đồ án kỹ thuật viễn thông BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO VoIP TRONG WLAN

Các mạngsố liệu vốn dĩ không phải xây dựng với mục đích truyền thoại thời gian thực, vì vậykhi truyền thoại qua mạng số liệu cho chất lượng cuộc gọi thấp và không thể xá

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VOIP

1.1 Công nghệ VoIP.

VoIP (Voice over IP): được hiểu là công nghệ truyền thoại qua môi trường IP.Tại đầu phát, tín hiệu thoại được mã hóa, sau đó thay vì truyền trên mạng PSTNqua các tổng đài chuyển mạch kênh, chúng được nén xuống tốc độ thấp, đóng gói

và truyền trên mạng IP Tại đầu thu, các gói tin này được giải nén, giải mã để khôiphục lại tín hiệu thoại ban đầu Sự khác nhau chính giữa VoIP và điện thoại truyềnthống là ở mạng truyền dẫn và khuôn dạng thông tin dùng để truyền dẫn

Mặc dù chất lượng của điện thoại IP ban đầu chưa được tốt nhưng chi phí thấphơn nhiều so với điện thoại truyền thống đã trở thành yếu tố cạnh tranh giúp nó tồntại Hiện nay, chất lượng các cuộc gọi thoại qua mạng IP đang ngày một tăng lên vàVoIP đã trở thành một trong những bước tiến quan trọng để hội tụ các công nghệtruyền thông dữ liệu, video và tiếng nói Trên thực tế việc thực thi VoIP còn phụthuộc vào rất nhiều các yếu tố khác như công nghệ, cơ sở hạ tầng, phần mềm, hệthống quản lý….Do đặc điểm của mạng gói là tận dụng tối đa việc sử dụng băngthông mà ít quan tâm tới thời gian trễ lan truyền và xử lý trên mạng, trong khi tínhiệu thoại lại là dạng thời gian thực, cho nên người ta phải bổ sung vào mạngnhững phần tử mới và thiết kế các giao thức phù hợp để có thể đảm bảo chất lượngdịch vụ cho người dùng

Sự ra đời và phát triển nhanh của VoIP là động lực để các tổ chức chuẩn hóaliên quan như ITU-T hay IETF hoàn thiện các chuẩn của mình Có rất nhiều chuẩnhỗ trợ VoIP như H.225, H.245 (cho quản lý), H.261, H.263 (cho mã hóa video),G.711, G.723, G.729 (cho mã hóa thoại) Để báo hiệu có hai chuẩn là H.323 củaITU-T và SIP của IETF

1.2 Ưu nhược điểm của VoIP so với điện thoại thông thường.

1.2.1 Các ưu điểm.

 Thông tin thoại trước khi đưa lên mạng IP sẽ được nén xuống dung lượngthấp (tùy theo kĩ thuật nén), vì vậy sẽ làm giảm được lưu lượng mạng

 Trong trường hợp cuộc gọi ở mạng chuyển mạch kênh, một kênh vật lí sẽđược thiết lập và duy trì giữa hai bên cho đến khi một trong hai bên hủy bỏ liên kết.Như vậy, trong khoảng thời gian không có tiếng nói, tín hiệu thoại vẫn được lấymẫu, lượng tử hóa và truyền đi Vì vây, hiệu suất đường truyền sẽ không cao Đốivới điện thoại IP có các cơ chế phát hiện khoảng lặng (khoảng thời gian không cótiếng nói) nên sẽ làm tăng hiệu suất mạng

1.2.2 Các nhược điểm.

 Nhược điểm chính của điện thoại IP chính là chất lượng dịch vụ Các mạngsố liệu vốn dĩ không phải xây dựng với mục đích truyền thoại thời gian thực, vì vậykhi truyền thoại qua mạng số liệu cho chất lượng cuộc gọi thấp và không thể xácđịnh trước được Sở dĩ như vậy là vì gói tin truyền trong mạng có trễ thay đổi trongphạm vi lớn, khả năng mất mát thông tin trong mạng hoàn toàn có thể xảy ra Mộtsố yếu tố làm giảm chất lượng thoại nữa là kỹ thuật nén để tiết kiệm đường truyền.Nếu nén xuống dung lượng càng thấp thì kĩ thuật nén càng phức tạp, cho chấtlượng không cao và đặc biệt là thời gian xử lí sẽ lâu, gây trễ

 Một nhược điểm khác của thoại IP là vấn đề tiếng vọng Nếu như trong mộtmạng thoại, do trễ ít nên tiếng vọng không ảnh hưởng nhiều thì trong mạng IP, dotrễ lớn nên tiếng vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại Vì vậy, tiếng vọng làmột vấn đề cần phải giải quyết trong điện thoại IP

1.3 Kiến trúc mạng VoIP.

Hình 1.1: Kiến trúc mạng VoIP

Hình 1.1 biểu diễn sự phân loại ở tầng cao của kiến trúc VoIP Nó bao gồmbốn điểm cuối truyền thông, hai trong số chúng là thiết bị PSTN (A và B) và 2 cáicòn lại là thiết bị Internet (C và D) Chú ý rằng một thiết bị PSTN thường là mộtchiếc điện thoại trong khi một thiết bị Internet có thể là phần mềm chạy trên PChoặc là một thiết bị tách rời như một chiếc VoIP cầm tay Bây giờ hãy xem xét cáctình huống sau:

 Cuộc gọi C-D

Trong tình huống này, cả hai điểm cuối là thiết bị Internet và do đó cuộcthoại không bao giờ dời khỏi tên miền IP Các giao thức báo hiệu thường sử dụng

là điểm-điểm cho kết nối trực tiếp, SIP hoặc H323

 Cuộc gọi A-D

Trong trường hợp này, chúng ta có hai điểm cuối, một là thiết bị Internet vàmột là thiết bị PSTN Để cho phép truyền thông giữa thiết bị VoIP và thiết bị PSTNthì phải sử dụng một cổng VoIP.

Ở đây, gateway (cổng) là một thực thể logic nó kết nối giữa hai mạng khácnhau, thí dụ như PSTN và IP trong trường hợp của VoIP Cổng có thể được phânloại dựa trên các tiêu chuẩn khác nhau Dựa trên chức năng một cổng có thể là cổngbáo hiệu hoặc cổng phương tiện Cổng báo hiệu bảo đảm kết nối giữa báo hiệuVoIP và báo hiệu PSTN Nó thực hiện chức năng này bằng cách phiên dịch lệnhbáo hiệu PSTN thành bản tin báo hiệu tương ứng trong VoIP Mặt khác cổngphương tiện chịu trách nhiệm bảo đảm rằng tuyến thoại từ vựng PSTN (A-1) tớivùng IP (1-D) được xuyên suốt

Một sự phân loại khác của cổng là dựa trên kích thước/dung lượng của cổng Mộtcổng mạng khu dân cư được triển khai tại doanh nghiệp của khách hàng Điện thoạihữu tuyến kết nối tới tổng đài này qua RJ45 và tổng đài này kết nối tới Internet Nhữngthiết bị này cho phép người sử dụng dựng điện thoại PSTN thông thường và thực hiệncuộc gọi qua VoIP thay vì PSTN Một thí dụ là Gateway-1 trong hình 2.1 Cuối cùng

là cổng chuyển tiếp, là cổng có dung lượng rất cao, thường được triển khai bởi các nhàcung cấp dịch vụ để chuyển các cuộc gọi từ PSTN tới mạng IP Trong hình 1.1,Gateway-1 có thể là một cổng mạng khu dân cư đặt tại A

 Cuộc gọi A-B

Trong trường hợp này chúng ta có hai điểm cuối là PSTN Thường thì mộtcuộc gọi sẽ hoàn toàn được truyền đi trong mạng PSTN Tuy nhiên, các nhà cungcấp dịch vụ điện thoại trong hình 1.1 quyết định triển khai Gateway-2 trung kế đểchuyển cuộc gọi thoại tới Internet Cuộc gọi được truyền đi như là VoIP giữa cáccổng 1 và 2 và chuyển mạch điện thoại giữa A và 1, B và 2 Chú ý rằng trong hình1.1, chúng ta giả thuyết rằng Gateway-1 và 2 đóng vai trị như là cổng báo hiệu vàcổng phương tiện

1.4 Các kỹ thuật mã hóa và nén số trong VoIP.

Một số kỹ thuật mã hóa thoại được sử dụng trong mạng VoIP như làchuẩn mã hóa G.723, G.729, G.729A, G.729B, G.723.1 Các bộ mã hóa sử dụng kỹthuật dự đoán tuyến tính dựa vào việc phân tích và tổng hợp được chuẩn hóa trongchuẩn G.723 (tạo ra luồng bit với tốc độ 5.3 hoặc 6.3 kb/s) và G.729 (tạo ra luồngbit tốc độ 8kb/s) Cả 2 chuẩn G.723 và G.729 đều có một số phiên bản hỗ trợ tốc độbit thấp hoặc mã hóa hiệu quả Bộ mã hóa G.723 và G.723.1 xử lý tín hiệu thoạitrong các khung 30s, còn G.729 và G.729A xử lý các khung có độ dài 10s Do đó,

đợ trễ của hệ thống G.723.1 xấp xỉ 37.5ms, còn của G.729A là khoảng 15s Độ trễ

nhỏ sẽ hữu ích khi phát triển các hệ thống có yêu cầu khắt khe về trễ đầu cuối, vìdụ phải ít hơn 150ms để đạt được chất lượng thoại cao

Gói tin đầu ra sau mã hóa G.723.1 bao gồm 159bit khi mã hóa ở tốc độ 5,3kb/s hay 192 bit khi tốc độ mã hóa là 6.3 kb/s, trong khi G.729A tạo ra gói tin 80bit Tuy nhiên, bộ mã hóa G.729A tạo ra số gói tin nhiều gấp 3 lần trong 1 giây sovới G.723.1 Thuật toán phát hiện hoạt động thoại có thể nén khoảng lặng và tạo ranhiễu nền hữu ích để làm tăng chất lượng cuộc đàm thoại Nó dự đoán sự xuất hiệncủa tín hiệu thoại bằng cách phân tích trạng thái hiện tại và quá khứ G.729B chophép chèn các khung mô tả khoảng lặng trong khoảng thời gian im lặng Việc chèncác khung này cho phép giảm tính phức tạp của quá trình xử lý gói tin im lặngnhưng lại làm tăng tốc độ bit Do đó, dù trong các cuộc hội thoại thông thường việc

bỏ khoảng lặng có thể làm giảm 60% tổng dữ liệu, G.729B tạo luồng dữ liệu thoạivẫn nhiều hơn 4 kb/s một chút Hầu hết các nhà sản xuất VoIP đều hỗ trợ sự lựachọn cả G.723, G.729 và G.711 trong các sản phẩm của mình Bảng 1.1 dưới đây thể

hi n m t số đ c tính của các chuẩn mã hóa đang được sử dụng trong thực tế.

