi u qu s d ng b ng thông m t cách áng k .

Hình 3.8: Khi không th c hi n ph

u có n mào u này làm gi m

ng pháp k t h p khung

làm gi m s tác ng c a các tín hi u không ph i d li u lên vi c s d ng b ng thông, 802.11n a ra m t ph ng pháp g i là K t h p khung. Th c ch t c a vi c k t p khung là t hai hay nhi u khung vào m t l n truy n d n. Có hai ph ng pháp k t p khung: K t h p các n v d li u d ch v MAC (MSDU – MAC Service Data Units) và K t h p các n v d li u giao th c b n tin (MPDU – Message Protocol Data Units)

Hình 3.9: Ph

ng pháp k t h p khung

i vì nhi u khung c truy n d n trong m t l n nên có th gi m áng k các tín hi u gây lãng phí b ng thông và th i gian ch gi a các khung khi truy n riêng l . Trong chu n 802.11n, kích th c khung t i a lên n 64 KB g p 15 l n so v i các chu n khác. 3.2.1.1. K t h p các

n v d li u d ch v MAC (MSDU)

Xem xét tr ng h p m t AP nh n c các khung 802.3 t giao di n Ethernet n i i m ng c nh, nó ph i chuy n sang d ng khung 802.11 cho phù h p v i m ng không dây, sau ó m i truy n n máy tr m nh n. T ng t nh v y, khi máy tr m mu n g i khung d li u ra m ng thì ch ng giao th c trong máy tr m c ng t o ra các Nhóm 7 – l p D04VT1

20

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

khung d ng 802.3 sau ó card không dây l i ph i chuy n sang d ng 802.11 cho phù h p i m i truy n ra môi tr ng WLAN c. Trong c hai tr ng h p u x y ra quá trình chuy n nh d ng khung t 802.3 sang 802.11 truy n d n. t h p khung MSDU s th c hi n gom các khung Ethernet có chung a ch ích, óng gói chúng l i vào m t khung 802.11 sau ó truy n khung này i trên m ng WLAN.

MSDU: Khung Ethernet 802.3 Hình 3.10: K t h p MSDU

ng vì c óng gói chung vào m t khung 802.11 mà các khung 802.3 s có cùng t giá tr QoS và n u c mã hóa thì c ng có cùng m t ph ng pháp và khóa nh nhau. 3.2.1.2. K t h p các

n v d li u giao th c b n tin (MPDU)

t h p MPDU khác m t chút so v i MSDU. Thay vì gom các khung Ethernet l i luôn thì k t h p MPDU l i chuy n t ng khung Ethernet sang d ng khung 802.11, sau ó gom các khung 802.11 này l i. B i vì các khung 802.11 này ã có nh d ng phù p truy n i trong m ng WLAN nên không c n có quá trình óng gói vào m t khung 802.11 chung.

Hình 3.11: K t h p khung MPDU

ng t nh MSDU, các khung 803.11 trong m t khung k t h p c ng có giá tr QoS nh nhau, tuy nhiên v lý thuy t m i khung có th có cách mã hóa và khóa khác nhau. Th c t vì t t c các khung này c n có chung m t a ch ích nên chúng c ng th ng có cách mã hóa và khóa gi ng nhau. MSDU b ánh giá là kém hi u qu h n MPDU vì m i khung 802.11 con l i có m t mào u riêng.

