THIẾT KẾ & XÂY DỰNG HỆ THỐNG MẠNG KHÔNG DÂY (WIRELESS NETWORK) CHO MỘT VĂN PHÒNG CỤ THỂ

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

MỤC LỤC

Mục Lục .................................................................................................................................1

...........

Danh sách hình vẽ...................................................................................................................4

Danh sách các từ viết tắt.........................................................................................................6

Lời mở đầu.............................................................................................................................7

PHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG MÁY TÍNH KHÔNG DÂY (WLAN).....9

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WLAN.......................................................10

Khái niệm Công nghệ WLAN..............................................................................................10

Ưu điểm của công nghệ WLAN..........................................................................................10

Hoạt động của mạng máy tính không dây..........................................................................11

1.4 Các chuẩn của 802.11.........................................................................................12

1.4.1.Các chuẩn WLAN thế hệ thứ nhất.............................................................12

1.4.2.Các chuẩn WLAN thế hệ thứ hai...............................................................13

1.5 Các mô hình kết nối............................................................................................14

1.5.1.Mô hình mạng Ad-hoc...............................................................................14

1.5.2.Mô hình mạng cơ sở..................................................................................15

1.5.3.Mô hình mạng mở rộng.............................................................................16

1.6 Kỹ thuật điều chế trải phổ.................................................................................17

1.6.1 Trải phổ trực tiếp DSSS............................................................................17

1.6.2 Trải phổ nhẩy tầng FHSS..........................................................................18

1.6.3 Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM.................19

1.7 Một số cơ chế sử dụng khi trao đổi thông tin trong mạng không dây..............20

1.7.1 Cơ chế CSMA-CA....................................................................................20

1.7.2 Cơ chế RTS/CTS.......................................................................................20

1.7.3 Cơ chế ACK..............................................................................................20

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG WLAN..................................................................22

2.1 Kiến trúc phân tầng và mô hình tham chiếu OSI..............................................22

2.1.1 Kiến trúc phân tầng...................................................................................22

2.1.2 Mô hình tham chiếu OSI...........................................................................22

2.2 Kiến trúc Logic của WLAN...............................................................................29

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 1 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

2.3 Kiến trúc vật lý và các thành phần của WLAN.................................................30

2.3.1 Anten thu phát...........................................................................................30

2.3.2 Kênh truyền thông........................................................................................32

2.3.3 Các thiết bị đầu cuối....................................................................................32

2.3.4 Phần mềm và giao diện mạng không dây.....................................................33

2.4 Kiến trúc IEEE 802.11........................................................................................35

2.4.1 Đặc tả kiến trúc IEEE 802.11.......................................................................36

2.4.2 Lớp MAC.....................................................................................................37

2.4.3 Phân đoạn tập hợp........................................................................................39

2.4.4 Giải thuật quay lui theo luật số mũ..............................................................41

2.4.5 Gia nhập một ô (BSS)..................................................................................42

2.4.6 Roaming.......................................................................................................42

2.4.7 Đồng bộ........................................................................................................43

2.4.8 An toàn..........................................................................................................43

2.4.9 Các loại khung..............................................................................................44

2.4.10 Các khung thông dụng................................................................................48

2.4.11 Chức năng phối hợp điểm (PCF)...............................................................49

CHƯƠNG III: KỸ THUẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM CỦA MẠNG

MÁY TÍNH KHÔNG DÂY............................................................................................51

3.1 Các yếu tố cơ bản trong thông tin không dây......................................................51

3.1.1 Bộ thu phát không dây.................................................................................51

3.1.2 Phát xạ điện từ.............................................................................................52

3.1.3 Phổ điện từ...................................................................................................52

3.1.4 Phạm vi truyền dẫn......................................................................................54

3.2 Kỹ thuật mạng LAN không dây...........................................................................54

3.2.1 Phổ tần được sử dụng cho mạng LAN không dây........................................55

3.2.2 Đường truyền không dây..............................................................................56

