Nội dung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ CHU MINH ĐỨC PHÁT HIỆN TRANH CHẤP TRONG MẠNG NỘI BỘ KHÔNG DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ CHU MINH ĐỨC PHÁT HIỆN TRANH CHẤP TRONG MẠNG NỘI BỘ KHÔNG DÂY Ngành : Công nghệ thông tin. Chuyên ngành : Mạng máy tính và truyền thông dữ liệu. Mã số : 8480102.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỂN ĐÌNH VIỆT Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Phát Hiện Tranh Chấp Trong Mạng Nội Bộ Không Dây” là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Đình Việt. Nội dung được trình bày thông qua kiến thức tổng hợp cùng với sự tham khảo của các tài liệu trong và ngoài nước, được ghi chú đầy đủ vào trong tài liệu tham khảo, có xuất xứ rõ ràng. Tác giả luận văn Chu Minh Đức i LỜI CÁM ƠN Trước tiên, tôi xin chân thành cám ơn sự giảng dạy nhiệt tình, tâm huyết của tập thể giảng viên trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội, cám ơn đội ngũ nhân viên cán bộ trường đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập nghiên cứu của tôi tại trường. Đặc biệt là thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Đình Việt, người rất nhiệt tình tận tâm chỉ bảo tôi từ lúc bỡ ngỡ nghiên cứu đến khi hoàn thành khóa học cùng với các góp ý quý báu trong quá trình thực hiện đề tài. Tiếp đến tôi xin cám ơn gia đình bạn bè luôn quan tâm động viên tạo điều kiện cho tôi trong suốt khóa học. Do thời gian và điều kiện có hạn nên bản khóa luận này không tránh khỏi những thiếu xót, tôi rất mong muốn nhận được sự ý kiến góp ý của các thầy cô cùng các bạn quan tâm tới lĩnh vực này. Tác giả luận văn Chu Minh Đức ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................... i LỜI CÁM ƠN ............................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................. v DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................... vii DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................... viii LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................ x CHƯƠNG 1 – GIỚI THIỆU .................................................................... 1 1.1 Mạng LAN không dây – WLAN ....................................................... 1 1.1.1 Sự ra đời và ứng dụng ................................................................. 1 1.1.2 So sánh ưu nhược điểm so với mạng LAN có dây ..................... 2 1.1.3 Các thành phần của kiến trúc IEEE 802.11 ................................ 3 1.2 Giao thức cho mạng WLAN – CSMA/CA ........................................ 4 1.2.1 Giao thức CSMA/CD cho mạng có dây ..................................... 4 1.2.1.1 Giao thức CSMA ................................................................. 4 1.2.1.2 Giao thức CSMA/CD........................................................... 4 1.2.2 Các lý do không thể áp dụng giao thức CSMA/CD cho mạng WLAN ....................................................................................................... 5 1.2.2.1 Hiện tượng trạm ẩn (Hidden Terminal problem) ................ 5 1.2.2.2 Hiện tượng trạm lộ (Exposed Terminal problem) ............... 6 1.2.3 Giao thức cho mạng WLAN – CSMA/CA ................................. 7 1.3 Giao thức MAC cho mạng WLAN theo chuẩn 802.11 ..................... 8 1.3.1 Giao thức CSMA/CA có bổ sung việc sử dụng gói tin ACK ... 11 1.3.2 Cơ chế điều khiển truy cập môi trường truyền DCF ................ 12 1.3.2.1 Cảm nhận sóng mang......................................................... 12 1.3.2.2 Các phương thức truyền trong DCF .................................. 13 1.3.3 Cơ chế điều khiển truy cập môi trường truyền PCF ................. 15 1.3.4 Giao thức MAC theo chuẩn 802.11 (CSMA/CA,+ACK, +RTS/CTS) ............................................................................................. 16 1.4 Các kiểu tấn công mạng WLAN theo chuẩn 802.11 ....................... 16 iii 1.5 Các mục tiêu nghiên cứu chính của luận văn. ................................. 17 CHƯƠNG 2 – PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁP TẤN CÔNG GÂY NGHẼN ......................................................................................................... 18 2.1 Jammer và mô hình tấn công jamming ............................................ 18 2.2 Sử dụng mô hình chuỗi Markov cho cơ chế DCF ........................... 19 2.3 Xây dựng biểu thức tính thông lượng cho cơ chế DCF ................... 25 2.4 Phân tích sự tiêu hao năng lượng của nút mạng tấn công kiểu Jamming ...................................................................................................... 28 2.5 Phân tích ảnh hưởng lên thông lượng .............................................. 30 CHƯƠNG 3 – PHÂN TÍCH KẾ HOẠCH CHỐNG TẤN CÔNG KIỂU GÂY NGHẼN .................................................................................... 31 3.1 Phát hiện sự nghẽn mạng (Dectection of Jamming) ........................ 31 3.2 Sửa cơ chế DCF để chống tấn công kiểu Jamming ......................... 33 CHƯƠNG 4 - MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.................... 39 4.1 Công cụ mô phỏng NS2 ................................................................... 