Đồ án tốt nghiệp Mạng LAN không dây Viện đại học mở hà nội Khoa công nghệ điện tử thông tin đồ án tốt nghiệp Khoá 2007 2009 / Hệ HCKT Đề tài : mạng lan không dây Thầy hớng dẫn : vũ đức lý Sinh viên thực hiện : nguyễn quang huy Lớp : 0712E3B Hà Nội 11 / 2009 Nguyễn quang huy lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 1 Viện ĐH mở Hà nội TTTT Th viện Đồ án tốt nghiệp Mạng LAN không dây VIệN ĐạI HọC Mở Hà NộI cộng hòa x hội chủ nghĩa việt na ã Khoa cn điện tử thông tin Đ ộc lập - Tự do - Hạnh phúc Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp Họ và tên giáo viên hớng dẫn : vũ đức lý Họ và tên sinh viên : nguyễn quang huy Ngày sinh : 06 / 10 / 1983 Lớp : 0712E3B Khoá : 2007 - 2009 Ngành học : ĐIệN Tử VIễN THÔNG 1. Tên đề tài tốt nghiệp : mạng lan không dây 2. Các số liệu ban đầu : 3. Nội dung các phần lý thuyết và tính toán : Phần I : tổng quan mạng lan Chơng 1 : Giới Thiệu Mạng LAN Chơng 2 : Tổng Quan Mạng LAN Không Dây Phần II : mạng lan không dây Chơng 3 : Kiến Trúc Mạng LAN Không Dây Chơng 4 : Các Phơng Pháp Điều Khiển Truy Xuất Đờng Truyền Vật Lý Chơng 5 : Kỹ Thuật LAN Không Dây 4. Các bản vẽ và đồ thị : 5. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : 31 / 07 / 2009 6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế : 20 / 10 / 2009 Chủ nhiệm khoa giáo viên hớng dẫn Nguyễn quang huy lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 2 §å ¸n tèt nghiÖp M¹ng LAN kh«ng d©y NguyÔn quang huy – líp 0712E3b khoa c«ng nghÖ ®iÖn tö th«ng tin 3 Đồ án tốt nghiệp Mạng LAN không dây Mục lục Trang Mở đầu 3 Phần i Tổng quan mạng lan Chơng 1. giới thiệu mạng LAN 1.1 Giới thiệu 4 1.2 Các thành phần cơ bản trong mạng LAN 7 1.2.1 Cáp mạng 7 1.2.2 Card giao diện mạng 9 1.2.3 Các Hub .9 1.2.4 Các cầu nối 10 1.2.5 Switch 10 1.2.6 Router 10 1.3 Kiến trúc phân tầng và mô hình tham chiếu OSI 11 1.3.1 Kiến trúc phân tầng 11 1.3.2 Mô hình tham chiếu OSI 11 1.4 Các chuẩn mạng LAN 16 1.5 Kỹ thuật mạng LAN 17 1.5.1 Cấu hình mạng .17 1.5.2 Đờng truyền vật lý .19 Chơng 2. tổng quan mạng LAN không dây 2.1 Giới thiệu 22 2.2 Hoạt động của LAN không dây .22 2.3 So sánh LAN hữu tuyến và LAN vô tuyến .23 2.4 Các ứng dụng của mạng không dây 25 2.5 Các tiêu chuẩn của mạng LAN không dây 27 Phần II Mạng lan không dây Chơng 3. kiến trúc mạng LAN không dây 3.1 Kiến trúc Logic của LAN không dây 30 3.2 Kiến trúc vật lý và các thành phần của LAN không dây 30 3.2.1 Anten thu phát .31 3.2.2 Kênh truyền thông .32 3.2.3 Các thiết bị đầu cuối 32 3.2.4 Phần mềm và giao diện mạng không dây .33 3.3 Kiến trúc IEEE 802.11 .35 3.3.1 Đặc tả kiến trúc IEEE 802.11 35 3.3.2 Lớp MAC .36 Nguyễn quang huy lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 4 Đồ án tốt nghiệp Mạng LAN không dây 3.3.3 Phân đoạn tập hợp 38 3.3.4 Giải thuật quay lui theo luật số mũ 39 3.3.5 Gia nhập một ô (BSS) .40 