3.2.3 Các thành phần của mạng LAN không dây..................................................60

3.2.4 Các cấu hình mạng LAN không dây.............................................................63

3.2.5 Các kỹ thuật LAN hồng ngoại......................................................................68

3.3 Các vấn đề cần quan tâm đối với mạng không dây...............................................72

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 2 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

3.3.1 Sự can nhiễu tín hiệu vô tuyến......................................................................72

3.3.2 Kiểm soát năng lượng...................................................................................74

3.3.3 An ninh mạng...............................................................................................74

3.3.4 Các vấn đề cần lắp đặt.................................................................................76

PHẦN 2: ỨNG DỤNG CỦA MẠNG WLAN – THIẾT LẬP MẠNG WLAN

CHOMỘT VĂN PHÒNG CỤ THỂ...............................................................................78

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MẠNG KHÔNG DÂY BẰNG ROUTER BĂNG

THÔNG RỘNG TẠI NHÀ HOẶC VĂN PHÒNG........................................................79

4.1 Các thiết bị phần cứng .......................................................................................79

4.1.1 Router băng thông rộng không dây .............................................................80

4.1.2 Card mạng không dây .................................................................................81

4.1.3 Cài đặt .........................................................................................................83

4.2 Cấu hình Router & các máy tính trong mạng .....................................................86

4.2.1 Cấu hình các máy tính .................................................................................86

4.2.2 Cấu hình Router một cách cơ bản ...............................................................88

4.3 Kết nối các máy tính không dây vào mạng ........................................................94

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ & XÂY DỰNG HỆ THỐNG MẠNG KHÔNG DÂY

(WIRELESS NETWORK) CHO MỘT VĂN PHÒNG CỤ THỂ..................................97

5.1 Sơ đồ bố trí ..........................................................................................................97

5.2 Sơ đồ đặt Access point ........................................................................................99

5.3 Sơ đồ đi dây điện ..............................................................................................101

5.4 Cấu hình máy đề xuất .......................................................................................103

5.5 Bảng chi phí .....................................................................................................103

5.6 Cài đặt & Cấu hình dịch vụ ...............................................................................104

5.6.1 Access point (AP) ......................................................................................104

5.6.2 Wireless Card .............................................................................................110

5.6.3 ADSL .........................................................................................................118

KẾT LUẬN ..................................................................................................................119

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................120

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 3 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1-1 Mô hình mạng Ad – hoc...................................................................................15

Hình 1-2 Mô hình mạng cơ sở.........................................................................................16

Hình 1-3 Mô hình mạng mở rộng....................................................................................16

Hình 1-4 Hoạt động của trải phổ chuỗi trực tiếp ............................................................17

Hình 1-5 Mô hình nhẩy tần CABED...............................................................................19

Hình 1-6 Phương thức điều chế OFDM..........................................................................19

Hình 2-1 Kiến trúc phân tầng của mô hình tham chiếu OSI............................................22

Hình 2-2 Mô hình phân tầng của mạng LAN..................................................................29

Hình 2-3 Kiến trúc logic của LAN không dây.................................................................29

Hình 2-4 Các thành phần vật lý của một LAN không dây..............................................30

Hình 2-5 So sánh các anten vô hướng và định hướng.....................................................31

Hình 2-6 Hệ điều hành mạng dựa trên máy chủ..............................................................33

Hình 2-7 Hoạt động của một giao thức cảm ứng sóng mạng .........................................34

Hình 2-8 Một mạng LAN theo chuẩn IEEE 802.11 .......................................................36

Hình 2-9 Giao tác giữa các trạm A và B .........................................................................38

Hình 2-10 Phân đoạn khung .............................................................................................40

Hình 2-11 Cơ cấu truy nhập .............................................................................................41

Hình 2-12 Dạng khung MAC ...........................................................................................45

Hình 2-13 Trường điều khiển khung ................................................................................45

Hình 2-14 Dạng khung RTS .............................................................................................48

Hình 2-15 Dạng khung CTS .............................................................................................49

Hình 2-16 Dạng khung ACK ............................................................................................49

