Cas des réseaux sans-fil : Wi-Fi

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1 Cas des réseaux sans-fil : Wi-Fi Origine & Terminologie Principe de fonctionnement Couverture Modes de communication Sécurité Origine et Terminologie Emergence de la norme IEEE Première norme parue en 1997 Débit initial de 2MBits/s En 1998 : appelée commercialement Wi-Fi (Wireless Fidelity) Débit de 11 Mbits/s Norme la plus utilisée actuellement La norme g contrôle 95% du marché sans fil COPYRIGHT PRONETIS 1

2 Origine et Terminologie «Pourquoi une telle popularité auprès des constructeurs et utilisateurs?» Avantages Norme internationale (IEEE) et indépendante d'un constructeur en particulier Pas redéveloppement de la couche réseau Rayon d'action important (jusqu'à 40 m en intérieur, 100m et plus en extérieur), permettant de se déplacer à l'intérieur d'un bâtiment sans perte de connexion ; Débit acceptable ( g : 54 Mb/s) ; Mise en œuvre facile : pas de travaux, pas de déclaration préalable dans la plupart des pays, pas de licence radio à acheter, Coût d'une installation inférieure à 100 par poste (20-40 TTC carte Wi-Fi, borne Wi-Fi) Epargne les travaux de câblage dans les locaux anciens ou vétustes Confort d utilisation pour les itinérants (ou les «nomades») ex: les commerciaux Origine et Terminologie Les inconvénients Effets pervers de la course à l'innovation des technologies sans fil Les plus gros constructeurs "améliorent" souvent la norme à leur sauce, espérant ainsi capter des parts de marché. Mécanisme Propriétaire ex: Double Rate de chez Linksys Les mécanismes de sécurité intégrés au protocole standard sont faibles et défaillants COPYRIGHT PRONETIS 2

3 Origine et Terminologie "LE RESTE DE LA FAMILLE" Normes Commentaires a (Wi-Fi 5) Basée sur la plage de fréquence des 5GHz. Débit théorique 54Mbps. Dispose de 8 canaux b (Wi-Fi) e f g i Utilise la plage de fréquences des 2.4GHz et offre un débit théorique de 11Mbps dans un rayon d'une centaine de mètres. QoS pour les applications multimédias. Fait partie de la couche MAC. Optimisation de la transmission de la voix et des flux vidéo. Protocole Inter-Access point roaming protocol permettant à un utilisateur itinérant de changer de point d'accès de façon transparente indépendamment des marques des points d'accès. Itinérance (ou roaming) Offre un débit théorique de 54Mbps, exploite la bande de fréquences des 2,4 GHz, compatible avec la version b Sécurité : Utilise le cryptage AES (Advanced Encryption System). Amélioration de la sécurité des transmissions (gestion et distribution des clés, chiffrement et authentification) pour les technologies a, b et g n 2.4 GHz ou 5 GHz, débit théorique entre 200 et 500 Mbits/s 50 mètres en intérieur et 125 mètres en extérieur Origine et Terminologie Réseaux domestiques : WPAN (Wireless Personal Area Network) Application domestiques Relier généralement des périphériques (imprimante, téléphone portable, appareils domestiques, PDA...) HomeRF (Home Radio Frequency) Fondé en 1998 sur la norme b et DECT (digitally Enhanced Cordless Telephone) Fréquence 2,4GHz, Débit théorique 10 Mbits/s, Portée de 50m sans amplification Norme en perte de vitesse : abandonnée en 2003 par Intel BlueTooth Initié en 1994 par Ericson IEEE Technologie de moyen voir faible débit (1 Mbits/s), Fréquence 2,4 Ghz Faible consommation d énergie et mécanismes de sécurité fiables Faible rayon d action (10 mètres), Composants de petite taille Adapté pour les équipements mobiles (Montre, PDA, voiture, ) COPYRIGHT PRONETIS 3

