Nhóm 7 – lp D04VT1 1 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 i nói u Nhóm 7 – lp D04VT1 i 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ng 1: Gii thiu chung v chun IEEE 802.11n Ø Chng 2: Gii thiu phân lp 802.11n MAC trong mô hình OSI Ø Ch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. c lc Nhóm 7 – lp D04VT1 ii C L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 Danh mc hình v Nhóm 7 – lp D04VT1 iii 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 Thut ng vit tt Nhóm 7 – lp D04VT1 iv THUT NG VIT TT A ACK Acknownledgement Báo nhn AES Advanced Encription Standard Chun mã hóa tiên tin AP Access Point m truy nhp ATIM Ad-hoc TIM TIM ca mng Ad-hoc B BSS Basic Service Set p dch v c s C CAM Continuous Aware Mode Ch nhn thc liên tip CCMP Cipher Block Chainning Message Bn tin chui khi mã hóa CFP Contension Free Periord Chu k không xung t CP Contension Periord Chu k xung t CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance a truy nhp cm nhn sóng mang nhm tránh xung t D DCF Distributed Coordination Function Khi chc nng DCF DSSS Directed Sequence Spread Spectrum Tri ph chui trc tip E EAPoL EAP over LAN EAP trong mng LAN ESS Extended service sets p dch v m rng I IBSS Independent BSS BSS không ph thuc IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Vin các k sn n t M MAC Medium Access Control u khin truy nhp môi trng MIMO Multiple Input Multiple Output Công ngh MIMO MPDU Message Protocol Data Units n v d liu giao thc bn tin MSDU MAC Service Data Units n v d liu dch v MAC N NAV Network Allocation Vector Vector nh v mng O OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tn s trc giao OSA Open System Authentication Xác thc h thng m Thut ng vit tt Nhóm 7 – lp D04VT1 v P PCF Point Coordination Function Khi chc nng PCF PMK Pair-wise Master Key Khóa PMK PSP Power Save Polling Thm dò tit kim nng lng PTK Pair-wise Transient Key Khóa PTK R RTS/CTS Request to Send/ Clear to Send Giao thc RTS/CTS S SDM Space Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo không gian SIFS Short Interframe Space Khong cách liên khung ngn SKA Shared Key Authentication Xác thc h thng m SSID Service Set Identifier Nhn dng tp dch v STA Station A Máy trm A T TIM Traffic Indication Map  ch th lu lng W WEP Wired Equivalent Privacy t mã tng ng hu tuyn WLAN Wireless LAN ng LAN không dây WPA Wifi Protected Access Công ngh mã hóa WPA ca Wifi Chng 1: Gii thiu chung v IEEE 802.11n Nhóm 7 – lp D04VT1 1 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 c t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 Chng 1: Gii thiu chung v IEEE 802.11n Nhóm 7 – lp D04VT1 2 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 Chng 2: Gii thiu phân lp 802.11n MAC trong mô hình OSI Nhóm 7 – lp D04VT1 3 CH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 Chng 2: Gii thiu phân lp 802.11n MAC trong mô hình OSI Nhóm 7 – lp D04VT1 4 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 [...]... : 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 .11 n 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...Ch ng 2: Gi i thi u phân l p 802 .11 n 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... 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 . bn ca phân lp MAC trong chun IEEE 802. 11 n. Tài liu c trình bày thành 3 chng gm: Ø Chng 1: Gii thiu chung v chun IEEE 802. 11 n Ø Chng 2: Gii thiu phân lp 802. 11 n MAC trong mô. thông trong ch PCF 8 CHNG III: CHC NNG PHÂN LP 802. 11 n 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 cp 802. 11 n 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. 11 b/g hot ng trên tn s 2.4Ghz. Ngòai kh nng vn hành vi nhau, thit b 802. 11 n