Hình 3-1 Phát thu sóng điện từ .......................................................................................51

Hình 3-2 Sóng điện từ ....................................................................................................52

Hình 3-3 Phổ điện từ sử dụng trong truyền thông ..........................................................53

Hình 3-4 Các băng tần ISM ............................................................................................56

Hình 3-5 Nhiễu xuyên kênh ............................................................................................57

Hình 3-6 Nhiễu xuyên mẫu .............................................................................................58

Hình 3-7 Raleigh fading .................................................................................................59

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 4 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

Hình 3-8 Các cầu nối cục bộ và từ xa ............................................................................62

Hình 3-9 Cấu hình LAN không dây đơn ô .....................................................................64

Hình 3-10 Cấu hình LAN không dây đa ô với các ô gối nhau .........................................65

Hình 3-11 Cấu hình mạng không dây đa ô với các ô không gối nhau ..............................66

Hình 3-12 Kỹ thuật “điểm và tia” kết nối một máy tính với một máy in .........................71

Hình 3-13 Hệ thống LAN hồng ngoại điểm – điểm .........................................................72

Hình 3-14 Sự can nhiễu bên trong và bên ngoài ...............................................................73

Hình 4-1 Một Router băng thông rộng điển hình ...........................................................80

Hình 4-2 Card mạng không dây PCI add – on ................................................................82

Hình 4-3 Card mạng không dây USB ..............................................................................82

Hình 4-4 Card mạng không dây PC Card ........................................................................83

Hình 4-5 Router băng thông rộng không dây điển hình ..................................................83

Hình 4-6 Cáp mạng điển hình ..........................................................................................84

Hình 4-7 Ví dụ về cổng LAN trên một Desktop .............................................................85

Hình 4-8 Ví dụ về cổng LAN trên Laptop .......................................................................85

Hình 4-9 Các kết nối mạng ..............................................................................................86

Hình 4-10 Thuộc tính của Card mạng ...............................................................................87

Hình 4-11 Cấu hình TCP/IP ..............................................................................................88

Hình 4-12 Màn hình đầu tiên trên Panel cấu hình Router .................................................90

Hình 4-13 Thiết lập Password quản trị ..............................................................................91

Hình 4-14 Cấu hình vùng thời gian ...................................................................................91

Hình 4-15 Cấu hình địa chỉ MAC .....................................................................................92

Hình 4-16 Cấu hình tên mạng & kích hoạt mã hóa ...........................................................93

Hình 4-17 Tiện ích cài đặt kết thúc ...................................................................................93

Hình 4-18 Các mạng không dây có sẵn ............................................................................94

Hình 4-19 Nhập khóa mã (Password) để truy cập vào mạng ............................................95

Hình 4-20 Đã kết nối được vào mạng ...............................................................................95

Hình 4-21 Laptop đã kết nối vào mạng không dây ...........................................................96

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 5 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

NOS – Network Operation System

IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers

AP – Access Point

BSS – Basic Service Set

BSSID – Basic Service Set Identifier

FCC – Federal Communication Commission

CSMA/CA – Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

CTS – Clear to send

DFS – Dynamic Frequency Selection

DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 6 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay khi cuộc sống của con người ngày càng được cải thịên thì nhu cầu sử

dụng các thiết bị kỹ thuật hiện đại có nhiều tiện ích, dễ sử dụng ngày càng được nâng cao.

Vì thế các ngành công nghệ như điện tử tin học, công nghệ viễn thông phát triển rất mạnh

mẽ, cung cấp ngày càng nhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao,

đáp ứng ngày càng tốt các yêu cầu của khách hàng. Thế kỷ 21 đã và đang chứng kiến sự

bùng nổ của thông tin vô tuyến trong đó tin tức di động đóng vai trò rất quan trọng.

Trên thế giới công nghệ WLAN trở nên phổ biến và phát triển từ đầu thế kỷ 21.

Năm 2003 WLAN mới manh nha ở Việt Nam và được Công ty VDC đưa vào thử

nghiệm tạo Seagames 22.