Nhóm 7 – l p D04VT1

21

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

Trong c hai ph ng pháp k t h p MSDU và MPDU u t n t i nh ng h n ch sau. Th nh t, t t c các khung c k t h p ph i có chung a ch ích nên không có tính linh ho t. Th hai, vì các khung c truy n k t h p v i nhau nên s làm t ng tr truy n lan, không có tính phân c p ch t l ng d ch v QoS và không m b o cho các ch v th i gian th c nh voice, truy n hình h i ngh ,… Th ba, v i các h th ng có d ng ghép kênh liên quan n th i gian thì th i gian truy n m t khung k t h p ph i ph thu c vào th i gian gán cho m i kênh c th là ph i nh h n. Xét v m t lý thuy t thì m h n ch th nh t có th c gi i quy t khi máy tr m không dây truy n khung k t h p n AP, sau ó t i AP s phân tích khung nh n c và tách ra thành các khung ho c nhóm khung có a ch ích khác nhau và truy n i. u này ph thu c r t nhi u vào kh n ng x lý c a AP. 3.2.2. Báo nh n theo kh i (Block ACK) ng gi ng nh quá trình truy n d n các khung 802.11 khác, sau khi máy tr m nh n c m t khung d li u nó ph i g i b n tin báo nh n ACK v phía máy phát. T ng t nh v y, thay vì ph i báo nh n cho t ng khung 802.11 m t, phía máy thu s tr l i b ng t khung báo nh n kh i Block ACK cho toàn b khung k t h p. Ph ng pháp này ch áp d ng cho k t h p MSDU (vì trong khung k t h p MPDU các khung tham gia là các khung 802.11 ph i c báo nh n riêng). Nh khung báo nh n kh i mà ch c n m t khung báo nh n tr m phát c ng có th nh n bi t và ch phát l i nh ng khung con không c báo nh n.

3.3. B o m t C ng gi ng nh IEEE 802.11i, IEEE 802.11n c ng s d ng c ch b o m t chính là WPA2. B i v y trong ph n b o m t ta ch nghiên c u c ch b o m t c a WPA2. 3.3.1. Thi t l p khoá WPA là t p con tiêu chu n tr c c a IEEE 802.11i. Nó ch p nh n s thi t l p khoá, khoá phân c p và các khuy n cáo v ch ng th c c a IEEE 802.11i m t cách g n nh y . Vì WPA2 và chu n 802.11i c ng nh v y , nên quá trình thi t l p khoá và ki n trúc khoá phân c p trong WPA và WPA2 g n nh là ng nh t.tuy nhiên, có m t s khác bi t r t quan tr ng : trong WPA2 ,các khoá gi ng nhau có th c s d ng cho mã hoá và s b o v tàon v n c a d li u. B i v y WPA2 s d ng ít khoá h n. WPA2 m r ng s phân c p khoá hai t ng c a WEP thành phân c p a t ng. c p cao nh tv n là khoá ch , tham chi u t i PMK (pair-wise master key) trong WPA2.c p

Nhóm 7 – l p D04VT1

22

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

ti p theo là PTK (pair-wise transient key) , c b t ngu n t PMK. c p cu i cùng là nh ng gói khoá mã hoá. Chúng c t o ra b i khoá PTK qua m t khoá tr n.

Hình 3.12: Key Generation in WEP, WPA and WPA2 C ng nh WPA,WPA2 không ch rõ cách th c t o ra khoá ch PMK.b i v y,WPA2 có l là khoá bí m t dùng chung tr c,hay nó b t ngu n t quá trình nh n th c nh 802.1x. WPA2 yêu c u PMK có dài là 32 byte. B i v i dài 32 byte là quá dài t ng i có th nh nó.nh ng s tri n khai c a 802.11 s d ng khoá dùng chung cho phép ng i s d ng vào m t kh u ng n h n, ó chính là c s dùng t o ra khoá có dài 32 byte.