4 Origine et Terminologie Réseaux locaux sans fils : WLAN (Wireless Local Area Network) ou RLAN : Radio LAN Terme regroupant l'ensemble des technologies Ethernet sans fil (802.11) Wi-Fi : Label délivré aux produits respectant les normes La "Wi-Fi Alliance" est un consortium de plus de 200 sociétés et certifie l'interopérabilité des produits avec son label Origine et Terminologie Réseaux métropolitains sans fils : WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) Boucle Locale Radio (BLR) IEEE ou WIMAX Débit utile de 1 à 10 Mbit/s pour une portée de 50 kilomètres Destiné principalement aux opérateurs de télécommunication. Réseaux étendus sans fils : WWAN (Wireless Wide Area Network) réseaux sans fils les plus répandus Utilisés par les téléphones mobiles GSM : Global System for Mobile Communication (2G) GPRS : General Packet Radio Service (2,5G) UMTS : Universal Mobile Telecommunications System (3G) Couverture nationale et internationale COPYRIGHT PRONETIS 4

5 Origine et Terminologie Principe de fonctionnement Principe de fonctionnement: couche physique du Principes radioélectriques Issue de la technologie militaire dont le principal objectif était à l origine de limiter la détectabilité des stations en émission Emission du signal sous le niveau de bruit et nécessite une connaissance des fréquences utilisées pour être détecté Transmission basée sur l étalement de spectre (DSSS, FHSS) Première norme (publiée en 1997) autorise 2 types de transmission DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum ) FHSS ( Frequency Hopping Spread Spectrum). COPYRIGHT PRONETIS 5

6 Principe de fonctionnement Principe de fonctionnement : couche physique FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) : Débit de 1 ou 2 Mbps Résistant aux interférences (adaptée aux milieux industriels) De moins en moins utilisée DSSS (Direct Sequence Spectrum) : Débits de 1, 2, 5.5 et 11 Mbps retenue pour le b IR (Infrarouge): Très peu développé OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Optimise la bande passante Débits : 6 et 54 Mbits/s Retenue pour a et g Principe de fonctionnement Couche Physique : caractéristiques b Utilisation de la bande des fréquences : à GHz 14 canaux de 22 MHz Débit de 11 Mbits/s => Largeur de bande : 22 MHz (Shannon) Possibilité de travailler sur 3 canaux simultanément Pour limiter l overlapping (recouvrement de spectre) dans une installation multi-bornes il faut utiliser les canaux distants de 25 MHz (1,6,11) Possibilité d agréger les 3 canaux sur une même zone en utilisant plusieurs points d accès Débit total maximum : 11 Mbps Débit effectif maximum : 6 Mbps Débits de repli supportés : 5,5 Mbps, 2 Mbps, 1 Mbps Spectre des fréquences b COPYRIGHT PRONETIS 6

7 Principe de fonctionnement Couche Physique : caractéristiques g Utilisation de la bande de fréquence des 2,4 GHz Compatible avec le standard b Utilise la même technique de modulation que a : OFDM Comme le b, seulement 3 canaux sont utilisables simultanément Débit total maximum : 54 Mbps Débit effectif maximum : 30 Mbps Débits supportés : 1, 2, 5.5, 6, 9, 11, 12, 18, 24, 36, 48 Mbps Principe de fonctionnement Différences entre Ethernet (802.3) et Wi-Fi (802.11) CSMA/CA La technique CSMA/CA évite les conflits de transport là où le détecte et corrige les conflits de transport (technique CSMA/CD) ajoute les adresses MAC des passerelles dans chaque trame intègre en standard le support de l itinérance utilisateur ("roaming") définit de nouvelles trames de gestion protocolaires dont les plus importantes sont les trames balises ('"beacons") Trame Beacon annoncent tous les 1/10" de seconde la présence du point d'accès et les trames d'association qui permettent la négociation des paramètres de connexion entre la carte et le point d'accès prévoit des mécanismes de sécurité (WPA-WPA2) CSMA/CD : Carrier Sense Multiple Sense / Collision Detection CSMA/CA : Carrier Sense Multiple Sense / Collision Avoidance COPYRIGHT PRONETIS 7