3.3.6 Roaming 40 3.3.7 Đồng bộ .41 3.3.8 An toàn 41 3.3.9 Các loại khung .41 3.3.10 Các khung thông dụng .45 3.3.11 Chức năng phối hợp điểm (PCF) 46 Chơng 4. các phơng pháp điều khiển truy xuất đờng truyền vật lý 4.1 Các phơng pháp truy nhập gán cố định .47 4.1.1 Phơng pháp đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) .47 4.1.2 Phơng pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) .48 4.1.3 Phơng pháp đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 49 4.2 Các phơng pháp truy nhập ngẫu nhiên 50 4.2.1 ALOHA thuần tuý .50 4.2.2 ALOHA phân khe 52 4.2.3 Đa truy nhập cảm ứng sóng mang (CSMA) .52 4.3 Các phơng pháp truy nhập có điều khiển 55 4.3.1 Phơng pháp chuyển thẻ bài 55 4.3.2 Truy nhập theo thứ tự .57 Chơng 5. kỹ thuật LAN không dây 5.1 Các yếu tố cơ bản trong thông tin không dây 58 5.1.1 Bộ thu phát không dây .58 5.1.2 Phát xạ điện từ .58 5.1.3 Phổ điện từ .59 5.1.4 Phạm vi truyền dẫn 60 5.2 Kỹ thuật LAN không dây 61 5.2.1 Phổ tần sử dụng cho LAN không dây 61 5.2.2 Đờng truyền không dây .62 5.2.3 Các kỹ thuật điều chế dùng cho LAN không dây 65 5.2.4 Các thành phần trong LAN không dây 72 5.2.5 Các cấu hình LAN không dây .74 5.2.6 Các kỹ thuật cho LAN hồng ngoại 78 5.3 Các vấn đề cần quan tâm đối với mạng không dây .81 5.3.1 Sự can nhiễu tín hiệu vô tuyến .81 5.3.2 Kiểm soát năng lợng 82 5.3.3 An ninh mạng 83 5.3.4 Các vấn đề về lắp đặt 84 KếT luận .86 Tài liệu tham khảo 87 Mở đầu Nguyễn quang huy lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 5 Đồ án tốt nghiệp Mạng LAN không dây Trong những năm trở lại đây, các vấn đề thông tin không dây đã trở nên rất sôi động trên thị tr- ờng điện thoại di động. Công nghệ không dây ngày nay đã có thể có mặt ở mọi nơi trên thế giới. Hàng trăm triệu ngời đang trao đổi thông tin hàng ngày sử dụng các máy nhắn tin, các điện thoại tế bào, và các sản phẩm thông tin không dây khác. Với sự thành công to lớn của các sản phẩm không dây và các dịch vụ bản tin, thì việc ứng dụng kỹ thuật thông tin không dây vào các mạng máy tính là một vấn đề rất đáng đợc quan tâm. So với các mạng máy tính sử dụng các phơng tiện truyền dẫn thông thờng là cáp, mạng máy tính không dây đem lại cho ta các tiện ích sau: + Tính di động + Dễ dàng lắp đặt trong mọi địa hình + Giảm đợc thời gian lắp đặt + Tăng độ tin cậy + Tiết kiệm chi phí lâu dài Cuộc cách mạng công nghệ thông tin ở nớc ta cũng đang diễn ra rất sôi động. Nhiều dự án phát triển công nghệ thông tin đã đợc triển khai theo các giải pháp tổng thể và trở thành đối tợng nghiên cứu, ứng dụng của nhiều ngời và của mọi ngành nghề khác nhau. Trong đó, mạng cục bộ (LAN) là phổ biến nhất vì tính tập trung, thống nhất, dễ dàng quản lý , đồng thời phản ánh nhu cầu thực tế của các cơ quan, trờng học, doanh nghiệp cần kết nối các hệ thống đơn lẻ thành mạng nội bộ để tạo khả năng trao đổi thông