khảo sát mạng lan với các phần mở rộng không dây

-1-

Hà Nội – 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

DƯƠNG VIẾT HUY

KHẢO SÁT MẠNG LAN

VỚI CÁC PHẦN MỞ RỘNG KHÔNG DÂY

LUẬN VĂN THẠC SỸ

-2-

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

DƯƠNG VIẾT HUY

KHẢO SÁT MẠNG LAN

VỚI CÁC PHẦN MỞ RỘNG KHÔNG DÂY

Ngành : Công nghệ thông tin

Chuyên ngành : Truyền dữ liệu và Mạng máy tính

Mã số : 60 48 15

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT

Hà Nội – 2010

-1-

MỤC LỤC

MỞ ĐẦUU.........................................................................................................................6

CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆUU...........................................................................................7

1.1. Sự ra đời và phát triển của mạng máy tính............................................................7

1.1.1. Sự ra đời của các mạng LAN (có dây)............................................................7

1.1.2. Sự ra đời của mạng Internet ............................................................................7

1.1.3. Sự ra đời của các mạng LAN không dây - WLAN.........................................8

1.2. Đường truyền không dây và các vấn đề phải giải quyết .....................................11

1.2.1. Đặc điểm của đường truyền không dây ........................................................11

1.2.2. Cơ chế điều khiển lưu lượng và phản ứng sai lầm của TCP.........................19

1.3. Mục đích nghiên cứu của luận văn. ....................................................................19

CHƯƠNG 2 - MẠNG WLAN VÀ VIỆC KẾT NỐI VỚI INTERNET.......................21

2.1. Giao thức MAC của mạng LAN - CSMA/CD...................................................21

2.2. Giao thức MAC của mạng WLAN - CSMA/CA................................................23

2.2.1. CSMA/CD không thể sử dụng cho mạng WLAN ........................................23

2.2.2. Giao thức CSMA/CA....................................................................................24

2.2.3. Giao thức CSMA/CA + ACK .......................................................................25

2.2.4. Giao thức CSMA/CA + ACK + RTS/CTS ...................................................26

2.3. Chức năng DCF, PCF .........................................................................................27

2.3.1. Chức năng cộng tác phân tán - DCF.............................................................27

2.3.2. Chức năng cộng tác tập trung - PCF.............................................................28

2.3.3. Các giá trị SIFS, DIFS, PIFS.........................................................................29

2.4. Kết nối WLAN với Internet ................................................................................31

2.4.1. Chức năng của AP.........................................................................................31

2.4.2. Các mô hình kết nối ......................................................................................33

2.4.3. AP và kênh truyền sóng ................................................................................35

2.4.4. Vấn đề nút mạng di động. .............................................................................37

CHƯƠNG 3: CẢI TIẾN TCP CHO MẠNG HỖN HỢP .............................................43

3.1. Giao thức TCP/IP đối với mạng có đường truyền không dây ............................43

3.2. Các tiêu chí đánh giá giao thức mạng .................................................................44

-2-

3.3. Một số giao thức cải tiến TCP dùng cho mạng hỗn hợp.....................................46

3.3.1. Split TCP ......................................................................................................46

3.3.2. Snoop TCP ....................................................................................................47

3.3.3. M-TCP ..........................................................................................................51

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ BẰNG MÔ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA CÁC GIAO THỨC

GIAO VẬN TRONG MẠNG CÓ PHẦN MỞ RỘNG KHÔNG DÂY........................53

4.1. Giới thiệu bộ mô phỏng mạng NS-2 ...................................................................54

4.1.1. Mô phỏng mạng LAN...................................................................................57

4.1.2. Mô phỏng WLAN .........................................................................................59

4.2. Đánh giá hiệu suất giao thức TCP, UDP trong mạng LAN............................... 68

4.3. Đánh giá hiệu suất giao thức TCP, UDP trong mạng hỗn hợp ...........................72

KẾT LUẬN ...................................................................................................................78