8 Principe de fonctionnement Caractéristiques logiques : Couche MAC MAC Header = 30 octets FC ID ADRESSE 1 ADRESSE 2 ADRESSE 3 SC ADRESSE 4 Frame Body CRC 2 Octets 2 Octets 6 Octets 6 Octets 6 Octets 2 Octets 6 Octets Octets 4 Octets CRC (Cyclic Redondancy Check) : checksum pour contrôler l intégrité de la trame SC (Sequence Control): indique le numéro de fragment et le numéro de séquence pour la gestion de l ordonnancement et de la duplication de trames Adresse : en fonction du FC, possibilité d utiliser jusqu à 4 adresses pouvant correspondrent à 5 types différents {émetteur, récepteur, source, destination, borne d accès} ID (Duration/ID) valeur pour l envoi de certain message, et le calcul du NAV FC (Frame Control) version du protocole, 3 types de trame (de gestion, de données ou de contrôle) Couverture Plage de fréquences 10 à 20 GHz : Satellites TV 5 GHz : a 2,5 GHz : Fours Micro-ondes 2,4 GHz : g, b, n 1,8 GHz : GSM 1,5 GHz : GPS 900 MHz : GSM 470 à 806 MHz : Télévision 87,5 à 108 MHz : Radio diffusion FM 153 à 800 KHz : Radio diffusion AM COPYRIGHT PRONETIS 8

9 Couverture Propagation Une onde électromagnétique se propage en ligne droite, à vitesse C = 3x10 8 m.s dans le vide. dans tout autre milieu, elle peut être réfractée, réfléchie, diffractée, absorbée ou atténuée. Une onde électromagnétique est absorbée par un circuit résonnant à sa fréquence : plomb, «nos os», O 2, l atmosphère, H2O, la pluie, le maillage du béton armé. Couverture Affaiblissement du signal COPYRIGHT PRONETIS 9

10 Couverture Il existe 2 grands types d'antennes : Antennes Omnidirectionnelles Antennes Directionnelles Les antennes directionnelles peuvent être des antennes à plaque (patch) ou des antennes YAGI Antenne YAGI Antenne Patch Antenne omnidirectionnelle Couverture Les antennes dipolaires sont les antennes couramment livrées sur les équipements WLAN Leur gain est de 2,14 dbi par rapport à une antenne isotrope à 0 dbi. Cela correspond à un gain de 0 dbd (db dipôle) Antenne dipolaire COPYRIGHT PRONETIS 10

11 Couverture Portées approximatives en intérieur : a,g : 25 mètres à 54 Mbps b : 40 mètres à 11 Mbps Modes de communication Les modes de communication Les différentes topologies utilisée en WLAN permettent de répondre à des besoins différents En mode Infrastructure (Access Point), un équipement accueille les connexions de clients En mode ad hoc (Peer to Peer), deux équipements clients communiquent directement En mode Pont, un équipement permet d'interconnecter plusieurs LANs filaires En mode Répéteur, un équipement permet d'étendre la couverture d'un pont ou d'un AP COPYRIGHT PRONETIS 11

12 Modes de communication Mode infrastructure le réseau sans fil consiste au minimum en un point d accès Avec ce WLAN les utilisateurs pourront accéder aux services pris en charge par le LAN filaire (serveurs de fichiers, imprimantes, accès Internet). Modes de communication Mode infrastructure (suite) Le client effectue une demande pour s associer à une borne d accès Plusieurs modes d authentification pou s associer à une borne : - Ouvert : pas d authentification requise - Fermé : le client doit connaître le SSID - Réseau sécurisé : le client doit connaître le SSID et le secret partagé SSID : Service Set Identifier Identifiant du réseau déclaré sur le point d accès COPYRIGHT PRONETIS 12

13 Modes de communication Mode ad hoc (point à point) deux stations sans fil communiquent directement entre elles sans point d accès ni connexion à un réseau filaire. Création rapide et simple d'un réseau sans fil. Modes de communication Les ponts permettent de connecter des LAN distants Ils sont équipés de connecteurs permettant de connecter des antennes appropriées Ils permettent des interconnexions multipoints Les ponts peuvent fonctionner avec ou sans client COPYRIGHT PRONETIS 13

