Réseaux sans fil

Transcription

1 Réseaux sans fil Frédéric Guinand LITIS, Université du Havre IUT 2

2 vs Ethernet : Ethernet réseau local (LAN) : réseau local sans fil (WLAN). Wi-Fi organisation de type réseau local mais : nouveaux problèmes : sécurité mobilité qualité de service (QoS)

3 Quelques rappels sur les réseaux filaires Ethernet IEEE 802.3

4 Trois niveaux fonctionnels : Accès : connectivité des stations au réseau Distribution : segmentation du réseau en domaines de broadcast (niveaux 2 (routeurs) et 3 (commutateurs) du modèle OSI) Dorsale : acheminement des trames entre les niveaux de distribution.

5 OSI : couche 2 Ethernet Couche liaison de données : sous-couche LLC (Logical Link Control) : identique pour tous les réseaux 802 (.3 Ethernet,.5 Token Ring, etc.) sous-couche MAC ( Access Control) : contrôle d accès au support physique. La sous-couche qui nous intéresse est la sous-couche MAC.

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7 Ethernet : contrôle d accès au medium CSMA/CD : Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection. Principe : écoute du support et détection de collision. 1 la prochaine émission sur le support n est pas prévisible 2 une nouvelle émission sur le support nécessite d attendre que le support soit libre 3 une fois le support libre, émissions simultanées possibles 4 détection de la collision, arrêt de l émission et attente avant reprise.

8 Carrier Sense : détection de porteuse (en fait d absence de signal). Multiple Access : un seul support plusieurs émetteurs. Collision : survient lorsque deux stations émettent simultanément. Détection : les stations sont capables de détecter le chevauchement de plusieurs signaux. Il existe ensuite un mécanisme de réémission.

9 Principe : la machine écoute le support si un signal est détecté, émission différée si aucun signal n est détecté, attente d un délai égal au temps de silence entre deux trames intertrame gap ITG ou interframe gap IFG. ensuite émission, et simultanément écoute du support pour détection de collision. en cas de collision, il y a envoi d un message jam, sorte de bruit permettant à l ensemble des stations sur le réseau de savoir qu il y a eut collision, attente d un temps aléatoire appelé backoff delay avant la réémission.

10 Détection des collisions comment fait une station pour détecter une collision? au bout de combien de temps après le début/la fin de son émission peut-elle détecter une collision? cf. TD 2.

11 Adressage dans un réseau Ethernet Adressage de type broadcast : de un vers tous. Adressage de type multicast : de un vers plusieurs. Adressage de type unicast : de un vers un.

12 Adressage broadcast Le message est envoyé à l ensemble des stations du domaine de broadcast Chaque station récupère le message et le traite pour décider si le contenu l intéresse. Mode d adressage impossible à grande échelle car trop de trafic peut entraîner une tempête de broadcast.

13 Adressage multicast de un vers plusieurs pour recevoir des trames multicasts, une station doit s inscrire au groupe streaming vidéo utilise la technique IP multicast : les paquets IP multicast sont envoyés à une adresse IP particulière avec une adresse MAC de destination dont l identifiant OUI est E. Adresse MAC : 48 bits. Identification unique d une interface réseau. Deux parties : 24 bits 24 bits Organizational Unique Identifier Idf alloué par le fabricant

14 WLAN - Sans fil - Wi-Fi - IEEE

15 Wi-Fi Ethernet a, b, g, i, n, etc. famille de standards. Wi-Fi : Wireless Fidelity est un label de conformité. comportement conforme aux standards IEEE a/b/g

16 802.11d e p a b g i n

17 : une famille de protocoles 1997 : le standard IEEE est ratifié. Débits 2 Mbits/s (Ethernet filaire 10 Mbits/s). Plage de fréquences : 2.4 Ghz (proche des fours à micro-ondes (2.45 GHz)) Les membres les plus connus 1999 : a : 6-54 Kbits/s. Portée 25m-75m 1999 : b : débits de 5.5 et 11 Mbits/s, portée 35m-100m 2001 : d : itinérance internationale : g : 54 Mbits/s (Fast Ethernet 100 Mbits/s). Plages de fréquences : 2.4 GHz et 5 GHz

18 : une famille de protocoles Les derniers arrivés 2004 : i : sécurité, chiffrement : e : qualité de service : n : utilisation d antennes MIMO (Multiple Input Multiple Output) : p (WAVE : pour les véhicules). D autres sont prévues pour les années qui viennent.