Bộ mã hóa Tốc độ đỉnh (kb/s) Kích thước gói (bytes) (tính cả tiêu Băng thông

đề)

Hệ số nén (so với PCM/STM)

Bảng 1.1: Một số chuẩn mã hóa thoại của ITU-T

1.5 Các loại giao thức sử dụng trong VoIP.

Giao thức đầu tiên cần nhắc đến hiển nhiên phải là IP Chuẩn IETF về IPv4được mô tả trong RFC 791 IP hỗ trợ cả hai phương thức truyền dẫn gói tin cậy vàkhông tin cậy

Nhóm giao thức thứ 2 là các giao thức vận chuyển TCP và UDP TCP (RFC793) sử dụng cơ chế cửa sổ để điều khiển luồng và cơ chế báo nhận để đạt đượctính tin cậy cho việc truyền tin UDP (RFC 768) là giao thức vận chuyển khôngtin cậy Không có cơ chế phản hổi cho việc truyền tin trong UDP

Nhóm thứ 3 là các giao thức hỗ trợ việc truyền tải các gói tin theo thời gianthực RTP/RTCP RTP là giao thức ở tầng ứng dụng cho liên lạc từ đầu cuối đếnđầu cuối Giao thức RTCP có thể sử dụng cùng với RTP để chỉ định người dùngtrong một phiên giao dịch.

Nhóm thứ 4 là các giao thức và chuẩn hỗ trợ cho việc điều khiển và báo hiệuVoIP Các giao thức báo hiệu và điều khiển chính sử dụng trong mạng VoIP làH.323, SIP, SIGTRAN, MGCP, H.248/Megaco, BICC… Các giao thức này đượchai tổ chức khác nhau xây dựng và phát triển là IETF và ITU-T Có thể phânchúng thành hai loại là giao thức ngang hàng (SIP, H.323) và giao thức chủ/tớ(MGCP, H.248/Megaco) Từng giao thức có vai trò khác nhau trong việc thiết lậpkết nối, chúng cũng có những thế mạnh và điểm yếu khác nhau

1.5.1 Giao thức truyền tải trong VoIP.

Tín hiệu tiếng nói cần đáp ứng theo thời gian thực Nó chỉ được đảm bảochất lượng với độ trễ cho phép Tuy nhiên , bản thân mạng IP chỉ cung cấp dịchvụ với sự cố gắng tốt nhất mà không quan tâm tới vấn đề thời gian thực cho tiếngnói Như vậy vấn đề được đặt ra là làm thế nào để truyền tiếng nói qua mạng IP

mà vẫn đáp ứng được yêu cầu thời gian thực cho tiếng nói

Giao thức thời gian thực Real-Time Protocol (RTP) và giao thực điều khiểnthời gian thực Real-Time Control Protocol (RTCP) được ra đời nhằm giải quyếtvấn đề trên Các giao thức truyền tải theo phương thức thời gian thực không phải

là mới Tuy nhiên RTP và RTCP đưa ra các cơ chế tốt hơn

1.5.1.1 Giao thức RTP (Real-Time Protocol).

RTP là một giao thức dựa trên giao thức IP tạo ra các hỗ trợ để truyền tải cácdữ liệu yêu cầu thời gian thực với các yêu cầu:

 Liên tục: Các gói tin phải được sắp xếp theo đúng thứ tự khi chúng đến bênnhận, các gói đến có thể không theo thứ tự và nếu gói tin bị mất thì bên nhận phảidò tìm hay bù lại sự mất các gói tin này

 Sự đồng bộ trong các phương thức truyền thông: Các khoảng lặng trong tiếngnói được triệt và nén lại để giảm thiểu băng thông cần thiết, tuy nhiên khi đến bênnhận, thời gian giữa các khoảng lặng này phải được khôi phục một cách chính xác

 Sự đồng bộ giữa các phương thức truyền thông: Có thể tín hiệu thoại sửdụng một phương thức truyền thông trong khi tín hiệu video lại sử dụng mộtphương thức truyền thông khác, các tín hiệu tiếng và hình phải được đồng bộ mộtcách chính xác, gọi là sự đồng bộ tiếng - hình

 Sự nhận diện phương thức truyền tải: Trong Internet, thông thường cần thayđổi sự mã hoá cho phương thức truyền tải (payload) trên hành trình truyền để hiệuchỉnh thay đổi độ rộng băng thông sẵn sàng hoặc đủ khả năng cho người dùng mới

kết nối vào nhóm Một vài cơ chế cần được sử dụng để nhận diện sự mã hoá chomỗi gói đến.

Các dịch vụ cung cấp bởi RTP bao gồm:

 Đa phát đáp thân thiện: (multicast – friendly): RTP và RTCP là kỹ thuật cho

đa phát đáp, cung cấp khả năng mở rộng cuộc hội thoại nhiều bên Trên thực tế,chúng được thiết kế để có thể hoạt động trong cả các nhóm đa phát đáp nhỏ, phùhợp cho các cuộc điện đàm ba bên Đối với các nhóm lớn, chúng sử dụng đa phátđáp quảng bá (broadcasting)

 Độc lập thiết bị: RTP cung cấp các dịch vụ cần thiết chung cho phương thứctruyền thông thời gian thực nói chung như thoại, video hay bất kì một bộ mã hoá,giải mã cụ thể nào có sự định nghĩa các phương thức mã hoá và giải mã riêng bằngcác thông tin tiêu đề và định nghĩa

 Các bộ trộn và chuyển đổi: Các bộ trộn là thiết bị nắm giữ phương thứctruyền thông từ một vài người sử dụng riêng lẻ, để trộn hoặc nối chúng vào cácdòng phương thức truyền thông chung, chuyển đổi chúng vào khuôn dạng khác vàgửi nó ra Các bộ chuyển đổi có ích cho sự thu nhỏ băng thông yêu cầu của dòng sốliệu từ dòng số liệu chung trước khi gửi vào từng kết nối băng thông hẹp hơn màkhông yêu cầu nguồn phát RTP thu nhỏ tốc độ bit của nó Điều này cho phép cácbên nhận kết nối theo một liên kết nhanh để vẫn nhận được truyền thông chất lượngcao RTP hỗ trợ cả các bộ trộn và cả các bộ chuyển đổi

 Mã hoá thành mật mã: Các dòng phương thức truyền thông RTP có thể mã

hoá thành mật mã dựng các khoá, việc mã hoá đảm bảo cho việc thông tin trênmạng được an toàn hơn

Các gói tin truyền trên mạng Internet có trễ và jitter không dự đoán được.Nhưng các ứng dụng đa phương tiện yêu cầu một thời gian thích hợp khi truyền cácdữ liệu và phát lại RTP cung cấp các cơ chế bảo đảm thời gian, số thứ tự và các cơchế khác liên quan đến thời gian Bằng các cơ chế này RTP cung cấp sự truyền tảidữ liệu thời gian thực giữa các đầu cuối qua mạng

Bản thân RTP không cung cấp một cơ chế nào cho việc bảo đảm phân phốikịp thời các dữ liệu tới các trạm mà nó dựa trên các dịch vụ của tầng thấp hơn đểthực hiện điều này RTP cũng không đảm bảo việc truyền các gói theo đúng thứ tự.Tuy nhiên, số thứ tự trong RTP header cho phép bên thu xây dựng lại đúng thứ tựcác gói của bên phát

Hoạt động của RTP được hỗ trợ bởi một giao thức khác là RTCP để nhận cácthông tin phản hồi về chất lượng truyền dẫn và các thông tin về thành phần tham dựcác phiên hiện thời Không giống như các giao thức khác là sử dụng các trường

trong header để thực hiện các chức năng điều khiển, RTP sử dụng một cơ chế điềukhiển độc lập trong định dạng của gói tin RTCP để thực hiện các chức năng này.

1.5.1.2 Giao thức RTCP (Real-time Transport Control Protocol).

RTCP (Real-time Transport Control Protocol) là giao thức hỗ trợ cho RTPcung cấp các thông tin phản hồi về chất lượng truyền dữ liệu Các dịch vụ màRTCP cung cấp là:

 Giám sát chất lượng và điều khiển tắc nghẽn: Đây là chức năng cơ bản củaRTCP Nó cung cấp thông tin phản hồi tới một ứng dụng về chất lượng phân phốidữ liệu Thông tin điều khiển này rất hữu ích cho các bộ phát, bộ thu và giám sát.Bộ phát có thể điều chỉnh cách thức truyền dữ liệu dựa trên các thông báo phản hồicủa bộ thu Bộ thu có thể xác định được tắc nghẽn là cục bộ, từng phần hay toàn bộ.Người quản lý mạng có thể đánh giá được hiệu suất mạng

 Xác định nguồn: Trong các gói RTP, các nguồn được xác định bởi các sốngẫu nhiên có độ dài 32 bớt, các số này không thuận tiện đối với người sử dụng.RTCP cung cấp thông tin nhận dạng nguồn cụ thể hơn ở dạng văn bản Nó có thểbao gồm tên người sử dụng, số điện thoại, địa chỉ e-mail và các thông tin khác

 Đồng bộ môi trường: Các thông báo của bộ phát RTCP chứa thông tin đểxác định thời gian và nhãn thời gian RTP tương ứng Chúng có thể được sử dụng

để đồng bộ giữa âm thanh với hình ảnh

Điều chỉnh thông tin điều khiển: Các gói RTCP được gửi theo chu kỳ giữanhững người tham dự Khi số lượng người tham dự tăng lên, cần phải cân bằnggiữa việc nhận thông tin điều khiển mới nhất và hạn chế lưu lượng điều khiển Đểhỗ trợ một nhóm người sử dụng lớn, RTCP phải cấm lưu lượng điều khiển rất lớnđến từ các tài nguyên khác của mạng RTP chỉ cho phép tối đa 5% lưu lượng chođiều khiển toàn bộ lưu lượng của phiên làm việc Điều này được thực hiện bằngcách điều chỉnh tốc độ phát của RTCP theo số lượng người tham dự Mỗi ngườitham gia một phiên truyền RTP phải gửi định kỳ các gói RTCP đến tất cả nhữngngười khác cũng tham gia phiên truyền Nhờ vậy mà có thể theo dõi được sốngười tham gia