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................79

-3-

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AES Advanced Encryption Standard

AODV Ad hoc On-Demand Distance Vector

AP Access Point

BER Bit Error Ratio

BSSs Independent Basic Service Sets

CBR Constant Bit Rate

CS Carrier Sense

CSMA Carrier Sense Multiple Access

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect

CTS Clear To Send

DCF Distributed Co-ordination Function

DFS Dynamic Frequency Selection

DIFS Distributed Co-ordinate Function Interframe Space

DSDV Destination-Sequenced Distance-Vector

DSR Dynamic Source Routing

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

E-mail Electronic Mail

ESSs Extended Service Sets

FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum

FTP File Transfer Protocol

IAPP Inter-AP Protocol

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IFS Interframe Spacing

ISDN Integrated Services Digital Network

ISM Industrial, Scientific and Medical

LAN Local Area Network

MAC Medium Access Control

MAN Metropolitan Area Network

-4-

Modem modulator and demodulator

NAM Network Animator

NS2 Network Simulator

AODV Adhoc On-demand Distance Vector

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Otcl Object Oriented Tool Command Language

PCF Point Co-ordination Function

PIFS Point Co-ordination Function Interframe Space

PSM Power Saving Mode

QoS Quality of Service

REAL Realistic and Large

RTP Real-time Transport Protocol

RTS Request To Send

RTT Round Trip Time

SIFS Short Inter-Frame Space

SW Switch

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol

TELNET TELecommunication NETwork

TORA Temporally ordered Routing Algorithm

TPC Transmission Power Control

UDP User Datagram Protocol

UNII Unlicensed National Information Infrastructure

VBR Variable Bit Rate

WAN Wide Area Network

WEP Wired Equivalent Privacy

WIFI Wireless Fidelity

WLAN Wireless Local Area Network

WWW World Wide Web

-5-

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Chế độ tiết kiệm năng lượng ở 802.11 ................................................14

Hình 1.2: Mô hình lỗi Markov 2 trạng thái..........................................................15

Hình 2.1: Điều khiển truy nhập CSMA ..............................................................21

Hình 2.2: Trạm A và C được xem là "ẩn" đối với nhau......................................23

Hình 2.3: Trạm C bị lộ đối với trạm B.................................................................23

Hình 2.4: Lược đồ giao thức CSMA/CA có ACK...............................................25

Hình 2.5: CSMA/CA sử dụng RTS/CTS và ACK...............................................26

Hình 2.6: Mô hình RTS/CTS ...............................................................................27

Hình 2.7: Mô hình Root mode .............................................................................32

Hình 2.8: Mô hình AP ở chế độ Bridge mode .....................................................32

Hình 2.9: Mô hình AP ở chế độ Repeater mode ..................................................32

Hình 2.10: Mô hình mạng Ad-hoc .......................................................................33

Hình 2.11: Mô hình mạng cơ sở...........................................................................34

Hình 2.12: Mô hình mạng mở rộng......................................................................34

Hình 2.13: Mô tả các tần số 2.4GHz cho các kênh 802.11b/g.............................35

Hình 2.14: Minh họa phổ tín hiệu 802.11b .........................................................35

Hình 2.15: Chồng lấn kênh liền kề 802.11b.........................................................36

Hình 2.16: Không xảy ra hiện tượng chồng lấn kênh 802.11b ............................36

Hình 2.17: MH sẽ mất kết nối với AP khi cường độ tín hiệu thấp ......................37

Hình 2.18: Phạm vi phủ sóng của các AP chồng lên nhau. .................................38

Hình 2.19: Nhiễu do sử dụng cùng kênh truyền ..................................................39

Hình 2.20: MH di chuyển từ AP1 sang AP2 khác kênh truyền ...........................39

Hình 3.1: Mô hình Split Connection ....................................................................46

Hình 3.2: Tiến trình xử lý dữ liệu từ FH đến MH................................................48