WLAN rất thích hợp cho nhu cầu sử dụng di động và các điểm truy cập đông

người. Nó cho phép người sử dụng truy cập mạng giống như khi sử dụng công nghệ mạng

máy tính truyền thống tại bất cứ thời điểm nào trong vùng phủ sóng.

WLAN đã trở nên phổ biến bởi tính tập trung, thống nhất, dễ dàng quản lý …, đồng

thời phản ánh nhu cầu thực tế của các cơ quan, trường học, doanh nghiệp cần kết nối các

hệ thống đơn lẻ thành mạng nội bộ để tạo khả năng trao đổi thông tin. Với những triển

vọng trên em đã quyết định chọn đề tài “Công nghệ và ứng dụng của WLAN” làm đồ án

tốt nghiệp, với mong muốn có thể tìm hiểu, nghiên cứu để hiểu biết thêm đề tài nóng hổi

này.

Nội dung đồ án tốt nghiệp được chia làm 2 phần:

PHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG MÁY TÍNH KHÔNG DÂY (WLAN)

 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WLAN

 CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC MẠNG WLAN

 CHƯƠNG III: KỸ THUẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM CỦA MẠNG

MÁY TÍNH KHÔNG DÂY

PHẦN 2: ỨNG DỤNG CỦA MẠNG WLAN – THIẾT LẬP MẠNG WLAN CHOMỘT

VĂN PHÒNG CỤ THỂ

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 7 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MẠNG KHÔNG DÂY BẰNG ROUTER BĂNG

THÔNG RỘNG TẠI NHÀ HOẶC VĂN PHÒNG

 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ & XÂY DỰNG HỆ THỐNG MẠNG KHÔNG DÂY

(WIRELESS NETWORK) CHO MỘT VĂN PHÒNG CỤ THỂ

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Phạm Văn Tiến đã định hướng đề tài, tận

tình chỉ bảo và hướng dẫn giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án, cũng như xin được

cảm ơn bạn bè đã góp ý, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa điện tử viễn thông

trường Đại học Bách khoa Hà nội đã dạy dỗ và trang bị kiến thức cho em trong những năm

qua.

Do trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được

sự góp ý của thầy cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 8 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

PHẦN 1: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG

MÁY TÍNH KHÔNG DÂY (WLAN)

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ WLAN

1.1. Khái niệm Công nghệ WLAN

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 9 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

WLAN là một loại mạng máy tính nhưng việc kết nối giữa các thành phần trong

mạng không sử dụng các loại cáp như một mạng thông thường, môi trường truyền thông

của các thành phần trong mạng là không khí. Các thành phần trong mạng sử dụng sóng

điện từ để truyền thông với nhau.

1.2. Ưu điểm của WLAN

Mạng máy tính không dây đang nhanh chóng trở thành một mạng cốt lõi trong

các mạng máy tính và đang phát triển vượt trội. Với công nghệ này, những người sử dụng

có thể truy cập thông tin dùng chung mà không phải tìm kiếm chỗ để nối dây mạng, chúng

ta có thể mở rộng phạm vi mạng mà không cần lắp đặt hoặc di chuyển dây. Các mạng máy

tính không dây có ưu điểm về hiệu suất, sự thuận lợi, cụ thể như sau:

- Tính di động : những người sử dụng mạng máy tính không dây có thể truy nhập nguồn

thông tin ở bất kỳ nơi nào. Tính di động này sẽ tăng năng suất và tính kịp thời thỏa mãn

nhu cầu về thông tin mà các mạng hữu tuyến không thể có được.

- Tính đơn giản : lắp đặt, thiết lập, kết nối một mạng máy tính không dây là rất dễ dàng,

đơn giản và có thể tránh được việc kéo cáp qua các bức tường và trần nhà.

- Tính linh hoạt : có thể triển khai ở những nơi mà mạng hữu tuyến không thể triển khai

được.