Các loại thông báo điều khiển chính được RTCP cung cấp là:

SR (Sender Report): chứa các thông tin thống kê liên quan tới kết quả truyềnnhư tỷ lệ tổn hao, số gói dữ liệu bị mất, khoảng trễ Các thông báo này phát ra từphía phát trong 1 phiên truyền thông

RR (Receiver Report): Chứa các thông tin thống kê liên quan tới kết quảnhận, được phát từ phía thu trong 1 phiên truyền thông

SDES (Source Description): thông số mô tả nguồn (tên, vị trí…)

APP (Application): cho phép truyền các dữ liệu ứng dụng

BYE: chỉ thị sự kết thúc tham gia vào phiên truyền

Mỗi gói thông tin RTCP bắt đầu bằng 1 phần tiêu đề cố định giống như góiRTP thông tin Theo sau đó là các cấu trúc có chiều dài thay đổi theo loại góinhưng luôn bằng số nguyên lần 32 bit Các gói thông tin RTCP có thể gộp lại vớinhau thành các hợp gói (compound packet) để truyền xuống lớp dưới mà khôngphải chèn thêm các bit cách ly Số lượng gói trong hợp gói tuỳ thuộc vào chiều dàiđơn vị dữ liệu lớp dưới

Mọi gói RTCP đều phải được truyền, ngay cả khi chỉ có một gói duy nhất.Khuôn dạng hợp gói được đề xuất như sau:

Encription Prefix (32 bit): Được dành khi hợp gói cần mã hoá Giá trị trongtrường này cần tránh trùng với 32 bit đầu tiên trong gói RTP

Gói đầu tiên trong hợp gói luôn là SR hoặc RR Nếu không thu nhận thôngtin, hoặc hợp gói chỉ có một gói BYE thì một gói RR rỗng được dẫn đầu tronghợp gói

Nếu số lượng các nguồn lớn hơn 31 (không vừa trong một gói SR hoặc RR)thì các gói RR thêm vào sẽ theo sau gói thống kê đầu tiên Việc bao gồm góithống kê (RR hoặc SR) trong mỗi hợp gói nhằm thông tin thường xuyên về chấtlượng thu của những người tham gia Việc gửi hợp gói đi được tiến hành mộtcách đều đặn và thường xuyên theo khả năng cho phép của băng thông

Trong hợp gói có gói SDES nhằm thông báo về nguồn phát

Các gói APP nằm ở vị trí bất kỳ trong hợp gói

Gói BYE nằm ở vị trí cuối cùng

1.5.2 Các giao thức báo hiệu

1.5.2.1 Giao thức báo hiệu H.323

Chuẩn H.323 là giao thức báo hiệu được phát triển bởi ITU-T (InternationalTelecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) H.323v1được ra đời vào khoảng năm 1996 và H.323v2 ra đời năm 1998 Ban đầu H.323được sử dụng cho mục đích truyền các cuộc hội thoại đa phương tiện trên cácmạng LAN, nhưng sau đó H.323 đã tiến tới trở thành 1 giao thức truyền tải VoIPtrên thế giới

Giao thức H.323 bao gồm các chuẩn và giao thức như H.225, H.245,RTP/RTCP Chức năng của H.225 là điều khiển cuộc gọi H.225 định nghĩa giaothức Q.931 và RAS Q.931 quản lý và điều khiển việc thiết lập/ kết thúc cuộc gọi

cơ bản, còn RAS (Registration, Admission and Status) quản lý việc đăng ký, chấpnhận và trạng thái, dùng để chuyển bản tin từ Gateway (GW) hoặc thiết bị đầucuối đến Gatekeeper (GK) Bản tin RAS được truyền trong gói tin UDP, gói tinnày chứa số bản tin gửi yêu cầu/trả lời (xác nhận hoặc từ chối) trao đổi giữaTE/GW và Gatekeeper TE (Terminal Equipment) có thể sử dụng RAS để tìmkiếm GK hoặc đăng ký/hủy đăng ký với GK GK sử dụng RAS để điều khiểnđiểm cuối trong vùng và quản lý tài nguyên.

Chức năng của H.245 là thảo luận về việc sử dụng kênh và khả năng củacác bên tham gia phiên truyền thông H.245 định nghĩa các giao thức điều khiểncuộc gọi hội nghị và truyền thông trong băng để trao đổi và thỏa thuận tham sốcuộc gọi

RTP (Real – Time Transfer Protocol) là giao thức vận chuyển thời gian thực,cung cấp các chức năng vận chuẩn phù hợp cho các ứng dụng truyền dữ liệu thờigian thực như audio, video

RTCP (Real – Time Transfer Control Protocol) là giao thức điều khiển việcvận chuyển thời gian thực, nó cho phép giám sát luồng lưu lượng phân tán trongmạng và thực hiện các chức năng điều khiển luồng, nhận dạng luồng cho các lưulượng thời gian thực

H.323 cung cấp nhiều loại hình dịch vụ từ thoại đến video và dữ liệu, thôngtin đa phương tiện Các bộ mã hóa/ giải mã thoại là G.711, G.722, G.723.1,G.728, G.729, cho video là H.261 và H.263 Các dòng thông tin dữ liệu đượctruyền trên giao thức RTP/RTCP RTP mang thông tin thời gian thực, còn RSCPmang thông tin điều khiển và trạng thái Hình 1.2 sau mô tả các giao thức H.323khi so sánh với mô hình OSI

Hình 1.2 Giao thức H.323 khi so sánh với OSI

Các thành phần hoạt động với giao thức H.323 là thiết bị cổng GW(Gateway), bộ điều khiển cuộc gọi GK (Gatekeeper), khối điều khiển đa điểmMCU (Multipoint Control Unit) và thiết bị đầu cuối TE (Terminal Equipment)

Thiết bị đầu cuối TE: là các điểm cuối phía khách hàng, cung cấp giao diện

trực tiếp giữa người dùng và mạng Đó có thể là 1 PC hay 1 IP Phone sử dụnggiao thức H.323

Gateway: cho phép kết nối mạng VoIP với các mạng khác Nó là điểm cuối

trong mạng thực hiện các chứng chuyển đổi báo hiệu và dữ liệu, cho phép cácmạng hoạt động trên giao thức khác nhau có thể phối hợp với nhau Nó cung cấpkhả năng truyền thông thời gian thực và song hướng giữa các đầu cuối H.323trong mạng gói với các đầu cuối trong mạng khác hay với các Gateway khác.Chức năng chính của Gateway là phiên dịch giữa các thực thể trong mạng IP vớimạng chuyển mạch kênh (PSTN) Các Gateway có thể phiên dịch khuôn dạngtruyền dẫn, các tiến trình truyền thông, các bộ mã hóa/giải mã hoặc đảm bảotương thích giữa đầu cuối H.323 và các đầu cuối không theo chuẩn này

Gatekeeper: là một thực thể tùy chọn trong mạng H.323 để cung cấp các

chức năng biên dịch địa chỉ và điều khiển truy nhập mạng cho các thiết bị đầucuối H.323, Gateway và MCU Ngoài ra Gatekeeper cũng có thể cung cấp các

dịch vụ khác cho các phần tử mạng trên như quản lý băng thông hay định vịGateway.

Khối điều khiển đa điểm MCU: là một điểm cuối trong mạng để cung cấp

khả năng truyền thông cho ba hoặc nhiều thiết bị đầu cuối và Gateway tham giahội nghị đa điểm

Phương thức hoạt động:

Khi 1 phiên kết nối được thực hiện, việc dịch địa chỉ (address translation) sẽđược 1 gateway đảm nhận Khi địa chỉ IP của máy đích được xác nhận, 1 kết nốiTCP sẽ được thiết lập từ địa chỉ nguồn tới người nhận thông qua giao thức Q.931(là 1 phần của bộ giao thức H.323) Ở bước này, cả 2 nơi đều tiến hành việc traođổi các tham số bao gồm các tham số mã hoá (encoding parameters) và các thànhphần tham số liên quan khác Các cổng kết nối và phân phát địa chỉ cũng đượccấu hình 4 kênh RTCP và RTP được kết nối, mỗi kênh có 1 hướng duy nhất RTP

là kênh truyền dữ liệu âm thanh (voice data) từ 1 thực thể sang 1 thực thể khác.Khi các kênh đã được kết nối thì dữ liệu âm thanh sẽ được phát thông qua các kênhtruyền này thông qua các RTCP instructions

1.5.2.2 Giao thức báo hiệu SIP

SIP (Session Initiation Protcol) là giao thức báo hiệu điều khiển lớp ứng dụngđược dựng để thiết lập, duy trì, kết thúc các phiên truyền thông đa phươngtiện (multimedia) Các phiên multimedia bao gồm thoại Internet, hội nghị và cácứng dụng tương tự có liên quan đến các phương tiện truyền đạt (media) như âmthanh, hình ảnh, và dữ liệu SIP sử dụng các bản tin mời (INVITE) để thiết lập cácphiên và để mang các thông tin mô tả phiên truyền dẫn SIP hỗ trợ các phiênunicast và quảng bá (multicast) tương ứng các cuộc gọi điểm tới điểm và cuộc gọi

đa điểm Có thể sử dụng năm chức năng của SIP để thiết lập và kết thúc truyền dẫn

là định vị thuê bao, khả năng thuê bao, độ sẵn sàng của thuê bao, thiết lập cuộc gọi

và xử lý cuộc gọi SIP được IETF đưa ra trong RFC 2543 Nó là một giao thức dựatrên ý tưởng và cấu trúc của HTTP (HyperText Transfer Protocol) giao thức traođổi thông tin của World Wide Web và là một phần trong kiến trúc multimedia củaIETF Các giao thức có liên quan đến SIP bao gồm giao thức đặt trước tàinguyên RSVP (Resource Reservation Protocol), giao thức truyền vận thời gianthực (Realưtime Transport Protocol), giao thức cảnh báo phiên SAP (SessionAnnouncement Protocol), giao thức miêu tả phiên SDP (Session DescriptionProtocol) Các chức năng của SIP độc lập, nên chúng không phụ thuộc vào bất kỳgiao thức nào thuộc các giao thức trên

Mặt khác, SIP có thể hoạt động kết hợp với các giao thức báo hiệu khác nhưH.323 SIP là một giao thức theo thiết kế mở do đó nó có thể được mở rộng để phát

triển thêm các chức năng mới Sự linh hoạt của các bản tin SIP cũng cho phép đápứng các dịch vụ thoại tiên tiến bao gồm cả các dịch vụ di động.