39 4.1.1 Giới thiệu và lịch sử phát triển bộ công cụ NS2....................... 39 4.1.2 Cấu trúc bộ công cụ mô phỏng NS2 ......................................... 39 4.1.3 Đặc điểm của bộ mô phỏng NS2 .............................................. 41 4.2 Đề xuất mô hình phát hiện tắc nghẽn .............................................. 42 4.3 Thực hiện mô phỏng ........................................................................ 42 4.3.1 Kịch bản mô phỏng ................................................................... 42 4.3.2 Kết quả và đánh giá mô phỏng. ................................................ 45 4.4 Kết luận về các kết quả nhận được từ mô phỏng............................. 52 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO...................... 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 54 PHỤ LỤC ................................................................................................. 55 iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ tiếng Anh ACK Acknowledgement AP Access Point BSS Basic Service Set CCA Clear Channel Assessment CSMA Carrier Sense Multiple Access CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CTS Clear To Send DCF Distributed Coordination Function DIFS DCF Inter-Frame Space DS Distributed System DSSS Direct Sequence Spread Spectrum EIFS Extended Inter-Frame Space ESS Extended Services Set FCS Frame Check Sequence FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum GLRT Generalized Likelihood Ratio Test HCF Hybrid Coordination Function IBSS Independent Basic Service Set IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers LAN Local Area Network LLC Logical Link Control MAC Medium Access Control MPDU MAC Protocol Data Units MSDU MAC Services Data Units NAV Network Allocation Vector NFC Near Field Communication v PCF Point Coordination Function PDR Packet Delivery Ratio PHY Physical PLCP Physical Layer Convergence Procedure PMD Physical Medium Dependent PSR Packet Send Ratio RFID Radio Frequency Identification ROC Receiver Operating Characteristic RSSI Received Signal Strength Indicator RTS Request To Send SIFS Sort Inter-Frame Space SSID Service Set Identifier WECA Wireless Ethernet Compatibility Alliance WEP Wired Equivalent Privacy Wi-Fi Wireless Fidelity WLAN Wireless Local Area Network WPA Wi-Fi Protected Access WPA2 Wi-Fi Protected Access II vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1 Các tham số thực nghiệm .......................................................... 21 Bảng 4- 1 Các thông số mô phỏng ............................................................ 45 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Extended Serivce Set ................................................................... 3 Hình 1-2 Hiện tượng hidden terminal ......................................................... 6 Hình 1-3 Hiện tượng exposed terminal....................................................... 6 Hình 1-4 Giao thức truy cập CSMA/CA .................................................... 7 Hình 1-5 Chuẩn 802.11 WLAN trên lớp PHY và lớp con MAC ............... 8 Hình 1-6 Cấu trúc khung tin MAC ............................................................. 9 Hình 1-7 Giao thức CSMA/CA + ACK.................................................... 11 Hình 1-8 Truy cập kênh truyền DCF cơ bản ............................................ 14 Hình 1-9 Truy cập kênh truyền DCF với RTS/CTS ................................. 15 Hình 1-10 Chức năng cộng tác điểm PCF ................................................ 15 Hình 2-1 Mô hình hóa DCF theo chuỗi Markov ...................................... 21 Hình 2-2 Xác suất gói tin lỗi và xác suất tắc nghẽn ................................. 25 Hình 2-3 Ts và Tc ..................................................................................... 26 Hình 2-4 Thông lượng thực nghiệm và lý thuyết ..................................... 27 Hình 2-5 Tương quan năng lượng sử dụng với xác suất gói tin lỗi của jammer ....................................................................................................... 29 Hình 2-6 Lựa chọn xác suất tắc nghẽn với hạn chế năng lượng............... 30 Hình 3-1 ROC của bộ dò .......................................................................... 33 Hình 3-2 DCF chỉnh sửa ........................................................................... 34 Hình 3-3 Sử dụng năng lượng của jammer theo DCF, M-DCF với 3,10,20,50 trạm ......................................................................................... 36 Hình 3-4 Thông lượng và xác suất tắc nghẽn ........................................... 37 Hình 3-5 Xác suất tắc nghẽn và số trạm ................................................... 37 Hình 3-6 Xác suất truyền với xác suất gói tin lỗi ..................................... 38 Hình 4-1 C++ và OTcl trong NS-2 ........................................................... 40 Hình 4-2 Cấu trúc thư mục NS2 ............................................................... 42 Hình 4-3 Sơ đồ mô phỏng ......................................................................... 43 viii