tin, phân chia tài nguyên (phần cứng và phần mềm). Với những triển vọng đó mạng cục bộ (LAN) không dây là đối tợng nghiên cứu chính trong đồ án tốt nghiệp này. Trong quá trình hoàn thành đồ án này đợc sự hớng dẫn tận tình, chu đáo của thầy giáo Vũ Đức Lý. Em xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, tháng 11 năm 2009 Sinh viên: Nguyễn Quang Huy Phần I Tổng quan mạng lan Nguyễn quang huy lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 6 Đồ án tốt nghiệp Mạng LAN không dây Chơng 1 Giới thiệu mạng LAN 1.1giới thiệu Mạng cục bộ, gọi chung là LAN (Local area Network) là những mạng riêng trong một cao ốc hay một khu tập thể cỡ vài kilômet. Mạng này đợc dùng rộng rãi để kết nối các máy tính cá nhân và trạm làm việc (work station) trong các văn phòng và công xởng trong công ty để dùng chung tài nguyên và trao đổi thông tin. Mục đích chính thiết kế LAN là: + Hoạt động trong vùng địa lý gới hạn. + Cho phép đa truy xuất vào môi trờng có băng thông cao + Điều khiển mạng độc lập bởi ngời quản trị cục bộ + cung cấp khả năng nối liên tục đến các dịnh vụ cục bộ +Tạo kết nối vật lý cho các thiết bị liền nhau. LAN phân biệt với các kiểu mạng khác ở ba đặc trng sau: a./ Kích cỡ : LAN hạn chế về kích cỡ, tức là thời gian truyền tải xấu đợc hạn chế và biết trớc. Biết đợc hạn chế này để có thể dùng kiểu thiết kế khác đi. Điều này sẽ làm việc quản trị mạng trở nên đơn giản. b./ Kĩ thuật truyền dẫn: LAN thờng dùng công nghệ truyền tải có một dây cáp đơn nhất cho mọi máy tính gắn vào, tơng tự nh mạng dây điện thoại sử dụng ở nông thôn. Các LAN truyền thông với tốc độ từ 10Mb/s đến 100Mb/s có độ trễ thấp (hàng trục microgiây), và rất ít lỗi. Tỷ suất lỗi trên mạng LAN thấp hơn nhiều so với mạng diện rộng, có thể đạt từ 8 10 đến 11 10 c./ Cấu hình: Có thể có nhiều cấu hình cho các LAN quảng bá, thờng ta có ba loại cấu hình cơ bản: cấu hình bus, cấu hình sao(start) và cấu hình ring. Ngài các cấu hình cơ bản trên ta còn có cấu hình mở rộng là sự kết hợp của các cấu hình cơ bản là: start bus và start ring. Trong tất cả các mạng máy tính đều có chung một số thành phần, chức năng, và đặc tính nhất định, đó là: + Máy chủ: cung cấp các tài nguyên chung cho ngời dùng mạng. + Máy khách: Máy truy nhập các tài nguyên mạng dùng chung do máy chủ cung cấp. + Phơng tiện truyền dẫn: cách thức và vật liệu truyền dẫn để nối máy tính (nh các loại cáp, sóng radio). + Dữ liệu dùng chung: Các tập tin do máy chủ cung cấp cho toàn mạng. + Các loại thiết bị ngoại vi dùng chung nh máy in. + Tài nguyên: Tập tin, máy in, hoặc những thành phần khác mà ngời dùng mạng sử dụng. Mạng máy tính đợc chia làm hai loại cơ bản: Nguyễn quang huy lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 7 Đồ án tốt nghiệp Mạng LAN không dây + Mạng ngang hàng (peer to peer): mạng này thì mọi máy tính trong mạng đều có vai