Các thành phần của hệ thống SIP

Kiến trúc hệ thống SIP bao gồm các thành phần:

Tác nhân gọi (User Agent)

Các máy chủ mạng gờm Proxy Server, Location Server, Redirect Server vàRegistrar Server

Các Gateway

Đầu cuối SIP: User Agent (UA) là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là

một máy điện thoại SIP hay máy tính chạy phần mềm SIP Các thành phần ứngdụng liên quan bao gồm:

- UAC (User Agent Client) là một ứng dụng khách phía người gọi, nó khởiđầu và gửi bản tin yêu cầu SIP

- UAS(User Agent Server) là một ứng dụng chủ, nó nhận và trả lời các yêucầu SIP, nhân danh các máy chủ để chấp nhận, chuyển hoặc từ chối cuộc gọi

Thiết bị cuối trong SIP bao gồm cả chức năng client và server, do đó bên thamgia cuộc gọi có thể tạo yêu cầu hoặc nhận yêu cầu Cả UAC và UAS đều có thể kếtthúc cuộc gọi

Các máy chủ SIP: các máy chủ SIP thực hiện các chức năng của hệ thống

SIP trong mạng như điều khiển và quản lý cuộc gọi, trạng thái người dùng

- Proxy Server là một chương trình trung gian, hoạt động như là một server vàmột client cho mục đích tạo các yêu cầu thay mặt cho các client khác Các yêu cầuđược phục vụ bên trong hoặc truyền chúng đến server khác Một Proxy có thể dịch

và nếu cần thiết, có thể tạo lại bản tin yêu cầu SIP trước khi chuyển chúng đếnserver khác hoặc một UA Trong trường hợp này, trường Via trong bản tin đáp ứng,yêu cầu chỉ ra các Proxy trung gian tham gia vào tiến trình xử lý yêu cầu

- Location Server: lưu thông tin trạng thái hiện tại của người dùng trong mạng SIP

- Redirect Server là phần mềm nhận yêu cầu SIP, chuyển đôi địa chỉ SIP sangmột số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Không giống như Proxy Server,Redirect Server không bao giờ hoạt động như một đầu cuối, tức là không gửi đi bấtcứ yêu cầu nào Redirect Server thông báo cho client về server kể tiếp để client cóthể liên lạc với nó trực tiếp Redirect Server cũng không nhận và hủy bỏ cuộc gọi

- Registrar server: là server nhận bản tin SIP REGISTER yêu cầu và cập nhậtthông tin từ bản tin request vào “location database” nằm trong Location Server

SIP Gateway: các gateway thực hiện chức năng kết nối giữa hệ thống SIP với

các mạng khác

Thiết lập kết nối trong SIP.

Hình 1.3 dưới đây mô tả việc truyền các bản tin để thiết lập cuộc gọi SIP.Có thể nhận thấy rằng số lượng bản tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi SIP ít hơn

so với H.323 Bản tin yêu cầu của SIP là INVITE (mời tham gia phiên kết nối),còn bản tin trả lời 200 OK có nghĩa là yêu cầu kết nối được chấp nhận Bản tinyêu cầu chứa phần mào đầu mang thông tin cuộc gọi Sau phần mào đầu là thânbản tin chứa mô tả về phiên sẽ được thiết lập

Hình 1.3 Thiết lập phiên VoIP giữa hai đầu cuối SIP qua mạng IP

Để định tuyến cuộc gọi qua mạng IP, SIP sử dụng giao thức TRIP cung cấpkhả năng định vị máy chủ mà cuộc gọi định tuyến đến Để định tuyến cuộc gọiđến đầu cuối PSTN thì cần sử dụng ENUM ENUM ánh xạ số điện thoại E.164thành địa chỉ SIP và ngược lại

SIP cũng có thể kết hợp với các giao thức báo hiệu và thiết lập cuộc gọikhác Theo cách đó, một đầu cuối dùng SIP để xác định địa chỉ hợp lệ của một hệthống và giao thức từ địa chỉ gửi đến là giao thức độc lập Ví dụ, có thể dùng SIP

để chỉ ra rằng người tham gia thông qua H.323, cổng H.245, xác định địa chỉngười dùng rời sử dụng H.245 để thiết lập cuộc gọi

1.5.2.3 So sánh SIP và H.323

Nhờ tính đơn giản, linh hoạt và có kiến trúc module nên SIP được xem làgiao thức thay thế cho giao thức báo hiệu H.225 (sử dụng trong H.323) Cả H.323

và SIP đều sử dụng RTP cho luồng phương tiện Bởi vì SIP sử dụng định dạngbản tin HTTP và địa chỉ URL nên dễ dàng tích hợp với web, email hoặc nhữngdịch vụ và ứng dụng trên IP khác SIP hỗ trợ nhiều đặc điểm cuộc gọi nâng caotrong POTS như nhận dạng người gọi, dịch vụ biến đổi tên/số người gọi, đợi cuộcgọi, chuyển cuộc gọi, chờ cuộc gọi, phân phối cuộc gọi tự động, định vị người sửdụng dịch vụ SIP cho phép sử dụng các proxy trạng thái đầy đủ tại biên mạng, dođó SIP có tính mở rộng hơn H.323 Tuy nhiên, nếu như sử dụng GK chỉ hỗ trợRAS trong mạng lõi và GK định tuyến đầy đủ ở biên thì H.323 cũng có thể đạtđược khả năng mở rộng tương tự.

Các ưu điểm chính của SIP so với H.323:

SIP có rất ít bản tin Đơn giản, gọn nhẹ và dựa trên khuôn dạng text, SIP làgiao thức ra đời sau nên đã khắc phục được những điểm yếu của các giao thứctrước đây

Các phần mềm máy chủ Proxy, máy chủ Registrar, máy chủ Redirect, dịchvụ định vị… có thể chạy trên các máy chủ khác nhau và việc cài đặt thêm máychủ hoàn toàn không ảnh hưởng đến các máy chủ đã có Chính vì vậy hệ thốngchuyển mạch SIP dễ dàng mở rộng và nâng cấp

SIP hỗ trợ tối đa khả năng di động của đầu cuối Nhờ các máy chủ Proxy,Registrar và Redirect nên hệ thống luôn nắm được các vị trí chính xác của thuê bao

Là giao thức khởi tạo phiên trong mạng chuyển mạch gói, SIP cho phép tạo

ra những tính năng mới hay dịch vụ mới một cách dễ dàng và nhanh chóng

Bảng 1.2 sau đây sẽ tổng kết một số so sánh đặc điểm của

hai giao thức H.323 và SIP

Chỉ tiêu so sánh SIP H.323

Tổ chức chuẩn hóa IETF ITU

Quan hệ kết nối Ngang cấp Ngang cấp

Các máy chủ Proxy, Redirect, Registrar Gatekeeper

Địa chỉ Dạng URL Số điện thoại E.164

Giám sát cuộc gọi

Tùy chọn giám sát trong thờigian thiết lập cuộc gọi hoặctrong toàn bộ thời gian gọi

GK luôn giám sát trạngthái cuộc gọi

Chất lượng dịch vụ Sử dụng các giao thức khác

nhau như RSVP, OPS, OSP

GK điều khiển băng thông

để đảm bảo QoS

Tạo tính năng và dịch

vụ mới Dễ dàng

Khó

Khả năng mở rộng Dễ dàng Hạn chế

Tích hợp với web Tớt Kém

1.6 Kết luận chương.

Chương này đã trình bày khái quát chung về công nghệ VoIP, các ưunhược điểm của VoIP so với điện thoại truyền thống và các giao thức thuộc nhómbáo hiệu và điều khiển cuộc gọi VoIP Trong đó đề cập đến đặc điểm của giaothức, các phần tử mạng cũng như vấn đề thiết lập kết nối trong các hệ thống VoIPdựa trên H.323 và SIP

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ MẠNG WLAN VÀ

CÔNG NGHỆ VoWLAN

2.1 Tổng quan về Wireless LAN (WLAN)

Mạng cục bộ không dây Wireless Local Area Network – WLAN là một hệ thốngmạng máy tính cục bộ sử dụng sóng điện từ vô tuyến làm phương tiện truyền thông tingiữa các máy tính trong cùng mạng

Mạng WLAN được sử dụng cho một khu vực có phạm vi nhỏ như một tòa nhà,khuôn viên của một công ty, trường học Nó là loại mạng linh hoạt có khả năng cơđộng cao thay thế cho mạng cáp đồng Mạng WLAN cung cấp tất cả các chức năng vàcác ưu điểm của một mạng LAN truyền thống như Ethernet hay Token Ring nhưng lạikhông bị giới hạn bởi cáp Ngoài ra WLAN còn có khả năng kết hợp với các mạng cósẵn tạo thành một mạng năng động và ổn định hơn Về mặt kỹ thuật, mạng WLAN làmột hệ thống mạng cục bộ truyền dữ liệu thông qua môi trường không sử dụng dâydẫn hoạt động ở băng tần ISM (băng tần phục vụ công nghiệp, khoa học, y tế: 2,4GHz – 5 GHz), ngoài ra ở Mỹ còn sử dụng băng tần 900MHz vì thế nó không chịu sựquản lý của chính phủ cũng như không cần cấp giấy phép sử dụng Nó không đòi hỏiphải có một đường truyền thẳng trực tiếp từ bên gửi và bên nhận, môi trường truyềndẫn chủ yếu là không khí, tín hiệu được lan truyền trong môi trường dưới dạng sóngđiện từ Thiết bị cơ bản trong hệ thống mạng WLAN là các trạm thu phát sóng AP(Access Point) và các anten thu phát sóng lắp trong các trạm Các thiết bị này ngoàikhả năng kết nối không dây thì vẫn hỗ trợ các kết nối có dây truyền thống Vì vậychúng có thể dễ dàng kết nối với các hệ thống mạng Ethernet hiện tại

