Cách khắc phục một mạng không dây – Phần 1

Quản trị mạng - Các mạng không dây thực sự đã mang lại rất nhiều sự thuận tiện trong sử dụng. Mặc dù vậy ngoài sự tự do và tính thuận tiện mà chúng mang lại cho bạn thì đôi khi chúng cũng gây ra nhiều phiền phức trong quá trình sử dụng. Chẳng hạn như mạng dễ bị đứt, tốc độ chậm, không thể kết nối hoặc…

Tuy nhiên nếu được trang bị một số kiến thức cơ bản về cách làm việc của các mạng không dây và một số kỹ thuật khắc phục sự cố đơn giản, bạn có thể tìm và khắc phục hoặc có thể tối thiểu hóa được nhiều vấn đề đối với kiểu mạng này.

Trong phần đầu tiên của loạt bài này, chúng tôi sẽ cung cấp cho các bạn một số kiến thức cơ bản về WLAN, sau đó sẽ giới thiệu một số triệu chứng hay gặp và những nguyên nhân có thể của chúng. Với mục đích giúp các bạn chọn đúng hướng đi trong việc khắc phục vấn đề mà bạn gặp phải. Đây là một vấn đề quan trọng, vì đôi khi một số “công việc sửa chữa” bị áp dụng một cách mù quáng có thể làm cho vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn!

Các kiểu WLAN

Có hai kiểu mạng không dây chính là Infrastructure, đây là mạng mà chúng ta thường gặp nhiều nhất và mạng ad hoc.

Trong các mạng Infrastructure, các máy khách không dây (thường là Station hoặc STA) kết nối với các điểm truy cập (AP), điều phối và chuyển tiếp lưu lượng giữa các STA. Lưu ý rằng trong Infrastructure WLAN, các STA không truyền thông trực tiếp, đây là một nhận thức sai. Các AP cũng bắc cầu cho dữ liệu giữa các đoạn mạng LAN chạy dây và không dây.

Lưu ý: Một Router không dây có chứa cả điểm truy cập (AP), Router và switch được kết hợp để chia sẻ một kết nối Internet giữa các máy khách không dây và chạy dây. Các Router không dây thường được sử dụng trong các mạng nhỏ tại gia đình hoặc các doanh nghiệp nhỏ chỉ yêu cầu một điểm truy cập (AP). Mặc dù vậy, nếu với những địa điểm cần phải sử dụng đến sự phủ sóng của tín hiệu vô tuyến thì các AP bổ sung có thể kết nối với Router không dây.

Trong loạt bài này, chúng tôi sẽ sử dụng thuật ngữ AP, tuy nhiên thuật ngữ này cũng có nghĩa Router không dây.

Hình 1 thể hiện cho bạn các chức năng phối hợp và chuyển tiếp trong một Infrastructure WLAN. Để truyền tải một file từ máy tính A đến máy tính B, gói dữ liệu sẽ được truyền tải từ máy tính A đến AP, sau đó được phát lại đến máy tính B.

Hình 1: Việc gửi và nhận trên mạng không dây infrastructure

Trong mạng không dây ad hoc, các STA tạo một mạng ngang hàng không có điểm truy cập. Sự truyền thông trên mạng ad hoc được quy định bằng các giao thức có trong các chuẩn 802.11và được thực thi trong mỗi một STA.

Trong loạt bài này, chúng tôi sẽ tập trung và các mạng không dây Infrastructure vì sự chiếm ưu thế của chúng.

Các kênh

Như những gì bạn có thể thấy khi cấu hình một AP, có 11 kênh được cung cấp cho dải băng tần 2,4GHz. (Dải băng tần 2.4 GHz được sử dụng bởi các thiết bị 802.11b, 802.11g và 802.11n)
Hình 2 tượng trưng ảo cho các kênh và tần số.