trò nh nhau không có máy nào đợc chỉ định chịu trách nhiệm quản lý mạng, không tồn tại bất cứ máy phục vụ nào. +Mạng dựa trên máy phục vụ (server-based): trong mạng này có một máy phục vụ chuyên dụng. Sự phân biệt giữa hai loại mạng nói trên là rất quan trọng, bởi mỗi loại có nhnh khả năng khác nhau. Loại mạng mà chúng ta dang sử dụng sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nh: + Quy mô tổ chức (côngty hay văn phòng ) + Mức độ bảo mật cần có + Loại hình công việc + Mức đọ hỗ trợ có sẵn trong công tác quản trị + Nhu cầu ngời dùng mạng Mạng ngang hàng Trong hệ thống mạng ngang hàng, không tồn tại bất kỳ máy phục vụ chuyên dụng nào hoặc cấu trúc phân cấp giữa các máy tính. Mọi máy tính trong mạng đều bình đẳng và có vai trò nh nhau. Thông thờng, mỗi máy tính hoạt động với cả hai vai trò máy khách và máy phục vụ, vì vậy không có máy nào đợc chỉ định chịu trách nhiệm quản lý toàn mạng. Ngời dùng ở từng máy tính tự quyết định dữ liệu nào trên máy của họ sẽ đợc dùng chung trên mạng. Mạng dựa trên máy phục vụ Hiện nay hầu hết các mạng máy tính đều có máy phục vụ chuyên dụng. Máy phục vụ chuyên dụng là máy chỉ hoạt động nh một máy phục vụ chứ không kiêm luôn vai trò của máy khách hay trạm làm việc. Máy phục vụ có tính chuyên dụng vì chúng đợc tối u hoá để phục vụ nhanh những yêu cầu của khách hàng trên mạng, cũng nh để đảm bảo an toàn cho tập tin và th mục. Mạng dựa trên máy phục vụ đã trở thành mô hình chuẩn cho hoạt động mạng. Các dịch vụ mà máy phục vụ phải thi hành rất đa dạng và phức tạp bao gồm nhận các yêu cầu từ máy khách trên mạng, thực hiện một số quá trình xử lý để phục vụ các yêu cầu, và gửi các kết quả qua mạng trở lại máy khách. Một chơng trình trên máy phục vụ lắng nghe các yêu cầu của mạng và biết cách giải quyết các yêu cầu đó. Sau đó, máy chủ sử dụng mạng để gửi các kết quả tới máy khách. Ta có nhiều loại máy phục vụ khác nhau: Nguyễn quang huy lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 8 Đồ án tốt nghiệp Mạng LAN không dây NB* Máy chủ tập tin/in ấn: Máy phục vụ tập tin, in ấn quản lý việc truy nhập và sử dụng các tài nguyên máy in và tập tin của ngời dùng. Chẳng hạn, nếu chúng ta đang chạy một chơng trình xử lý văn bản, trình sử lý văn bản này sẽ chạy trên máy tính của chúng ta. Tài liệu xử lý văn bản, lu trên máy phục vụ tập tin, in ấn đợc tải vào bộ nhớ máy tính của chúng ta, sao cho chúng ta có thể hiệu chỉnh hoặc xử lý cục bộ. Nói cách khác, máy phục vụ tập tin, in ấn đợc dùng để lueu trữ tập tin và dữ liệu. *Máy phục vụ chơng trình ứng dụng: máy phục vụ chơng trình ứng dụng đảm bảo cho các chơng trình ứng dụng và dữ liệu có sẵn cho máy khách sử dụng. Chẳng hạn, máy chủ lu trữ lợng dữ liệu khổng lôf đợc tổ chức sao cho có thể truy nhập dễ dàng. Máy phục vụ chơng trình ứng dụng khác với máy phục vụ tập tin, in ấn. Với máy phục vụ tập