Hiện nay có rất nhiều chuẩn WLAN như: IrDA (hồng ngoại), OpenAir,Bluetooth, HiperLAN2, IEEE 802.11 (Wi-Fi)… trong đó mỗi chuẩn có một đặc điểmkhác nhau IrDA, OpenAir, Bluetooth là các mạng liên kết trong phạm vi tương đốinhỏ: IrDA(1m), OpenAir(10m), Bluetooth(10m) và đồ hình mạng là dạng ngang hàng(peer-to-peer) tức là kết nối trực tiếp không thông qua bất kỳ một thiết bị trung giannào Ngược lại, HiperLAN và IEEE 802.11 là mạng phục vụ cho kết nối phạm vi rộnghơn khoảng 100m và cho phép kết nối trực tiếp hoặc kết nối dưới dạng mạng cơ sở(sử dụng Access Point)

2.1.1 Các mô hình mạng WLAN.

2.1.1.1 Mô hình Ad Hoc.

Khi hai thiết bị di động ví dụ laptop muốn giao tiếp trực tiếp với nhau Chúngcần phải trong mô hình mạng Ad Hoc Mạng Ad Hoc không yêu cầu một thiết bị tậptrung như Access Point để cho phép chúng giao tiếp Thay vào đó một thiết bị sẽ thiết

lập tên nhóm và các thông số vô tuyến và thiết bị còn lại sẽ sử dụng nó để kết nối Điều này được gọi là thiết lập dịch vụ cơ bản - Basic Service Set (BSS) , nó địnhnghĩa khu vực mà trong đó thiết bị có thể truy cập tới được Bởi vì hai thiết bị di độngnày không cần một Access Point để có thể giao tiếp với nhau nên còn được gọi làIndependent Basic Service Set (IBSS) Loại này của mạng Ad Hoc tồn tại ngay khihai thiết bị di động có thể thấy được nhau Vì mỗi thiết bị phải điều chỉnh tới cùngmột tần số để có thể giao tiếp với nhau Bởi vì chỉ có một tần số vô tuyến nên thônglượng bị giảm xuống và thiết bị hoạt động ở chế độ bán song công tức là không thểgửi và nhận dữ liệu tại cùng 1 thời điểm.

Hình 2.1: Mô hình mạng ad-hoc

2.1.1.2 Mô hình BSS (Basic Service Set).

Hình 2.2: Mô hình BSS

BSS là một nhóm các trạm 802.11 giao tiếp với nhau BSS yêu cầu phải có mộttrạm đặc biệt gọi là Access Point (AP) AP là điểm giao tiếp trung tâm cho tất cả cáctrạm trong BSS Các trạm client không giao tiếp trực tiếp với các trạm client khác(trong IBSS) Thay vào đó , nó giao tiếp với AP , và AP sẽ chuyển các frame đếntrạm đích AP có thể được trang bị với 1 cổng kết nối BSS với mạng có dây Vì lý donày mà BSS cũng thường được gọi là Infrastructure BSS

Trong không gian wireless , vùng phủ sóng của access point được gọi là BasicService Area (BSA) hay cũng còn được gọi là wireless cell AP sau đó thường có kếtnối Ethernet tới một mạng LAN 802.3 , phụ thuộc vào chức năng của AP vì 1 số APcó thể hoạt động trong chế độ repeater thì chúng không cần kết nối Ethernet Giả sử

AP có một kết nối Ethernet , nó là cầu nối dẫn lưu lượng wireless 802.11 từ nhữngthiết bị không dây tới mạng LAN có dây 802.3 bên phía Ethernet

2.1.1.3 Mô hình ESS (Extend Service Set).

Nhiều Infrastructure BSS có thể được kết nối với nhau thông qua giao diệnuplink của chúng Trong 802.11 giao tiếp kết nối BSS đến hệ thống phân phối

(Distribution System = DS) Một tập các BSS được kết nối với nhau thông qua DS

thường được biết với tên gọi ESS Giao tiếp đến DS không bắt buộc phải thông quakết nối có dây Trong hầu hết các mạng , DS là kết nối có dây đến Ethernet Mạngcó dây được liên kết với mạng không dây thông qua port Ethernet của AP , nó là mộtđường dẫn tới bộ điều khiển của wireless LAN Lưu lượng từ các client không dây

đi qua bộ điều khiển sau đó được chuyển tiếp tới mạng có dây giúp cho các clienttruy cập mạng Internet , file server , printer và những tài nguyên sẵn có khác trênmạng có dây

Tại sao chúng ta muốn nhiều hơn một access point kết nối tới cùng một mạngLAN Dưới đây là một số lý do :

o Để có được vùng phủ sóng đầy đủ trong 1 khu vực lớn

o Cho phép các thiết bị di động di chuyển từ 1 AP này đến 1 AP khác mà vẫn ởtrong cùng một mạng LAN

o Nhằm cung cấp sự bão hòa hơn của các AP , kết quả là mang lại băng thônghiệu quả hơn đối với người sử dụng

Hình 2.3: Mô hình ESS

Quá trình mà 1 client di chuyển từ 1 AP này đến 1 AP khác được gọi là roaming

Để roaming có thể làm việc thì vùng phủ sóng của các AP phải lấn lên nhau Chúng

ta có thể thắc mắc vì sao chúng cần phải lấn lên nhau như vậy vì khi đó nếu chọn kênhkhông thích hợp thì sẽ sinh ra nhiễu trong môi trường mạng không dây và đó là vấn đềthường gặp phải của các mạng wireless Lý do là để cho các thiết bị không dây có thểthấy cả 2 AP và nó sẽ kết hợp với AP nào có tín hiệu mạnh hơn

Hình 2.4: Wireless Roaming

Để roaming làm việc , BSA của mỗi AP phải lấn lên nhau như hình vẽ ở trên Các AP cũng cần phải được cấu hình cùng SSID Điều này cho phép client thấy cùng

1 mạng được cung cấp bởi những AP khác nhau có những địa chỉ MAC khác nhau Khi client di chuyển từ 1 AP này đến 1 AP khác thì SSID vẫn không thay đổi nhưngđịa chỉ MAC thay đổi đến AP mới có tín hiệu tốt hơn Khi roaming cần phải chú ý đếnkhả năng xảy ra nhiễu giữa hai AP có vùng phủ sóng chồng lấn lên nhau vì mặc dùchúng cung cấp cùng một SSID, chúng cần phải hoạt động ở những kênh tần số hoặcdải tần số khác nhau để không bị gối đè lên nhau Điều này ngăn ngừa nhiễu đồngkênh xảy ra mà chúng ta nên tránh xảy ra

2.1.2 Các thành phần trong mạng wireless LAN.

WLAN mà chúng ta sẽ sử dụng cho thoại dựng cấu hình Basic Service Set(BSS) hoặc Extended Service Set (ESS) như được diễn tả trong phần trước Mộtmạng BSS bao gồm một trạm gốc (base station) hoặc điểm truy cập(access point) vàmột số các thiết bị khách (client devices)

Một mạng ESS gồm có nhiều Access Point được kết nối với nhau thông qua dâycáp của mạng LAN Ethernet 802.3 có dây Hoạt động của những Access Point này cóthể được điều phối

Có 3 thành phần chính trong Wireless LAN đó là :

oCard mạng không dây Wireless LAN NICs

oAccess Points (AP)

oHệ thống Ănten

2.1.2.1 Card mạng không dây Wireless LAN NICs.

Để có thể truy cập vào mạng Wireless LANs thì mỗi thiết bị người dùng nhưLaptop , PDA , thiết bị thu phát thoại cầm tay … cần phải có một card mạng khôngdây (wireless Network Interface Card - NIC) để có thể tương tác với các thiết bị kháctrong mạng Ngày nay hầu hết laptop lưu hành trên thị trường đều có tích hợp sẵncard mạng không dây chuẩn Wi-Fi và tùy theo mỗi loại card sẽ có những tính năngtương ứng Để thiết bị di động có thể hoạt động một cách tối ưu khi tham gia vàomạng Wireless LANs thì đôi khi chúng ta phải nâng cấp card Wireless để có thể tậndụng được các công nghệ mới nhất và qui tắc chung khi nâng cấp là : những tính nănggiao thức như 802.11e QoS thì yêu cầu nâng cấp phần firmware trong khi đườngtruyền vô tuyến (ví dụ 802.11n) hoặc chức năng mã hóa (ví dụ 802.11i/WPA2) thì yêucầu phải nâng cấp phần cứng

Hình 2.5: Wireless LAN Card Dưới đây là những tính năng chính được quan tâm đối với thiết bị Wi-Fi xử lýdữ liệu và thoại :

o Radio Link : Wi-Fi laptop cards điển hình hỗ trợ giao diện 802.11b,g ở tần số2.4 GHz , phần lớn các thiết bị thu phát thoại cầm tay Wi-Fi trước đây chỉ hỗ trợ giaodiện 802.11b tốc độ thấp nhưng thế hệ thứ 2 Wi-Fi handset giới thiệu năm 2007 hỗ trợđược 802.11a,b và g Do tần số 2.4 GHz (802.11b và g) ngày càng trở nên tắc nghẽnthì việc hỗ trợ tần số 5 GHz giao diện 802.11a sẽ quan trọng hơn

o 802.11e Quality of Service (Qos) : tất cả các thiết bị Wi-Fi đều hỗ trợ 802.11MAC , nhưng nếu chúng ta có ý định sử dụng các thiết bị này vừa xử lý dữ liệu vừaxử lý thoại trên cùng mạng WLAN thì nên dựng 802.11e QoS để ưu tiên xử lý tín hiệuthoại trước Những thiết bị thoại trước 802.11e có thể cùng tồn tại trong 1 mạngnhưng sự truyền dẫn của nó sẽ có độ ưu tiên thấp đối với những kênh truy cập , điềunày dẫn tới gia tăng độ trễ và méo , làm ảnh hưởng tới chất lượng thoại , chúng nênđược nâng cấp firmware để có thể sử dụng 802.11e

o Security : Bảo mật đã trở thành mối quan tâm thường xuyên với những ngườisử dụng thiết bị Wi-Fi dù cho nó được mã hóa bởi WEP (Wired EquivalencyProtection) vì đây là 1 cách bảo vệ sơ sài Ngày nay sự chọn lựa bảo mật tối thiểu đốivới mạng doanh nghiệp là WPA (Wi-Fi Protected Access) và hầu hết các thiết bị trongmạng không dây đều hỗ trợ nó Một giải pháp được ưa thích khác là mã hóa dựa trênchuẩn 802.11i mà liên minh Wi-Fi đề cập đến như là WPA2

