Département Informatique Les Réseaux Informatiques Les réseaux sans fils Laurent JEANPIERRE.

Département Informatique

Les Réseaux Informatiques

Les réseaux sans fils

Laurent JEANPIERRE

Département Informatique 2

Contenu du cours

Introduction & Historique

Le Wifi : 802.11

Le Bluetooth : 802.15


Introduction

Plusieurs protocoles Ethernet, Fast-Ethernet, Gigabit-Ethernet IP, ICMP, IGMP, ARP, DHCP TCP/UDP Netbios (SMB/CIFS) FTP, NFS, SSH …

Câbles : 10Base2, 10Base5 : coaxial (cuivre) 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseTx : UTP 100BaseF, 1000BaseF : fibre optique


Introduction (2)

Une machine est connectée par Câble secteur Câble vidéo Câbles série (clavier, souris, modem, réseau) Câbles parallèles (imprimante) …

encombrant peu pratique peu déplaçable infrastructure coûteuse (tirer câbles)


Historique

Technologie ancienneRadio-transmission ~ années 50 Initiative des armées

Innovations (relativement) récentesGSM : 1982Bluetooth : 1994…maintenantHiperlan : 1996Wifi : 1997…maintenantHomeRF : 1998…2003 (abandonné)Wimax : 2002


Contenu du cours


Le Wifi : 802.11



Le Wifi

WIreless Fidelity Groupement de constructeurs

Wireless Ethernet Compatibility Alliance Normes ISO :

802.11 : 1 2Mbit/s (1997) 802.11a : jusqu’à 54Mbit/s (1999) 802.11b : 11Mbit/s (1999) 802.11g : jusqu’à 54Mbit/s (2003)

compatible 802.11b 802.11h : compatibilité Hiperlan2 802.11i : cryptage 802.11j : compatibilité réseaux japonais


Un problème de fréquences

Fréquences allouées par l’état Autorité de Régulation des Télécommunications European Telecommunications Standard Institute Federal Communication Commission

Ex : 2454-2483,5 MHz : Radars OTAN


Un problème de fréquences (2)

La bande Industry-Science-MedicalSans autorisation


Un problème de fréquences (4)

Bande des 2400MHz-2483,5MHz14 canaux de 22MHz (chevauchement)

Théorème de Shannon 11Mbit/s1-11 aux USA, 10-13 en France


Structure du réseau

2 niveaux :Basic Service Set (BSS)

1 point d’accès (AP)Machines connectées à cet AP

Extended Service Set (ESS)Plusieurs BSSReliés entre eux

En filaireEn sans-fil


ESS

BSS / ESS en images

BSS – 2 BSS - 1

Roaming


Architecture logicielle 802.11

Couche LLC Adressage & liaison de données

Couche MAC CSMA/CA (collision avoidance)

ou Accès par priorité (802.12) Association à un AP Confidentialité

Couches physiques FHSS (saut de fréquence) DSSS (séquence de Barker) IR (codage par position)


Couche FHSS

Frequency Hop Spread Spectrum 79 canaux de 1MHz 78 séquences de canaux ≠ Au moins 2,5 sauts par seconde Avantages

Résistance au perturbations Propagations multiples

Inconvénients Matériel cher Propagation multiple (Pls réceptions/émission) Faible débit, faible portée


Couche DSSS

Direct Sequence Spread Spectrum Envoi de 11 bits pour 1 bit (802.11)

11101100011 = 0 00010011100 = 1

Avantage : Matériel simple Peu sensible aux interférences Détection/Correction d’erreurs

Inconvénients : 1Mbit/s (modulation en 2 phases) 2Mbit/s (modulation en 4 phases)


La norme 802.11

802.11bDSSS 2 phases : 1Mbit/sDSSS 4 phases : 2Mbit/sDSSS CCK 4 bits : 5,5Mbit/sDSSS CCK 8 bits : 11Mbit/s

(Complementary Code Keying)802.11g

DSSS : compatibilité 202.11bOFDM : similaire à 802.11a (incompatible)

(pls canaux bas débit > 1 canal haut débit)


Couche IR

Transmission via faisceau Infra-RougeModulation par position d’impulsion

(Pulse Position Modulation)Exemple : 2 bits par modulation

00011011


Couche MAC

Ressemble à Ethernet CSMA Adressage & format de trame CRC

Mais différent Fragmentation/ré-assemblage

Beaucoup de pertes de trames (transfert par radio) Max 2312 octets de données par trame