tin/in ấn, dữ liệu hoặc tập tin đợc tải vào máy tính đa ra yêu cầu. Còn với máy phục vụ chơng trình ứng dụng, cơ sở dữ liệu tồn tại trên máy phục vụ và chỉ có kết quả của yêu cầu là đợc tải xuống máy tính đa ra yêu cầu. *Máy phục vụ th tín: Nguyễn quang huy lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 9 máy khách máy chủ tập tin Ethernet LAN Máy chủ CSDL Máy khách Máy khách máy kách mạng dựa trên máy chủ. Hoạt động hoạt động như như máy khách máy chủ in Ehternet LAN Hoạt động như Hoạt động như Hoạt động như Máy khách Máy khách Máy khách và máy chủ và máy chủ Hình 1.1: Ví dụ về mạng ngang hàng Và mạng dựa trên máy phục vụ Mạng ngang hàng Đồ án tốt nghiệp Mạng LAN không dây Máy phục vụ th tín quản lý việc trao đổi thông điệp giữa những ngời sử dụng trên mạng. *Máy phục vụ fax: Máy phục vụ fax quản lý lu lợng fax vào và ra khỏi mạng bằng cách dùng chung một hay nhiều bản mạch fax/modem. * Máy phục vụ truyền thông: Máy phục vụ truyền thông quản lý luồng dữ liệu và thông điệp E-mail giữa mạng riêng của máy phục vụ với các mạng khác, với máy tính lớn, hoặc ngời dùng truy nhập từ xa. Việc hoạch định sử dụng nhiều loại máy phục vụ khác nhau trở nên vô cùng quan trọng khi mạng phát triển theo diện rộng. Ngời lập kế hoạch phải tính đến tốc độ và khả năng phát triển của mạng, đảm bảo cho ngời dùng mạng sẽ không bị cản trở khi vai trò của một máy phục vụ cụ thể nào đó cần đợc thay đổi. 1.2 các thành phần cơ bản trong mạng lan 1.2.1 Cáp mạng Ngày nay phần lớn đợc kết nối bằng dây dẫn hoặc cáp thuộc loại nào đó, đóng vai trò nh ph- ơng tiện truyền tín hiệu giữa các máy tính trên mạng. Các loại cáp hiện nay thờng sử dụng: a./ Cáp đồng trục: Dạng đơn giản nhất, cáp đồng trục gồm một lõi đồng nguyên chất đợc bọc cách ly, một lớp bảo vệ bằng lới kim loại và một lớp vỏ bọc ngoài. Có hai loại cáp đồng trục là: loại cáp mảnh và loại cáp dày. Loại mảnh có đờng kính 0.25 inh (0.5cm). Có đặc điểm là mềm dẻo, nó có thể mang tín hiệu đi xa tới 185m trớc khi tín hiệu bắt đầu suy yếu. Loại cáp dày có dờng kính 0.5 inh (1.3cm). có dặc điểm là cứng, có thể mang tín hiệu đi xa 500m trớc khi tín hiệu suy yếu b./ Cáp xoắn đôi ở hình thái đơn giản cáp xoắn đôi gồm hai sợi dây cách ly quấn vào nhau. Cáp xoắn đôi có hai loại là: Cáp xoắn đôi trần (UTP) và cáp xoắn đôi có bọc (STP). Nguyễn quang huy lớp 0712E3b khoa công nghệ điện tử thông tin 10 Lớp vỏ bọc ngoài (PVC) chất cách ly Lưới đồng hoặc nhôm lõi dẫn điện Hình 1.2: Cáp đồng trục với những lớp khác nhau UTP STP Vỏ bọc bảo vệ Hinh 1.3: Cáp xoắn đôi trần và cáp xoắn đôi có vỏ bọc . Chơng 1 : Giới Thiệu Mạng LAN Chơng 2 : Tổng Quan Mạng LAN Không Dây Phần II : mạng lan không dây Chơng 3 : Kiến Trúc Mạng LAN Không Dây Chơng 4 : Các Phơng. 27 Phần II Mạng lan không dây Chơng 3. kiến trúc mạng LAN không dây 3.1 Kiến trúc Logic của LAN không dây. .30