2.1.2.2 Access Points (APs).

Các cấu hình 802.11 BSS (Basic Service Set) và ESS (Extended Service Set)yêu cầu một Access Point mà nó hoạt động như trạm gốc đối với mạng wirelessLAN AP bao gồm một bộ thu phát vô tuyến mà về mặt logic là để tạo ra giao thứcwireless LAN kết nối với các thiết bị không dây khác , một giao diện kết nối vớiLAN có dây (ví dụ 10/100 BaseT) Những APs có hỗ trợ 802.11n tốc độ cao thì sẽcần có giao diện kết nối có dây 1 Gbps (ví dụ 1000 BaseT) Hầu hết Aps đều hỗ trợmột giao diện vô tuyến đơn lẻ , nhưng nhiều sản phẩm thương mại có thể hỗ trợ 2WLAN độc lập với nhau và có thể sử dụng bất kỳ các chuẩn 802.11a/b/g/n Các sảnphẩm thương mại cũng sẽ hỗ trợ nhiều WLAN trên cùng một unit , tức là có nhiềuwireless VLANs và đầy đủ các giao thức bảo mật

2.1.2.3 Anten.

Anten là bất kỳ một cấu trúc hoặc thiết bị dựng để thu hoặc phát các sóng điện

từ Trong một hệ thống vô tuyến , một sóng điện từ lan truyền từ máy phát đến máythu qua không gian Việc truyền năng lượng điện từ trong không gian có thể đượcthực hiện theo hai cách :

o Dựng các hệ truyền dẫn nghĩa là các hệ dẫn sóng điện từ như đường dây songhành, đường truyền đồng trục , ống dẫn sóng kim loại hoặc điện môi… Sóng điện từlan truyền trong các hệ thống này thuộc loại sóng điện từ ràng buộc

o Bức xạ sóng ra không gian Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng sóng điện từ tự do

Do đó thiết bị dựng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từ không gianbên ngoài được gọi là Anten Anten là một thiết bị bức xạ và thu năng lượng

Hình 2.6: Anten của thiết bị trong mạng WLAN

Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu được của bất kỳ hệ thống vô tuyếnđiện nào, bởi vì đã là hệ thống vô tuyến điện nghĩa là hệ thống trong đó có sử dụngsóng điện từ thì không thể không dùng đến thiết bị để bức xạ hoặc thu sóng điện từ.Anten quyết định rất nhiều các tính chất khác nhau của tuyến thông tin liên lạc.

Anten sử dụng trong mạng wireless LAN thường là loại anten vô hướng , chúngđược tích hợp sẵn trong WLAN APs và clients Chiều dài bước sóng của một tín hiệu2.4 GHz vào khoảng 12.5 cm , còn chiều dài bước sóng 5 GHz vào khoảng 6 cm ,điều đó giải thích tại sao anten hoạt động ở tần số 5 GHz thì ngắn hơn anten hoạt độngở tần số 2.4 GHz Mặc dù tên của nó là anten vô hướng hay anten đẳng hướng nhưngnó không bức xạ năng lượng 1 cách đồng đều ra tất cả các hướng

2.1.3 Tổng quan về các chuẩn của 802.11 WLAN.

2.1.3.1 Chuẩn 802.11 nguyên bản.

Chuẩn này ra đời sớm nhất và wireless LAN sử dụng nó đầu tiên Ngày nayhiếm khi chúng ta bắt gặp chuẩn 802.11 nguyên bản này trong các thiết bị phần cứngmới, điều này là hầu như chắc chắn vì nó chỉ hoạt động ở tốc độ 1 Mbps hoặc 2 Mbps

do chuẩn 802.11 sử dụng kỹ thuật trải phổ nhảy tần (frequency-hopping spreadspectrum – FHSS) và kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (direct sequence spreadsequence – DSSS) chỉ hoạt động tại 1 và 2 Mbps Nếu client hoạt động tại bất kỳ 1tốc độ nào khác thì được xem như không phù hợp với chuẩn 802.11

Chuẩn 802.11 nguyên bản không hoạt động ở băng tần ISM (industry ,scientific , and medical) và nó chỉ hoạt động ở dải tần 2.4 GHz Dải tần 2.4 GHz cósố kênh lên tới 14 và phụ thuộc vào qui định của mỗi quốc gia Tại Hoa Kỳ , ủy banviễn thông liên bang (Federal Communications Commission – FCC) cho phép kênh 1đến kênh 11 được sử dụng Điều này cho ta có được 3 kênh không bị chồng lên nhau

là kênh 1 , 6 và 11 Điều này là quan trọng do bạn không muốn có nhiều APs vàclient hoạt động trên cùng kênh đặt gần với nhau vì sợ gây ra nhiễu

2.1.3.2 Chuẩn 802.11b

Chuẩn 802.11b là phần bổ sung của giao thức 802.11 802.11 được phát triểnnhanh chóng bởi vì mạng có dây đã đạt được tốc độ 10 Mbps so với tốc độ 1 hoặc 2Mbps của 802.11 Các nhà phát triển phải đưa ra những kỹ thuật tân tiến hơn nhằmđạt được tốc độ cao hơn , nhưng vấn đề nằm ở chỗ tính tương thích vì vậy công việccủa IEEE là phải định nghĩa ra 1 chuẩn để các nhà sản xuất có thể tuân theo và dựavào đó làm cho các sản phẩm của họ được sử dụng rộng rãi

802.11b đem đến tốc độ truyền cao hơn , lên đến 11 Mbps và có khả năng tươngthích lùi tại tốc độ 1 và 2 Mbps Khi hoạt động tại tốc độ 1 và 2 Mbps , nó sử dụng kỹthuật mã hóa và điều chế giống như 802.11 sử dụng Khi hoạt động tại tốc độ mới 5.5Mbps và 11 Mbps thì nó sử dụng kỹ thuật điều chế và mã hóa khác 802.11 sử dụng

mã hóa Baker 11 trong khi 802.11b sử dụng CCK (Complementary Code Keying) chomã hóa Đối với điều chế 802.11 sử dụng DBPSK trong khi 802.11b sử dụng DQPSK Kết quả là truyền được nhiều dữ liệu hơn trong cùng 1 khoảng thời gian.

Chuẩn 802.11b được phê chuẩn vào tháng 9 năm 1999 Hoa kỳ sử dụng 11 kênhtương tự như 802.11 Châu Âu sử dụng 13 kênh trong khi Nhật Bản là 14 802.11bcho phép thay đổi tốc độ động (dynamic rate shifting – DRS) làm cho client có thểthay đổi tốc độ xuống mức thấp hơn khi chúng di chuyển ra xa AP và tăng tốc độtruyền tải lên khi tới gần AP hơn Ngày nay 802.11b là chuẩn giao tiếp không dâyđược sử dụng phổ biến nhất và triển khai rộng khắp

2.1.3.3 Chuẩn 802.11g

IEEE phê chuẩn 802.11g vào tháng 6 năm 2003 Ngoài bốn tốc độ dữ liệu của802.11b nó còn thêm vào 8 tốc độ dữ liệu khác Tốc độ tối đa của nó là 54 Mbpsgiống như tốc độ tối đa của 802.11a , tuy nhiên nó hoạt động trong dải tần số 2.4GHz 802.11g vẫn tương thích với 802.11b , dựng cùng kỹ thuật điều chế và mã hóanhư 802.11b đối với những tốc độ 1, 2, 5.5 và 11 Mbps Để đạt được tốc độ cao hơn ,802.11 g sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing – OFDM) là một kỹ thuật điều chế đa sóng mang 802.11atương tự cũng sử dụng kỹ thuật điều chế

2.1.3.4 Chuẩn 802.11g tương tác với chuẩn 802.11b

Một điểm thú vị về 802.11g là mặc dù nó có thể tương thích lùi với các 802.11bclient nhưng hầu như chắc chắn chúng ta không muốn điều này xảy ra bởi vì nếu phảihỗ trợ 802.11b client thì toàn bộ mạng của chúng ta sẽ bị giảm hiệu suất Trong thựctế , nếu băng thông trung bình là 22 Mbps trong mạng 802.11g nếu có 1 client802.11b xuất hiện thì sẽ làm giảm hiệu suất của mạng bởi vì 802.11b client khônghiểu OFDM Nếu một 802.11b client gửi dữ liệu khi một 802.11g đang gửi dữ liệu thìxung đột sẽ xảy ra và cả 2 client sẽ phải truyền lại

Hình 2.7: Mạng 802.11g khi không có 802.11b client

Giả thiết lúc đầu 802.11b client chưa xuất hiện Hoạt động mặc định của AccessPoint là gửi thông điệp beacon gồm có thông tin về Access Point và các thông sốmạng không dây Không có 802.11b client , Access Point gửi những thông tin sautrong thông điệp beacon:

oNON_ERP present : no

oUse Protection : no

ERP là Extended Rate Physical – tốc độ vật lý mở rộng Thông số này dành chonhững thiết bị có khả năng mở rộng tốc độ dữ liệu Hay nói cách khác trong tìnhhuống này NON_ERP là nói về sự hiện diện của 802.11b client

Trở lại hình trên , Access Point thông báo với các 802.11g client là không có sựxuất hiện của 802.11b client và không cần sử dụng cơ chế bảo vệ

Sau khi 1 client 802.11b tham gia vào mạng , liên kết với Access Point , sẽ cónhững thay đổi xảy ra AP cảnh báo cho phần còn lại của mạng về sự xuất hiện củaNON_ERP client Việc này được thực hiện trong thông điệp beacon mà AP gửi đi

Hình 2.8: Mạng 802.11g với 1 client 802.11bBây giờ các thiết bị di động trong mạng đã biết về 802.11b client Phương thức

mà dữ liệu được gửi trong mạng sẽ thay đổi Khi một 802.11g client gửi frame , trướctiên nó phải cảnh báo 802.11b client bằng cách gửi thông điệp RTS (Request ToSend) tại tốc độ của 802.11b nên client 802.11b có thể nghe và hiểu nó , RTS cũngđược gửi tới thiết bị nhận frame mà 802.11g client muốn trao đổi dữ liệu Thiết bị nàysau đó trả lời với thông điệp CTS (Clear To Send) cũng ở tốc độ của 802.11b