Nhóm 7 – l p D04VT1

23

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

m c ti p theo là PTK,v c b n chúng là nh ng khoá phiên.thu t ng PTK c d ng nh m tham chi u n t p h p nh ng khoá phiên mà ch y u là 4 lo i khoá ,m i lo i u có dài là 128 bits. B n lo i khoá này là: m t khoá mã hoá cho d li u, m t khóa toàn v n cho d li u,m t khóa mã hóa cho giao th c ch ng th c m r ng qua LAN (EAPoL) messages, và m t khóa v n toàn d li u cho b n tin EAPoL. Ghi nh ng thu t ng (session) ây dùng tham chi u t i s k t h p gi a m t STA và m t AP.m i khi m t STA k t h p v i m t AP ,chúng s kh i u cho m t phiên m i và u này d n t i s phát sinh m t PTK m i t PMK. Vì các khóa phiên ch h p l trong t kho ng th i gian nh t nh,chúng c ng nh nh ng khóa th i gian. Khóa PTK c o ra t PMK s d ng m t PRF (hàm gi ng u nhiên). Các PRF c dùng t o ra PTK rõ ràng c bi t b i PTK s d ng gi i thu t HMAC-SHA : PTK = PRF–512(PMK, “Pairwise key expansion”, AP_MAC || STA_MAC || ANonce || SNonce) thu c PTK t PMK ta c n dùng 5 giá tr u vào: khóa PMK, a ch l p MAC c u hai m cu i liên quan n phiên và m i Nonce c a hai m cu i ó. S ng a ch l p MAC t o ra PTK m b o r ng các khóa này là ranh gi i c u các phiên gi a hai m cu i và gai t ng tính hi u qu không gian khóa c a toàn b h th ng . Vì chúng ta c n t o ra m t t p h p khác nhau c a nh ng khóa phiên t PMK gi ng nhau cho nh ng phiên m i, chúng ta c n thêm u vào khác vào c ch t o khóa mà u vào này thay i m i phiên. u vào này chính là Nonce. Nonce c hi u sát ngh a nh t là s l n ng n nh t, giá tr c a Nonce nh v y thay i không b bó bu c, tr khi giá tr m i Nonce không bao gi s d ng l i l n n a - v n c b n là m t s ch c s d ng m t l n. V i chúng ta ,m t Nonce là m t s duy nh t (sinh ra ng u nhiên) và xó th phân bi t gi a hai phiên thi t l p gi a m t STA và m t AP ã cho t i nh ng th i m khác nhau.hai Nonce liên quan t i s t o thành PTK sinh ra b i hai m cu i liên quan n phiên ó.ví d STA (SNonce) và AP(ANonce) . WPA2 ch rõ m t Nonce có th c t o ra theo sau: ANonce = PRF–257(Random Number, “Init Counter”, AP_MAC || Time) SNonce = PRF–257(Random Number, “Init Counter”, STA_MAC || Time) u quan tr ng là PTK có hi u qu dùng chung gi a STA và AP c s d ng b i hai STA và AP nh m b o v d li u / b n tin EAPoL mà chúng truy n i. Vì th , các giá tr u vào yêu c u t o PTK t PMK n t c hai m cu i STA và AP c a phiên ó, m t Nonce và m t a ch l p MAC c chuy n i. B i v y c STA và AP có th t o ra PTK gi ng nhau t PMK ng th i.

Nhóm 7 – l p D04VT1

24

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

M c ti p theo c a h phân b c khóa là các gói khóa (per-packet keys) c t o ra t PTK.quá trình WPA2 s d ng có c per-packet keys c ch ra hình d i ây:

Hình 3.13: Per-Packet Key Generation pha u tiên, khóa mã hóa d li u phiên c k t n i v i high-order 32 bits c a TSC/IV và a ch l p MAC. u ra c a pha này c k t n i v i lower-order 17 bits a TSC/IV pha th hai. u ra c a pha th hai s t o ra 104 bit per-packet key. Có nhi u c tính quan tr ng trong quá trình này: * Kch th c c u khóa mã hóa v n là 104 bit , vì th nó có th thích h p v i b t ng t c ph n c ng WEP. * Vì t o ra per-packet key liên quan n m t thao tác tr n,thao tác tính táon c ng cao cho b x lí MAC nh trong ph n c ng WEP. Quá trình này chia làm hai pha.ph n lí c ng cao c th c hi n pha m t trong khi pha hai tính toán c ng cao. * Vì pha 1 liên quan n high-order 32 c a TSC/IV,vi c ó ch c n c th c hi n khi mà m t trong các bit thay i. * Ch c n ng tr n khóa s gây khó kh n cho ng i nghe tr m do TSC/IV và các khóa gói u oc mã hóa gói. 3.3.2. Nh n th c Gi ng nh s phân c p và thi t l p khóa,WPA c ng ch p nh n ki n trúc chúng th c c ch rõ trong 802.11i. Do ó ki n trúc ch ng th c c a WPA và WPA2 là gi ng nhau. V i m ng t i nhà, 802.11i cho phép khóa d ng th công nh WEP. V i m ng doanh nghi p, 802.11i ch rõ cách s d ng c a 902.1x cho s thi t l p khóa và s ch ng th c.hình 3.14 cho th y ki n trúc c a EAPoL và hình 3.15 cho th y toàn b h th ng ki n trúc c a EAPoL. C ng ki m soát ch m khi thi t b c k t n i k t n i t i c ng