Qualité de service Mobilité Sécurité 2 versions : DCF/PCF


Couche MACDistributed Coordination Function

Caractéristiques: Accès égalitaire Données asynchrones Collisions, contention

Principe : CSMA/CA : Carrier Sense Media Access with

Collision Avoidance Accusés de réception par réservation : débit 6Mbit/s (pas collision) ou par timer : débit 11Mbit/s (moins collisions)


Couche MACPoint Coordination FunctionCaractéristiques

Pas de contentionPas de collisionDonnées isochrones (temps-réel)

PrincipeLe point d’accès contrôle toutPolling Qui doit émettre ?Donne la parole à tour de rôle selon QoS

Non implanté sur les matériels


Couche MACIntervalle inter-trame

Inter-Frame Spacing SIFS : Short-IFS

Entre 2 trames d’une même conversation(Ack, CTS, RTS, …)

PIFS : PCF-IFS =SIFS+1 Passage en mode PCF, transmission temps-réel

DIFS : Distributed-IFS =PIFS+1 Entre 2 trames normales

EIFS : Extended-IFS = long Après une erreur, attend ACK

AIFS : Advanced-IFS = encore + long Pour accès selon priorité (+court +prioritaire)


DCFPrincipe

CSMA/CA Écoute le canal Si occupé,

attend canal libre + temps aléatoire (07 intervalles) Si collision, temps d’attente doublé

Si transmission pendant attente Compteur en pause Reprend en fin de transmission

Attente terminée Début de l’émission


DCFEn images

Transmission Station 4

Veut émettreAttente = 4 slots Transmission

Station 1

Veut émettreAttente = 7 slots Transmission

Station 4

AC

K

AC

K

AC

K


DCFLe problème de la station cachée


DCFRéservation du canal

Mécanisme RTS/CTS Ready To Send : « Je veux te parler » Clear To Send : « Je t’écoute »

Une station S1 envoie RTS à S2 Trame très courte suivie d’un SIFS

S2 envoie CTS Trame très courte suivie d’un SIFS Toutes les autres stations se taisent et attendent

S1 envoie les données Trames suivies de SIFS

S2 accuse réception 1 DIFS d’attente Toutes les stations recommencent à émettre


La couche LLC

Local Link Control : couche OSI N°2 3 types de services :

Sans connexion, Sans acquittement Unicast, Multicast ou Broadcast Pas de contrôle d’erreur Pas de contrôle de flux (voir TCP, par exemple)

Sans connexion, Avec acquittement Trames ACK Contrôle de flux Stop&Wait (1 trame à la fois)

Service connecté Unicast Contrôle d’erreur par CRC Contrôle de flux


La sécurité du Wifi

2 modes de fonctionnements prévusSystème Ouvert

Accès libre au réseauAuthentification par clé partagée

Clé symétriquePartagée par un canal externe (à la main…)WEP : 40 ou 104 bits

AméliorationWPA : Nécessaire depuis 2003 pour label Wifi


Wired Equivalent Privacy

Cryptage symétrique1 clé unique pour crypter/décrypter64/128 bits

Un cryptage inadéquat24 des bits de la clé ne servent qu’au début

pour l’initialisationFacile à casser (100Mo de données suffisent)Trames « faibles » facile à décrypterRéglage manuel de la clé sur chaque poste

Mieux que rien du tout…


Wifi Protected Access

Cryptage symétriqueRC4 : idem WEP

Initialisation sur 48 bits (24 pour WEP)Temporal Key Integrity Protocol

Mélange avec une clé aléatoireChangement fréquent de clé

Nouvelle clé minimum tous les 10KoDistribution de la clé automatique

« Rekeying »


Le mode ad-hoc

En mode infrastructureLes stations parlent à l’APUne station hors portée est injoignable


Le mode ad-hoc (2)

Sans Point d’AccèsLes stations parlent aux stationsDe point à point Réseau dynamique Tables de routage reconstruites à la volée

Pas de relais entre stationsUne station ne parle qu’à ses voisines Accessibilité restreinte & dynamique

Toutes les cartes Wifi ne sont pas compatibles avec ce mode……


Contenu du cours


Le Wifi : 802.11



Introduction

IEEE 802.15.1, Inventé par Ericsson (1994) www.bluetooth.com Special Interest Group (SIG)

Ericsson, IBM, Intel, …. >4000 entreprises

Normes 1.0 (1999) 1.1 (2000) : + non-cryptage + Mesure force du signal 1.2 (2003) : + saut de fréquence + débit > + qualité > 2.0 (2004) : + débit > + consommation < + multipoint