Hình 2: Mô tả các tần số 2.4GHz cho các kênh 802.11b/g

Về mặt kỹ thuật bạn có thể chọn bất cứ kênh nào trong số những kênh trên, tuy nhiên trong thực tiễn, bạn chỉ nên sử dụng các kênh 1, 6 hoặc 11. Lý do cho sự hạn chế này là sự chồng lấn giữa các kênh. 802.11b và g sử dụng 11 kênh trong băng tần 2.4GHz, mỗi một kênh được phân chia cách nhau 5MHz. Do độ rộng của mỗi một kênh thường ở 22MHz đối với 802.11b và 20MHz đối với 802.11g, nên cả 802.11b và g đều có ba kênh không bị chồng lấn đó là (1, 6 và 11).

Nếu tất cả năng lượng tín hiệu phát đi được chứa bên trong băng tần 20 (hoặc 22MHz), thì khái niệm về hiện tượng không chồng kênh sẽ đơn giản hơn. Tuy nhiên sự thực lại phức tạp hơn đôi chút.

Hình 3: Phổ tín hiệu truyền dẫn

Hình 3 thể hiện một hình vẽ quang phổ được lý tưởng hóa (một chiều là năng lượng, một chiều là tần số) của tín hiệu 802.11b.

Lưu ý: Các biểu đồ phổ dưới đây được dựa trên hình 3 và không được thực hiện theo thang đo một cách chính xác mà chỉ là tượng trưng.

Do các kênh 11b và g cách nhau 5MHz nên nếu xếp hai kênh này bên cạnh nhau (cho ví dụ 1 và 2) sẽ xuất hiện sự chồng lấn như thể hiện trong hình 4.

Hình 4: Chồng lấn kênh liền kề 802.11b

Vùng màu vàng hiển thị công xuất từ tín hiệu của kênh 2 bị chồng vào vấu chính của kênh 1 (phần cong rộng nhất và cũng là chỗ băng tần chứa hầu hết công suất của tín hiệu). Do có một lượng đáng kể của vấu chính của kênh 2 chồng lấn với vấu chính của kênh 1 (và ngược lại) nên sự truyền thông trên cả hai kênh sẽ bị ảnh hưởng. Ngược lại với bức tranh này là tình huống thể hiện trong hình 5.

Hình 5: Không xảy ra hiện tượng chồng lấn kênh 802.11b

Hình này có cùng tham số đo như trong hình 4, tuy nhiên thể hiện các tín hiệu trong các kênh không bị chồng lấn 1, 6 và 11. Do công suất từ mỗi tín hiệu không ngắt hẳn tại đường biên 22MHz của kênh nên vẫn có sự chồng lấn giữa các kênh gọi là không chồng lấn "non-overlapping" này. Tuy nhiên trong trường hợp này, vùng màu vàng thể hiện công suất của kênh 11 bị chồng lấn với vấu chính của kênh 6 nhưng lại thấp hơn đến 30dB (1/1000) so với công suất đỉnh của kênh 11.

Các kênh 1, 6 và 11 được coi như các kênh "non-overlapping" vì số lượng công suất bị chồng lấn nhỏ nên không ảnh hưởng đến hoạt động của kênh. Tuy nhiên ngoài ra còn có nhiều hệ số phụ thuộc khác, ví dụ như khả năng Adjacent Channel Rejection (ACR) của kênh và thêm vào đó là khoảng cách vật lý giữa các thiết bị trên các kênh khác nhau. Mặc dù ở đây chúng ta đang sử dụng ví dụ dựa trên 802.11b, nhưng tình huống khá tương tự với 802.11g.

Lưu ý: Để có được hình ảnh tốt hơn về tín hiệu 802.11g thực sự như thế nào khi được capture trên một bộ phân tích phổ, bạn có thể tham khảo một số hình ảnh tại đây.

Những cơ sở về tần số vô tuyến (RF)

Khi khắc phục sự cố mạng không dây, bạn cần phải có kiến thức về các tín hiệu vô tuyến (RF) truyền tải như thế nào trong không gia mạng. Tương tự như các thiết bị vô tuyến khác, chẳng hạn như điện thoại không dây, hoặc các thiết bị bộ đàm, chất lượng và cường độ tín hiệu của sóng vô tuyến sẽ giảm khi khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu ở cách xa nhau (trong trường hợp này là Router không dây và máy tính). Thêm vào đó là các chướng ngại vật gây suy hao tín hiệu như như tường, sàn nhà và đồ đạc trong nhà cũng là các nguyên nhân gây làm giảm tín hiệu vô tuyến.