Nhóm 7 – l p D04VT1

25

Ch ã

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

c cho phép b i 802.1x. M t khác, c ng không ki m soát cung c p m t n cho duy nh t l u l ng EAPoL.

ng

Hình 3.14: Authentication Architecture Hình 3.14 cho th y th m chí c ng không ng MAC filtering. S này trong m t s tr công.

c ki m soát có th h n ch th nào s ng h p c dùng ch ng l i s t n

Hình 3.15: EAPOL EAP ch rõ 3 thành ph n c a m ng: the supplicant, the authenticator and the authentication server. Cho EAPoL, ng i s d ng cu i là supplicant. Chuy n m ch l p 2 là s truy nh p ki m soát nh n th c t i m ng s d ng c ng logic. Nh ng quy t nh truy nh p c th c hi n b i máy ch ch ng th c backend sau khi th c hi n quá trình ch ng th c. Quá trình ch ng th c này s d ng cho ng i qu n tr m ng quy t nh.

Nhóm 7 – l p D04VT1

26

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

EAPoL có th d dàng c làm thích nghi có th s d ng c trong môi tr ng 802.11. Nh hình 3.16 STA là supplicant, AP là s ki m soát nh n th c t i m ng,và có m t máy ch ch ng th c backend. Tính t ng t càng n i b t h n n u ta xem xét t AP, th t ra là chuy n i l p 2, v i m t máy vô tuy n và m t giao di n ng dây.

Hình 3.16: Authentication Overview Tuy nhiên, có m t m u chi ti t thú v c n chú ý n,ki n trúc 802.1x mang quá trình o m t gi a supplicant (STA) và máy ch ch ng th c backend. u ó có ngh là khóa ch (k t qu t m t quá trình ch ng th c th TLS) c t o ra gi a STA và máy ch backend. Tuy nhiên, c ch bí m t và v n toàn trong ki n trúc an ninh c a 802.11 n c th c hi n gi a STA và AP. u c ó có ngh a là phiên (PTK) và per-p cket key (chúng c t o ra t PMK) u c n STA và AP.STA và ã có PMK thì có th t o ra PTK và per-p cket key . Tuy nhiên , AP ch a ch c ã có PMK. B i v y, cái mà c n cho m t c ch có PMK t máy ch ch ng th c n AP an toàn. Nh c l i ki n trúc 802.1x, k t qu c a quá trình ch ng th c c chuyên ch b i máy ch ch ng th c t i AP, vì v y mà AP có th cho phép hay không cho phép truy nh p t i m ng. Giao th c truy n tin gi a AP và máy ch ch ng th c không ch rõ b i 802.11 nh ng c ch rõ b i WPA2 là RADIUS. H u nh t t c các s tri n khai c a 802.11 có l k t thúc lên trên s d ng RADIUS. Giao th c RADIUS cho phép an ninh phân ph i khóa t máy ch ch ng th c t i AP và ây là cách mà PMK t i AP nh th nào. Ghi nh là 802.1x có m t khung dành cho ch ng th c. Nó không ch rõ giao th c ch ng th c c s d ng. B i v y, ó là t i ng i qu n tr m ng ch n giao th c ch ng th c. M t trong s nh ng giao th c ch ng th c c bàn lu n nhi u nh t s ng trong 802.1x là TLS. Giao th c EAP-TLS c l y tài li u c n th n. Nó c