Quelques éléments

Faible portée, faible consommationDans la bande ISM 2,4GHz

FHSS, 79 canaux de 1MHzChangement pseudo-aléatoire

Pico-réseaux :1 station maître07 stations esclavesEnviron 200 stations en sommeil

Architecture en couches


Architecture Bluetooth


Architecture (2)

Couche RF : 2,4GHz 3 classes de puissance :

I 100 mW (20 dBm) 100 mètresII 2,5 mW (4 dBm) 15-20 mètresIII 1 mW (0 dBm) 10 mètres

Couche Bande de Base (BB) Gère les sauts de fréquence (1600/s) Cryptage 2 modes de fonctionnement

Connecté pour données synchrones (voix,…) Non-connecté pour données asynchrones


Architecture (3)

Link Management ProtocolGestion des pico-réseauxGestion Maître/EsclaveGestion Économie énergieOuverture de connexion

ParamètresQualité de serviceAuthentification des esclavesPartage des clés (cryptage)


Architecture (4)

L2CAP : Logical Link Control & Application ProtocolMultiplexageSegmentation & Réassemblage

Trame L2CAP : 64 KoTrame BB : 2745 bits

+ autres


Les profils Bluetooth21 profils différents


Generic Access Profile : couches bassesA/R Remote Contrôle ProfileExtended Service Discovery ProfileCommon ISDN Access ProfileService Discovery Application Profile

Interroge les services disponiblesÀ distance

Personal Area Network ProfileHardcopy Cable Replacement Profile

Les profiles Bluetooth (2)



Generic Audio/Video Distribution ProfileAdvanced Audio Distribution Profile (A2DP)Video Distribution Profile

TCS-BIN Based ProfileCordless Telephony Profile

Téléphonie Intercom Profile

Talkie-Walkie



Serial Port ProfileHead-Set Profile

Gestion des oreillettes / CasquesHands-Free Profile

Dispositifs audio (téléphone, …)Dial-up Networking Profile

Émulation d’un modemFax ProfileLocal Area network ProfileSIM Access Profile



Generic Object Exchange ProfileFile Transfer ProfileObject Push Profile

Pièces jointesSynchronisation ProfileBasic Imaging ProfileBasic Printing Profile


La sécurité

Communications cryptées par BB Cryptage basé sur 4 valeurs

Adresse dispositif (public) Clé privée sur 128 bits Code PIN (8 128 bits, privé) Nombre aléatoire

Technique du challenge Envoi une donnée non cryptée Reçoit la donnée cryptée Vérifie la donnée reçue


Conclusion

Wifi ou Bluetooth ?Même bande de fréquence, protocole différent Interférence

Wifi = Haut débitBluetooth promet du 100Mbit/s pour 2013

Bluetooth = Basse consommation Surtout pour périphériques embarquésPDA, téléphones, lecteurs MP3


Retour sur les interférences

Radio-diffusion : Interférences multiples Bande ISM

Libre Très utilisée Puissance limitée (10mW en France)

Exemple : Un four à micro-ondes Émet à 2450MHz environ…

milieu de la bande 2,4GHz Large spectre (>100MHz)

Environ 1000 fois plus fort que le wifi ou le bluetooth Toute communication est brouillée sur plusieurs mètres de distance


Le micro-ondes

Bande WIFI / Bluetooth


Le WIMAXWifi de demain ?

Worldwide Interoperability for Microwave Access Supporté par le « Wimax Forum »

(différents fabricants) Norme IEEE 802.16 (2001)

Fréquences initiales de 10GHz à 66GHz (134Mbit/s) Fréquences de 2GHz à 11GHz (2004, IEEE 802.16d) 70Mbit/s sur 50 km (théorique) 12Mbit/s sur 20 km (pratique)

Allocation de fréquences à la demande Une seule licence Française (Attitude-TelecomFree) Plusieurs licences régionales (divers organismes)


Le WIMAX (2)

Évolution de la norme IEEE 802.16d : Connexion via antenne relais

75Mbit/s, 50Km

IEEE 802.16f : Connexion directe Machine-Wimax 30Mbit/s, 3,5Km

WIFI

WIMAX

WIMAX

Département Informatique Les Réseaux Informatiques Les réseaux sans fils Laurent JEANPIERRE.

Documents

Transcript of Département Informatique Les Réseaux Informatiques Les réseaux sans fils Laurent JEANPIERRE.