Hình 3.3: Tiến trình xử lý ACK ...........................................................................49

Hình 3.4: MH chỉ trao đổi gói tin với Primary AP ..............................................50

Hình 3.5: Mô hình kết nối M-TCP.......................................................................51

Hình 4.1: Ánh xạ trong cùng đối tượng giữa C++ và OTCL...............................55

Hình 4.2: Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng..........................................55

Hình 4.3: Luồng các sự kiện mô phỏng được kết xuất ra file..............................57

Hình 4.4: Minh họa ngăn xếp mạng dùng cho LAN............................................58

Hình 4.5: Thực tế kết nối và thể hiện định tuyến trên NS2 .................................59

Hình 4.6: Lược đồ của một mobile node chuẩn 802.11 của Monarch trong NS.

..............................................................................Error! Bookmark not defined.

Hình 4.7: Các vị trí chèn lỗi khi mô phỏng mạng không dây. .............................67

Hình 4.8: Mô hình khảo sát mạng LAN...............................................................68

Hình 4.9: Kết quả mô phỏng TCP trong mạng LAN...........................................71

Hình 4.10: Tôpô mạng hỗn hợp WLAN + Internet khi truyền TCP, UDP.........72

-6-

MỞ ĐẦU

Mạng LAN nói chung (LAN có dây) có đặc điểm là tốc độ cao, tỉ suất lỗi

gói tin nhỏ, độ trễ của các gói tin truyền trong mạng nhỏ và thăng giáng độ trễ

(jitter) không quá lớn. Ngày nay việc kết nối các mạng LAN không dây

(WLAN) với mạng LAN có dây ngày càng trở nên phổ biến, các ứng dụng về

mạng hỗn hợp hai loại truyền thông này đã mang lại cho cho xã hội thêm những

mô hình kết nối mới đầy hiệu quả. Tuy nhiên, mạng WLAN có nhiều đặc điểm

ảnh hưởng xấu đến hiệu suất truyền thông, do đặc tính nhiều lỗi của đường

truyền cũng như tính có thể di động của nút mạng. Khi kết nối LAN với WLAN,

mạng tạo thành là hỗn hợp, nảy sinh nhiều vấn đề làm giảm hiệu suất truyền

thông. Chính vì lý do đó, tôi đã lựa chọn đề tài "Khảo sát mạng LAN với các

phần mở rộng không dây" để nghiên cứu.

Để thực hiện những nội dung nghiên cứu trên, luận văn của tôi gồm phần

mở đầu, 4 chương và kết luận. Nội dung của các chương được tóm tắt như sau:

Chương 1: Tìm hiểu lịch sử các mạng LAN, WLAN, Internet; đặc điểm

của đường truyền không dây và các vấn đề cần giải quyết; tóm tắt một số nghiên

cứu theo hướng cải tiến giao thức TCP để phù hợp với mạng hỗn hợp. Trên các

cơ sở đó để xác định mục tiêu của đề tài.

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết về mạng WLAN và các vấn đề liên quan

đến hiệu suất truyền thông khi kết nối với Internet; nghiên cứu vấn đề nút mạng

di động trong một hay nhiều vùng phủ sóng của 1 hay nhiều AP.

Chương 3: Tìm hiểu, đánh giá một số cải tiến TCP cho mạng có đường

truyền không dây, làm tiền đề cho những nghiên cứu của tôi theo hướng này.

Chương 4: Tìm hiểu các vấn đề liên quan đến mô phỏng mạng LAN,

WLAN trong NS2; viết chương trình mô phỏng và phân tích kết quả một số thí

nghiệm về các nút trong mạng hỗn hợp LAN và WLAN khi truyền ở hai hình

thức TCP và UDP.

Để hoàn thiện luận văn này, tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với

PGS.TS Nguyễn Đình Việt – là người đã giảng dạy và tận tình hướng dẫn tôi

trong suốt quá trình thực hiện luận văn.