2.1.3.5 Giao thức 802.11a

802.11a được phê chuẩn vào năm 1999 và hoạt động ở dải tần số 5-GHz Điềunày làm cho nó không tương thích với 802.11 , 802.11b và 802.11g Tốc độ lý thuyếttối đa của nó là 54 Mbit/s, với tốc độ tối đa thực tế từ 21 đến 22 Mbit/s Mặc dù tốc độtối đa này vẫn cao hơn đáng kể so với thông lượng của chuẩn 802.11b, phạm vi truyềntín hiệu ngắn hơn chuẩn 802.11b Nhưng chuẩn 802.11a hoạt động tốt trong nhữngkhu vực đông đúc: Với một số lượng các kênh không gối lên nhau tăng lên trong dải 5GHz, bạn có thể triển khai nhiều điểm truy nhập hơn để cung cấp thêm năng lực tổngcộng trong cùng diện bao phủ Một lợi ích khác mà chuẩn 802.11a mang lại là băng

thông cao hơn của nó giúp cho việc truyền nhiều luồng hình ảnh và truyền những tậptin lớn trở nên lý tưởng

Trong thực tế, 802.11a và 802.11b được tạo một cách đồng thời Do giá thànhcao hơn nên 802.11a chỉ được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp còn 802.11bthích hợp hơn với thị trường mạng gia đình Do 802.11a và 802.11b sử dụng các tầnsố khác nhau, nên hai công nghệ này không thể tương thích với nhau Chính vì vậymột số hãng đã cung cấp các thiết bị mạng hybrid cho 802.11a/b nhưng các sản phẩmnày chỉ đơn thuần là bổ sung thêm hai chuẩn này

Tốc độ tối đa 54Mbps 11Mbps 54Mbps

Điều chế OFDM DSSS hay CCK DSSS hay CCK hay

OFDMDải tần số trung tần 5GHz 2,4GHz 2,4GHz hay 5GHz

Độ rộng băng

Bảng 2.1: Tóm tắt các chuẩn 802.11

Hình 2.9 So sánh tốc độ và khoảng cách giữa các chuẩn

2.1.4 Định dạng gói tin của chuẩn 802.11

802.11 MAC định nghĩa các loại frame dữ liệu , quản lý và điều khiển Trongmỗi trường hợp định dạng thông điệp cơ bản gồm có bốn phần chính sau :

oPhysical Layer Convergence Protocol (PLCP)

oFrame header : ≤ 30 octets

oFrame Body: ≤ 2,312 octets trong 802.11b, ≤ 4,095 octets trong 802.11avà goFrame Check Sequence : 4 octets

Hình 2.10: Định dạng của 802.11 frame

2.1.4.1 Physical Layer Convergence Protocol (PLCP).

Về mặt kỹ thuật , Header của Physical Layer Convergence Protocol (PLCP) là 1

phần của giao thức lớp 1 và nó đứng trước tất cả các frame truyền dẫn trong wirelessLAN bao gồm cả các frame dữ liệu , quản lý và điều khiển Tổng chiều dài củaheader PLCP thay đổi nhỏ tùy thuộc vào giao thức liên kết vô tuyến Tất cả các trạmtrên mạng đều phải đọc được header PLCP nên nó luôn luông được gửi đi tại tốc độthấp nhất định nghĩa trong giao diện vô tuyến (như 1 Mbps trong 802.11b hay 6 Mbpstrong 802.11a hoặc g) PLCP thì khác nhau khi so sánh giữa 802.11b và 802.11a , g

Phần PLCP của chuẩn 802.11b

Hình 2.11: PLCP của 802.11b

o Synchronization Pattern/Start Frame Delimiter : PLCP bắt đầu với phần đồng bộ

mà cho phép thiết bị nhận đồng bộ xung đồng hồ cuả nó với thiết bị phát Giao diện vôtuyến 802.11b định nghĩa phần đồng bộ dài (128 bit) và phần đồng bộ ngắn (56 bit)

192bit gửi tại 1Mbps (192µsec) 12

SYNC 56bit

12

SFD 16bit

12

Signal 8bit

12

Service 8bit8bit

12

Length 16bit

12

CRC 16bit

12 72bit gửi tại 1Mbps (72µsec)

12

48bit gửi tại 2Mbps (24µsec) 12

SYNC 128bit

12

SFD 16bit

12

Signal 8bit

12

Service 8bit8bit

12

Length 16bit

12

CRC 16bit

12 802.11b Dài

Ngắn

o Theo sau phần đồng bộ là Start Frame Delimiter – đánh dấu bắt đầu frame ,đây là 1 trường 2 byte dựng để thiết lập đồng bộ ký tự.

o Signal (8 bits) : chỉ ra tốc độ truyền dữ liệu sẽ được sử dụng để gửi đi các frame

o Service (8 bits) : ban đầu được dự trữ , sau đó được sử dụng cho tín hiệu tốcđộ cao mở rộng trong 802.11b

o Length (16 bits) : thời gian tính bằng micro giây (µs) được yêu cầu để truyền frame Chú ý Length được diễn tả bằng thời gian , không phải là số octet trong frame

o Cyclic Redundancy Check (16 bits) : kiểm tra lỗi header

Phần PLCP của chuẩn 802.11a và g.

Hình 2.12: PLCP của 802.11a và g

Giao diện vô tuyến 802.11a và g sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM và nhữngtrường trong PLCP có tên gọi hơi khác so với PLCP của 802.11b

o Preamble (12 Symbols) : trong giao diện 802.11a và g thì preamble được tínhtheo symbol , truyền mỗi symbol tương đương với khoảng thời gian 4 µsec , nó đượcsử dụng để đồng bộ giữa thiết bị phát và thiết bị thu

o Signal (24 bits) : trường Signal bao gồm 5 trường con

- Rate (4 bits) : tốc độ dữ liệu được sử dụng để truyền frame

- Reserved (1 bit) : không sử dụng

- Length (12 bits) : số byte trong frame

- Parity (1 bit) : được sử dụng để kiểm tra lỗi dữ liệu

- Tail (6 bits) : dựng để kết thúc việc gửi đi mã sửa lỗi

o Service (16 bits gửi tại tốc độ truyền frame) : hiện tại được sử dụng để khởitạo chức năng xáo trộn dữ liệu và được thiết lập đến toàn bit 0

Signal 1symbols

Service

16 bit

Rate 4bits

Reserved 4bit

Length 12bits

Parity 1bit

Tail 6bits

13 symbols x 4 µsec = 52µsec

802.11 a/g

Symbol time

4µsec

Trong mạng WLAN bắt buộc tất cả các trạm phải có khả năng xử lý PLCP vàframe header , bất chấp chất lượng tín hiệu mà chúng thu được Do vậy những phầnnày của frame luôn luôn được gửi tại tốc độ bit thấp nhất được định nghĩa đối vớiWLAN Nếu các thiết bị di động 802.11b và g của người sử dụng đều hoạt độngtrên cùng 1 mạng thì PLCP header lúc nào cũng được gửi tại tốc độ bit là 1 Mbps Trường Signal trong PLCP header thông báo cho thiết bị nhận biết tốc độ truyền tối

ưu được sử dụng để truyền frame và nó sẽ gia tăng đến tốc độ bit đầy đủ đối vớitrường dữ liệu

2.1.4.2 Frame Header.

Giao thức 802.11 định nghĩa các loại frame dữ liệu , quản lý và điều khiển ; cácloại frame này được nhận dạng trong trường Frame Control trong header Frameheader gồm có bốn phần chính sau :

Hình 2.13 Frame Header

o rame Control : 2 octets

o Duration/ID : 2 octets

o MAC Address (điển hình có 3 địa chỉ MAC) : 6 octets mỗi địa chỉ

o Sequence Control : 2 octets

Frame Control (2 octets).

Tất cả các loại frame dữ liệu , quản lý và điều khiển đều bắt đầu với trường 2 octetframe control (FC) Trong khi chỉ có 2 octet về chiều dài nhưng trường FC lại bao gồmtới 11 trường con nên nó được sử dụng đa dạng trong nhiều chức năng khác nhau

o Protocol Version (2 bits) : phiên bản hiện tại là 00

o Type (2 bits)/Subtype (4 bits) : nhận dạng loại frame được gửi đi (chẳng hạnloại frame Dữ liệu , Quản lý hoặc Điều khiển) và những loại con cụ thể

o To DS (1 bit) : trong mạng BSS hoặc ESS thì bit này được thiết lập đến giá trị

1 trong những frame được gửi đi bởi 1 client tới 1 access point để được chuyển tiếpđến mạng LAN có dây hay hệ thống phân phối – distribution system (DS)

o From DS (1 bit) : trong mạng BSS hoặc ESS thì bit này được gán giá trị là 1trên những frame nhận được bởi access point từ mạng LAN có dây và bây giờ chúngđang được gửi đến client không dây Thiết lập của các bit To/From DS định nghĩatrường địa chỉ - Address Fields được biên dịch như thế nào

o More Fragments (1 bit) : thiết lập đến giá trị 1 nếu thông điệp gốc được phânđoạn và sau đó chúng lại được phân đoạn lần nữa , thiết lập đến giá trị 0 đối với thôngđiệp bị phân đoạn cuối cùng hoặc các frame không bị phân đoạn.

o Retry (1 bit) : được thiết lập đến giá trị là 1 nếu frame này là frame truyền lại ,việc này giúp loại bỏ các frame trùng nhau Trường này cũng có thể được giám sát đểnhận biết vấn đề (chẳng hạn như việc vượt quá giới hạn truyền lại các frame trên mạng)

o Power Management (1 bit) : thiết lập đến giá trị bit 1 nếu một trạm đang hoạtđộng ở chế độ tiết kiệm năng lượng Trong trạng thái tiết kiệm năng lượng hay còngọi là trạng thái ngủ lơ mơ thì client tắt hoặc vô hiệu hóa card mạng NIC không dâycủa nó để tiết kiệm năng lượng và bật nó lại sau 1 khoảng thời gian nhất định để nhậnframe Beacon từ AP Frame Beacon có thể được theo sau bởi Announcement TrafficIndication Map (ATIM) để thông báo cho các trạm về việc AP đang giữ các frametrong bộ nhớ đệm buffer của nó dành cho chúng

o More Data (1 bit) : được sử dụng bởi access point khi giao tiếp với các trạmđang hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng để chỉ ra còn những frame khác nữatrong bộ nhớ đệm dành cho chúng

o Protected Frame (1 bit) : trước kia được gọi là “ WEP bit “ , bit này được setđến 1 nếu trường dữ liệu được mã hóa sử dụng bất kỳ cơ chế mã hóa 802.11 nào

o Order (1 bit) : chỉ ra frame được gửi đi sử dụng dịch vụ Strict Order tức làmạng đảm bảo tất cả các frame sẽ được truyền theo thứ tự