Nhóm 7 – l p D04VT1

27

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

phân tích r ng và không s sai l ch y u kém nào c tìm th y trong giao th c c a nó. u này làm cho nó là s l a ch n lôi cu n v an ninh s d ng trong 802.1x. 3.3.3. S bí m t Th c t ch rõ r ng m t gi i thu t mã hóa không cung c p cho h thông an ninh. cung c p tính bí m t trong 802.11i, AES c s d ng trong counter mode. Counter mode th c s s d ng m t kh i m t mã nh m t lu ng m t mã. Nh v y k t p an ninh c a m t khói m t mã v i s d dàng c a s s d ng m t lu ng m t mã. Hình 3.17 ch rõ AES counter mode làm vi c nh th nào. S d ng counter mode yêu c u m t máy m. Máy m b t u t i m t th i m t k nh ng quy t nh tr c giá tr và c t ng d n trong m t ki u ch rõ. Thao tác máy m n gi n nh t, ví d , b t d u máy m v i kh i d u là 1 và t ng d n tu n t t giá tr cho m i kh i. a s nh ng s th c hi n, tuy nhiên, giá tr kh i u c a counter b t ngu n t giá tr m t Nonce, cái mà thay i cho m i thông báo liên ti p. t mã AES sau ó c s d ng mã hóa máy m t o ra m t “lu ng khóa” . Khi thông báo nguyên b n n, nó c chia vào trong các kh i 128 bits, và m i kh i c c ng XOR v i 128 bits t ng ng c a dòng khóa phát sinh s n xu t ra b n m t mã. m t toán hoc, ch c n ng mã hóa counter.

c trình bày là: Ci = Mi (+) Ek(i) trong ó i là

Hình 3.17: AES Counter Mode An ninh c a h th ng n m trong counter. Cho t i khi giá tr counter không bao gi p l i v i m t khóa gi ng v y, h th ng c b o v .trong WPA2, u này d t c i vi c dùng m t khóa m i cho các phiên. Nhóm 7 – l p D04VT1

28

Ch

ng 3: Ch c n ng phân l p 802.11n MAC

3.3.4. S toàn v n c s tàon v n c a b n tin, nhi m v c a nhóm là m r ng counter mode bao g m s ho t ng m t CBC MAC. ây là u gi i thích tên c a giao th c: AES-CCMP trong ó CCMP thay th cho giao th c counter mode CBC MAC. Giao th c CBC MAC c tái th hi n trong hình 3.18 trong ó h p màu en là giao th c mã hóa.

Hình 3.18: CBC MAC

Nhóm 7 – l p D04VT1

29

t lu n T LU N

T nh ng k t qu tìm hi u trên ta có th nh n th y IEEE 802.11n có nh ng u m v t tr i so v i các chu n tr c ó v thông l ng, tin c y. IEEE 802.11n ng thích t t v i các chu n tr c nh 802.11 a/b/g. S ra i c a IEEE 802.11n c mong i s áp ng c các yêu c u ngày càng gia t ng c a các ng d ng phân tán trên n n m ng không dây ngày nay nh các ng d ng yêu c u v th i gian th c, QoS. IEEE 802.11n h a h n s tr thành chu n ph bi n c dùng r ng dãi nh t trong ng lai thay th cho các chu n 802.11 a/b/g hi n nay. Trong ph m vi tài li u này m i ch xem xét n các c tính và công ngh c a chu n 802.11n m c khái quát. H ng phát tri n ti p theo c a n i dung nghiên c u là tìm hi u chi ti t h n n a v các tham s c tính c a chu n c ng nh c p nh t các thông tin i nh t v chu n 802.11n.

Nhóm 7 – l p D04VT1

30

Tài li u tham kh o

TÀI LI U THAM KH O [1]. TGn Sync Proposal Technical Specification, Syed Aon Mujaba, 2005 [2]. 802.11-1999, IEEE, 1999 [3]. 802.11a-1999, IEEE, 1999 [4]. 802.11b-1999_Cor1-2001, IEEE, 2001 [5]. 802.11e-2005, IEEE, 2005 [6]. 802.11g-2003, IEEE, 2003 [7]. 802.11i-2004, IEEE, 2004 [8]. 802.11n wireless technology overview, Cisco, 2007 [9]. Certified Wireless Network Administrator Study Guide, Wiley, 2006 [10]. Wifi Telephony, Praphul Chandra; David Lide, Newnes, 2007 [11]. Next gen-WLAN, Cisco, 2007 [12]. Wireless Communications and Networking, Vijay K. Garg, MK Publishers, 2007

Nhóm 7 – l p D04VT1

31