- Tiết kiệm chi phí lâu dài : Trong khi đầu tư cần thiết ban đầu đối với phần cứng của một

mạng máy tính không dây có thể cao hơn chi phí phần cứng của một mạng hữu tuyến

nhưng toàn bộ phí tổn lắp đặt và các chi phí về thời gian tồn tại có thể thấp hơn đáng kể.

Chi phí dài hạn có lợi nhất trong các môi trường động cần phải di chuyển và thay đổi

thường xuyên.

- Khả năng vô hướng : các mạng máy tính không dây có thể được cấu hình theo các topo

khác nhau để đáp ứng các nhu cầu ứng dụng và lắp đặt cụ thể. Các cấu hình dễ dàng thay

đổi từ các mạng ngang hàng thích hợp cho một số lượng nhỏ người sử dụng đến các mạng

có cơ sở hạ tầng đầy đủ dành cho hàng nghìn người sử dụng mà có khả năng di chuyển trên

một vùng rộng.

Sự tiện lợi: Mạng không dây cũng như hệ thống mạng thông thường. Nó cho phép

người dùng truy xuất tài nguyên mạng ở bất kỳ nơi đâu trong khu vực được triển khai(nhà

hay văn phòng). Với sự gia tăng số người sử dụng máy tính xách tay (laptop), đó là một

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 10 -

Công nghệ và ứng dụng của WLAN

điều rất thuận lợi.

Khả năng di động: Với sự phát triển của các mạng không dây công cộng, người dùng

có thể truy cập Internet ở bất cứ đâu. Chẳng hạn ở các quán Cafe, người dùng có thể truy

cập Internet không dây miễn phí.

Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ nơi này đến nơi khác.

Triển khai: Việc thiết lập hệ thống mạng không dây ban đầu chỉ cần ít nhất 1 access

point. Với mạng dùng cáp, phải tốn thêm chi phí và có thể gặp khó khăn trong việc triển

khai hệ thống cáp ở nhiều nơi trong tòa nhà.

Khả năng mở rộng: Mạng không dây có thể đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng

người dùng. Với hệ thống mạng dùng cáp cần phải gắn thêm cáp.

1.3. Hoạt động của mạng máy tính không dây (wlan)

Các mạng máy tính không dây sử dụng các sóng điện từ không gian (vô tuyến

hoặc ánh sáng) để truyền thông tin từ một điểm tới điểm khác. Các sóng vô tuyến thường

được xem như các sóng mang vô tuyến do chúng chỉ thực hiện chức năng cung cấp năng

lượng cho một máy thu ở xa. Dữ liệu đang được phát được điều chế trên sóng mang vô

tuyến (thường được gọi là điều chế sóng mang nhờ thông tin đang được phát) sao cho có

thể được khôi phục chính xác tại máy thu.

Nhiễu sóng mang vô tuyến có thể tồn tại trong cùng không gian, tại cùng thời điểm

mà không can nhiễu lẫn nhau nếu các sóng vô tuyến được phát trên các tần số vô tuyến

khác nhau. Để nhận lại dữ liệu, máy thu vô tuyến sẽ thu trên tần số vô tuyến của máy phát

tương ứng.

Trong một cấu hình mạng máy tính không dây tiêu chuẩn, một thiết bị thu/phát (bộ

thu/phát) được gọi là một điểm truy cập, nối với mạng hữu tuyến từ một vị trí cố định sử

dụng cáp tiêu chuẩn. Chức năng tối thiểu của điểm truy cập là thu, làm đệm, và phát dữ

liệu giữa mạng máy tính không dây và cơ sở hạ tầng mạng hữu tuyến. Một điểm truy cập

đơn có thể hỗ trợ một nhóm nhỏ người sử dụng và có thể thực hiện chức năng trong một

phạm vi từ một trăm đến vài trăm feet. Điểm truy cập (hoặc anten được gắn vào điểm truy

cập) thường được đặt cao nhưng về cơ bản có thể được đặt ở bất kỳ chỗ nào miễn là đạt

được vùng phủ sóng mong muốn.

Nguyễn Thanh Phương – Lớp Điện Tử Viễn Thông – K43 - 11 -