Duration/ID

Trong quá trình hoạt động bình thường , trường này có 2 ý nghĩa Mục đích chínhcủa nó là để thiết lập Network Allocation Vector (NAV) , NAV giống như bộ định thờitrong mỗi trạm nhằm ghi nhận khoảng thời gian mà nó sẽ có để gửi frame Tất cả cáctrạm ghi nhận thiết lập NAV và sẽ cho là kênh truyền vô tuyến đang bận trong khoảngthời gian đó dù là chúng không thể cảm nhận việc truyền dẫn thực sự (đây là 1 lệnh đểbắt buộc tất cả các trạm xem kênh truyền như đang bận) Trong hoạt động tiết kiệmnăng lượng , 1 trạm thức giấc gửi thông điệp Power Save Poll trong đó 14 bit đầu tiênchỉ ra mạng BSS mà trạm đó thuộc về và 2 bit cuối cùng được set đến bit 1

Hay nói cách khác trường Duration/ID chỉ ra trong bao lâu đường truyền vôtuyến được dành riêng trong khi frame được gửi đi và nó bao gồm cả thời gian để mộtthông điệp báo nhận ACK được gửi trả lời

Sequence Control (2 octets).

Trường này được sử dụng để ráp lại các thông điệp đã bị phân đoạn và loại

bỏ những frame trùng nhau Trường này có 2 phần là : Fragment Number và

Sequence Number.

MAC Address.

Một frame 802.11 sẽ bao gồm 3 hoặc 4 địa chỉ (thông thường là 3) Giống nhưEthernet frame , các thiết bị 802.11 được nhận dạng bằng 1 địa chỉ MAC 48 bit duynhất và nó được ghi trên card mạng NIC không dây WLAN Access Point cũng có 1địa chỉ MAC được gọi là BSSID Do địa chỉ này là duy nhất nên người dựng thiết bị

di động không thể gán hoặc thay đổi địa chỉ thiết bị

Hình 2.14: Cấu trúc địa chỉ MAC Mỗi frame 802.11 sẽ bao gồm địa chỉ MAC nguồn , địac chỉ MAC đích cùng vớiBSSID (địa chỉ MAC của AP) cũng có mặt trong frame header Có tất cả 4 trường địachỉ và ý nghĩa của mỗi trường địa chỉ thì dựa vào thiết lập của các bit To/From DStrong trường Frame Control (FC) như bảng sau:

Frame từ một điểm truy cập đến

1 máy khách trong mạng BSS hoặc ESS

DA BSSID SA

Frame từ 1 máy khách đến điểm truy cập trong mạng BSS hay ESS

BSSID SA DA

1 1 Frame gửi giữa 2 điểm truy cập

trong kết nối điểm-tới-điểm RA TA DA SA

Bảng 2.3: Gán địa chỉ 802.11

o TA (Transmitter Address) : là địa chỉ MAC của trạm đang gửi frame trênmạng WLAN, nhưng không phải là trạm tạo ra nội dung frame.

o RA (Receiver Address) : địa chỉ MAC của trạm đang nhận frame trên mạngWLAN , nhưng không phải là trạm đích cuối cùng

2.1.4.3 Frame Body.

Đây là nơi mang lưu lượng dữ liệu hoặc lưu lượng thoại thực sự cần được gửi

đi cùng với các header của giao thức mức cao hơn Một frame 802.11b có thể mang

từ 0  2312 octets trong khi frame 802.11a và g có thể mang từ 0  4095 octets Nhưng phần lớn sẽ thiết lập kích thước frame tối đa là 1500 bytes để phù hợp vớikích thước frame Ethernet tối đa nhằm đảm bảo cho các frame sẽ không bị phânđoạn khi truyền dẫn

Hình 2.15 Frame Body

20 (14)

TCP Header

Mã hóa thoại RTP

Header

UDP Header

IP Header

60 hoặc 200 octets (8 Hoặc 64 Kbps mã hóa thoại)

20

≤1500 octets

20

Điển hình frame body của 1 frame dữ liệu sẽ chứa 1 packet IP và gồm cả IPheader và TCP header Đối với voice packet thì frame sẽ gồm có : phần lấy mẫu thoại: thông thường là 20 msec cho mã hóa số thoại

o Real Time Transport Protocol Header (12 octets) : để nhận ra mã hóa thoạiđược sử dụng và đảm bảo tính thứ tự và thời gian liên tiếp

o UDP Header (8 octets) : nhằm cung cấp địa chỉ port

o IP Header (20 octets trong IP Version 4) : để cung cấp địa chỉ IP và nhữngthông tin khác cho định tuyến

2.1.4.4 Frame Check Sequence.

Bốn octet Cyclic Redundancy Check (CRC) được thêm vào frame và dựng đểkiểm tra thông điệp nhận được có lỗi hay không Một thông điệp báo nhận ACK đượcgửi trở lại đối với những frame nhận được mà không có lỗi Những frame tìm thấy lỗithì cách xử lý đơn giản là các frame này sẽ bị loại bỏ bởi thiết bị nhận nên không cần cóyêu cầu truyền lại tự động Automatic Retransmission reQuest – ARQ hoặc xử lý ARQ

2.1.5 Nguyên tắc hoạt động của mạng WLAN.

2.1.5.1 Quá trình chứng thực và kết hợp.

Một trạm hay client muốn tham gia vào một mạng wireless LAN thì nó phải trảiqua quá trình chứng thực (authentication) và kết hợp (association) với AP Chuẩn802.11 định nghĩa 3 trạng thái đối với 1 client là :

oTrạng thái khởi tạo : chưa chứng thực và cũng chưa kết hợp

oTrạng thái đã chứng thực nhưng chưa kết hợp

oTrạng thái đã chứng thực và đã kết hợp

Trong suốt trạng thái khởi tạo chỉ có frame điều khiển dựng để hỗ trợ vị trí mạng

và chứng thực được gửi đi

Beacon Message :

Thông điệp Beacon là 1 thành phần quan trọng trong mạng LAN không dây Trong mạng BSS và ESS , access point truyền thông điệp Beacon để quảng bá về khảnăng sẵn sàng của nó và cung cấp tín hiệu mà các client có thể sử dụng để đo lườngchất lượng của đường truyền vô tuyến Thông điệp Beacon cũng thông báo những tùychọn và các khả năng mà 1 trạm phải hỗ trợ để thỏa mãn các đòi hỏi nhằm có thể thamgia vào mạng WLAN đó

Từ quan điểm cấu trúc , điều này có nghĩa là chúng ta có thể thay đổi các tínhnăng mạng trong access point rồi từ đó access point sẽ thông báo các thông số mớinày trong thông điệp Beacon Các client bây giờ sẽ biết chúng phải sử dụng các thôngsố này để tham gia vào mạng

Tiêu biểu access point sẽ gửi thông điệp Beacon vào khoảng thời gian cách nhau100msec hay sẽ có 10 thông điệp Beacon được gửi đi trong mỗi giây Nếu có WLANảo được hỗ trợ trên mạng , access point sẽ gửi thông điệp Beacon cho từng WLAN ảovới các thông số hoạt động duy nhất cho mỗi WLAN Một thông điệp Beacon thì xấpxỉ 50 byte chiều dài với khoảng 1 nửa là header frame và frame check sequence Địachỉ đích trong thông điệp Beacon được set đến giá trị toàn là bit 1 , tức là địa chỉbroadcast Điều này bắt buộc tất cả các trạm trong mạng WLAN phải nhận và xử lýmỗi frame Beacon.

Mỗi frame Beacon mang những thông tin sau trong frame body :

o Timestamp (8 octets) : các trạm sử dụng giá trị timestamp này để cập nhậtđồng hồ cục bộ của nó để đảm bảo tính đồng bộ với access point Việc này đặc biệtquan trọng trong hoạt động tiết kiệm năng lượng

o Beacon Interval (2 octets) : đây là chiều dài thời gian giữa những lần truyềnthông điệp Beacon Trước khi 1 trạm bước vào chế độ tiết kiệm năng lượng nó cầnbiết khoảng thời gian này để nó có thể thức giấc nhận thông điệp Beacon và phát hiện

ra có hay không các frame dành cho nó trong bộ nhớ đệm buffer của access point

o Capability Information (2 octets) : trường này định nghĩa những tùy chọn màđang được sử dụng trong mạng

o Service Set Identifier (có thể lên đến 32 octets) : SSID là tên của mạng WLANđược gán bởi người dùng để nhận ra mạng wireless LAN Trong mạng ESS tất cả cácaccess point đều sử dụng chung cùng 1 tên mạng Mặc định thông điệp Beacon màaccess point gửi đi gồm có SSID ở trong đó để khi các trạm bắt được gói tin Beaconthì các trạm sẽ tự động cấu hình card mạng NIC không dây của nó cho phù hợp vớimạng mà nó muốn tham gia vào

o Optional Fields : thông điệp Beacon cũng có thể gồm có 1 số trường khác nữađược sử dụng để nhận biết các thông số đối với nhảy tần số , hoạt động không tranhchấp và thông tin quốc gia

o Announcement Traffic Indication Map (ATIM) : access point cũng có thể gửiframe ATIM (type = 00 , subtype = 1001) nhận ra trạm nào đang trong chế độ tiếtkiệm năng lượng có fame dữ liệu đang đợi trong bộ nhớ đệm của access point dànhcho chúng

 Quá trình chứng thực

Chứng thực là bước đầu tiên trong quá trình mà 1 trạm tham gia vào mạngwireless LAN Nó cung cấp cơ chế mà nhờ đó access point xác định xem 1 trạm nàođó có đủ tính hợp pháp hay không để tham gia vào mạng WLAN

Chuẩn 802.11 định nghĩa 2 kiểu chứng thực là :

oChứng thực mở (Open Authentication)

oChứng thực khóa chia sẻ (Shared Key Authentication)