19 medium support de transmission d une autre nature et non guidé problèmes liés au medium lui-même (ondes) accès comment gérer n accès équitable au support? (du ressort de la sous-couche MAC) détection de collision impossible quel protocole d accès au medium?

20 Quelques mots sur le medium

21 : air+ondes Réseaux qui utilisent pour support les ondes électromagnétiques.

22 : air+ondes

23 Altération de la propagation Vitesse de la lumière dans le vide. Obstacles et changement de milieu altèrent la propagation. Les ondes sont : Absorbées. Réfléchies. Diffractées. Diffusées.

24 Altération de la propagation

25 Elément de base : Service Set

26 Service Set : un ensemble de machines, un groupement logique d équipements. Transmissions par radio une station peut se trouver à portée radio de plusieurs émetteurs. pour aider le tri, l émetteur préfixe les données par un identifiant de service set : le SSID ou Service Set IDentifier.

27 Topologies Ethernet Trois types d organisations (on dit aussi topologies) : IBSS : Independent Service Set BSS : Basic Service Set ESS : Extended Service Set

28 BSS : Basic Service Set groupe de stations qui communiquent via un point d accès (ou AP Access Point) aucune communication directe n est autorisée dans un BSS, toutes les communications transitent via l AP station A AP station B l AP peut disposer d une liaison montante (uplink) vers un réseau câblé de type Ethernet c est le cas des TataBox, on parle de BSS d infrastructure

29 Basic Service Set Ethernet

30 IBSS : Independent Basic Service Set WLAN pair-à-pair aussi appelé réseau ad hoc réseau autonome, sans AP, durée de vie généralement très limitée aucun mécanisme de relai, seules les communications de proche en proche sont possibles

31 ESS : Extended Service Set lorsque plusieurs BSS sont reliés entre eux par un système de distribution (via une liaison montante, lien uplink)

32 Vision globale Ethernet

33 Représentation des couvertures

34 Représentation sous forme de graphes Station B AP Access Point A Station C Station

35 Représentation sous forme de graphes AP Access Point B Station A Station C Station

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37 méthode similaire à ethernet : écoute du support (de la porteuse pour un WLAN) et accès partagé mais détection de collision impossible une collision est détectée implicitement lorsque l émetteur ne reçoit pas d acquittement donc protocole de type CSMA, écoute de la porteuse et accès partagé, mais avec évitement des collisions (CA pour collision avoidance) au lieu de la détection principe qui prévaut : écouter avant de transmettre : LBT (Listen Before Talk).

38 CSMA/CA Ethernet CSMA/CA : Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance avant d émettre une station doit dire combien de temps elle compte utiliser le medium aucune station n émet avant que l émetteur en cours n ait terminé pour savoir si le message a été reçu, une station a besoin d une confirmation si deux stations émettent en même temps, elles n ont aucun moyen de le savoir, mais elles n obtiendront pas confirmation de leur propre émission en l absence de confirmation, une station attend un temps aléatoire avant de tenter de nouveau

39 Implémentation de CSMA/CA par la fonction DCF : Distributed Coordination Function qui comporte quatre éléments : 1 écoute de la porteuse 2 fonction de coordination distribuée 3 trames d acquittement 4 réservation du support par trames RTS/CTS

40 DCF Ethernet écoute de la porteuse deux manières de procéder : au niveau physique, écoute réelle (détection d un signal porteur), écoute virtuelle par NAV : Network Allocation Vector Principe du NAV. Lorsqu une trame est envoyée dans un BSS d infrastructure, toutes les stations reçoivent la trame. Celle-ci contient un champ de durée dont la valeur couvre la durée de transmission + la durée de l acquittement. Lorsqu une station (qui n est pas l émetteur) reçoit cette trame, elle met à jour son NAV pour se taire jusqu à ce que la valeur arrive à 0.

41 DCF Ethernet Principe de fonctionnement avec NAV Access Point AP message (10ms) B message (10ms) A message (10ms) C nav=5ms nav=0 nav=25ms

42 DCF Ethernet Principe de fonctionnement avec NAV à réception, les stations mettent leur NAV à jour Access Point AP B nav=10ms A nav=0 C nav=25ms

43 DCF Ethernet Principe de fonctionnement avec NAV mise à jour également lorsque l AP retransmet le message dans le réseau Access Point AP B nav=5ms A nav=0 C nav=25ms