Để hiểu tốt hơn về cách làm việc của tín hiệu vô tuyến như thế nào, hãy hình dung AP của bạn như một ngọn đèn không bị che hướng nào. Ngọn đèn của bạn sẽ tỏa sáng tốt trong một môi trường hoàn toàn mở (không có vật chắn trên đường đi giữa ngọn đèn và mắt của bạn), tuy nhiên ánh sáng của chúng sẽ giảm đi nếu bạn đặt trong môi trường có vật chắn như khi ở trong nhà.

Chính tường, trần và đồ đạc trong nhà lại là các đối tượng làm giảm cường độ sáng của đèn hay cường độ của sóng vô tuyến. Càng có nhiều đối tượng chắn giữa ngọn đèn và mắt bạn, khi đó bạn sẽ càng khó thấy được ánh sáng từ ngọn đèn hơn.

Các anten sử dụng trong các thiết bị mạng không dây đóng vai trò rất quan trọng trong việc truyền tín hiệu. Hầu hết các thiết bị mạng không dây (Router không dây và các adapter) đều có các anten không định hướng, với kiểu anten này, tín hiệu được phát đi với cường độ như nhau ở tất cả các hướng.

Quay trở lại với ví dụ ngọn đèn, bạn có thể nghĩ tới việc đặt một vật phản xạ đằng sau ngọn đèn giống như việc gắn vào một anten định hướng cho AP của bạn. Vật phản xạ sẽ không thay đổi số lượng sáng được phát đi, nhưng sẽ tập trung được lượng sáng theo một hướng cần thiết.

Chúng tôi sẽ giới thiệu thêm về anten và hiệu quả sử dụng của chúng trong phần sau của loạt bài này.

Xuyên nhiễu

Ngoài sự xuyên nhiễu gây ra bởi các mạng không dây khác trên cùng kênh hoặc từ các kênh chồng lấn, các thiết bị vô tuyến khác cũng có thể gây nhiễu các mạng không dây. Các thiết bị sử dụng bằng tần 2.4 GHz dưới đây có thể là một trong số đó:

Lưu ý: Chúng ta đang tập trung chủ yếu vào băng tần 2.4GHz, băng tần được sử dụng bởi các sản phẩm 802.11b, g và draft n. Nhưng các vấn đề xuyên nhiễu tương tự có thể xuất hiện với các sản phẩm 802.11a và draft 11n sử dụng băng tần 5 GHz.

Tuy nhiên, do mỗi kênh trong băng tần 5 GHz sử dụng các tần số không bị chồng lấn (non-overlapping) và các thiết bị WLAN 5 GHz ít được sử dụng hơn, nên hiện tượng xuyên nhiễu nhờ đó cũng ít hơn.
Hiệu ứng xuyên nhiễu bởi các thiết bị liệt kê ở trên hoàn toàn khác nhau. Có thể chỉ làm giảm hiệu suất và giảm tốc độ của mạng. Tuy nhiên một số thiết bị có thể làm chết hoàn toàn các tín hiệu không dây, stop mạng Wi-Fi được sử dụng trong các tấn công có chủ ý.

Chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết hơn về sự xuyên nhiễu sóng vô tuyến trong phần khác của loạt bài này.

Xác minh vấn đề

Cho đến đây chúng tôi đã giới thiệu cho các bạn một số kiến thức cơ bản về mạng Wi-Fi, dưới đây chúng tôi có liệt kê một số nguyên nhân của các vấn đề trong một LAN không dây.

Bảng 1 trình bày các triệu chứng thường gặp phải và các nguyên nhân có thể của chúng. Lưu ý rằng một số nguyên nhân có thể dùng chung cho nhiều triệu chứng!

Bảng 1: Các triệu chứng và nguyên nhân