44 DCF Ethernet fonction DCF une station qui veut émettre doit patienter pendant un laps de temps après que le support ait été détecté comme libre intervalle de temps : DIFS : Distributed Inter-Frame Space lorsque la valeur atteint 0, la station choisit une valeur de backoff aléatoire (un nombre de timeslots) puis attend que ce nombre atteigne 0 avant de pouvoir émettre, ce nouveau temps d attente est appelé fenêtre de contention (contention window (CW))

45 DCF Ethernet fonction DCF la valeur de la fenêtre de contention peut varier entre un minimum CW min et un maximum CW max (dépendent du constructeur, souvent 7 et 255) l algorithme de backoff sélectionne une valeur aléatoire comprise entre 0 et la valeur courante du CW. en cas de non reception de l acquittement et avant de recommencer la transmission, le backoff est doublé

46 DCF Ethernet fonction DCF Communication DIFS Contention Window temps

47 DCF Ethernet trames d acquittement lorsqu une station a envoyé sa trame, l AP envoie à son tour une trame d acquittement à la station émettrice (en fait une diffusion) pour que les acquittements arrivent plus rapidement, ils n ont pas de procédure de backoff un court intervalle doit toutefois être respecté : le SIFS : Short Inter-Frame Space si la station émettrice ne reçoit pas la trame d acquittement elle double la valeur courant de CW et recommence le processus.

48 DCF Ethernet noeuds caché et trames RTS/CTS pour tester que le support n est pas occupé (au niveau physique), il faut pouvoir entendre les autres stations qui émettent, or... un scénario possible est qu une station ne parvienne pas à émettre parce qu une autre station se situe dans l environnement de l AP mais pas dans celui de la station, c est le problème de la station cachée

49 DCF Ethernet Station cachée Station B Access Point Station A Station C

50 DCF Ethernet Trames RTS/CTS pour résoudre le problème, la station envoie une trame de contrôle RTS : Request to Send à destination de l AP la trame contient la durée de transmission envisagée l AP répond avec une trame CTS : Clear To Send assortie d une durée, cette trame demande que le support soit laissé libre pendant l intervalle de temps indiqué les stations qui reçoivent cette trame mettent à jour leur NAV la trame RTS subit les contraintes de DCF, par contre les trames CTS bénéficient du même régime que les trames d acquittement (attente SIFS).

51 DCF Ethernet Anatomie d un envoi complet support occupé DIFS timeslots RTS SIFS CTS SIFS Message SIFS Ack

52 Connexion

53 Processus en trois étapes : 1 sondage (probe) 2 authentification 3 association

54 Sondage - côté station iwlist la station émettrice envoie une trame de requête de sondage (au débit de 1 Mb/s) sur l ensemble des canaux (1 à 13 en Europe) avec : les taux de transfert auxquels elle peut fonctionner, l ensemble de services pour lequel elle est configurée (SSID) en effet, plusieurs AP avec le même ESSID peuvent être à portée

55 Sondage - côté AP à la reception de la requête, si elle ne contient pas d erreur, l AP répond par une trame de balisage (ou trame beacon) contenant un autre ensemble d informations parmi lesquelles : horodage : valeur qui permet de synchroniser l horloge de la station et celle de l AP beacon interval (intervalle de balisage) : nombre d unités de temps entre trames beacon SSID de l AP débits supportés : tous les débits qui sont supportés (cf TP) d autres informations utiles pour la couche PHY

56 Sondage - côté station (2) à réception des réponses, la station choisit l AP auquel elle souhaite se connecter les critères de choix sont libres (puissance, SSID, débits, etc) étape suivante : l authentification

57 Authentification il existe deux méthodes : open system et shared key cf. prochain cours sur la sécurité supposons que cette étape ait été passée avec succès, une fois la station authentifiée par l AP, reste une dernière étape : l association

58 Association - côté station la station envoie une requête d association à l AP parmi les informations contenues dans la trame : un intervalle d écoute (fréquence de réveil de la station, utile pour l économie d énergie) SSID de la station qui doit correspondre au SSID de l AP (configuration avec iwconfig en TP) débits supportés par la station

59 Association - côté AP l AP répond à l aide d une trame réponse à la requête d association cette trame intègre un ensemble d informations parmi lesquelles : le code du résultat de l association (succès/échec/etc.) allocation par l AP à la station d un identifiant d association (AID) il s agit d un port logique, comparable à un port physique sur un hub par exemple utile surtout pour le mode économie d énergie les débits acceptés

60 Une fois l association effective, la station peut communiquer avec l ensemble des stations connectées au même Access Point

61 prochains cours : sécurité et déploiement