14 Modes de communication Les répéteurs Ils étendent la couverture radio des AP ou des ponts Attention : la méthode d'accès partage le média. La bande passante est donc divisée par deux à chaque répéteur Les répéteurs ne sont pas couverts par les standards Modes de communication Les clients peuvent se connecter aux AP, aux ponts acceptant les clients et aux répéteurs (protocole propriétaire) Ils peuvent également se connecter aux autres clients en mode Peer to Peer (ou ad hoc) On peut trouver différents terminaux sur le marché : PC portables, PDA, Téléphones Douchettes (lecteurs de code à barre) Imprimantes à étiquettes Téléphone Wi-Fi (VoIp) Caméra sans-fil. COPYRIGHT PRONETIS 14

15 Sécurité «Quelles sont les menaces du Wi-Fi?» Atteinte à la confidentialité, à l intégrité à la disponibilité de vos données. Pour cela, il n est pas nécessaire à l attaquant d avoir un accès physique à votre système d information. L attaque peut provenir de l étage dessus ou de l immeuble d en face. Les attaques sont les suivantes - Ecoute passive de tout le trafic (mode monitor de la carte Wi-Fi) - Interception de données et modifications de données à la volée - Usurpation d identité - Deny de service sur les clients Wireless - Accéder à toutes les ressources accessibles depuis ce réseau. Sécurité Le mécanisme WEP - Mécanisme de chiffrement des flux WI-FI à l aide d un algorithme de chiffrement à clé symétrique RC4 - Clé statique par défaut d une longueur 64 bits (128 Bits optionnel) - Clé calculé à partir d une «passphrase» rentrée manuellement sur la borne d accès Wi-Fi et sur tous les clients Wi-Fi Les «Forces et Faiblesses» des mécanismes de sécurité - Le RC4 est très performant, et consomme peu de bande passante - Les clés de chiffrement sont statiques avec une longueur par défaut trop faible. - Pas de mécanisme de gestion de clés et d authentification des utilisateur. - SSID (Identifieur Réseau) en clair - Filtrage MAC : complexe à mettre en œuvre et insuffisant - Le WEP a fait l objet d attaques opérationnelles Alternatives - WPA et WPA 2 (Wi-Fi Protected Access) crée par le wi-fi Alliance COPYRIGHT PRONETIS 15

16 Sécurité Mécanisme WPA (Wi-Fi Protected Access) - Crée par le Wi-Fi Alliance pour corriger certaines failles du WEP - Fondé sur un sous-ensemble de la norme i (qui a débuté en janvier 2001) - Utilisation d un mécanisme TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) - Gestion et distribution des Clés WEP dynamiques, - Vérification de séquence des paquets, - MIC vérifie l intégrité de chaque trame en remplacement de l algorithme CRC, - Deux modes de fonctionnement : 802.1x ou PSK (PreShared Key) Mécanisme WPA 2 (Wi-Fi Protected Access) ou i Reprend les mêmes mécanismes que WPA Implémente la norme i (publiée en juin 2004) Utilise AES pour le chiffrement des trames à la place du RC4 ANNEXE COPYRIGHT PRONETIS 16

17 Principe de fonctionnement Couche Physique : caractéristiques a Utilisation de la bande de fréquence des 5 GHz appelée bande UNII UNII : Unlicensed National Information Infrastructure Incompatible avec les standards b et g Utilise la modulation OFDM OFDM divise cette bande en 8 ou 12 canaux de 20 MHz, eux même divisés en 52 souscanaux de 300 KHz Débit total maximum : 54 Mbps débit effectif maximum : 30 Mbps Débits de repli supportés : 6, 12, 18, 24, 36, 48 Mbps Spectre d'un sous canal OFDM Spectre OFDM Principe de fonctionnement «Dans le monde sans fil, il est difficile de détecter les collisions» 2 stations communiquant avec un récepteur ne s'entendent pas forcément mutuellement en raison de leur rayon de portée Portée de la station B B Borne A Portée de la station A Portée de la borne COPYRIGHT PRONETIS 17

18 Point sur la réglementation L'ART (Autorité de Régulation des Télécommunications) réglemente l'utilisation des bandes de fréquences hertziennes Puissance rayonnée doit être inférieure à 100 mw Canal 14 interdit en France Depuis le 25 Juillet 2003, tous les départements de France métropolitaine peuvent utiliser la bande de fréquence de 2,4 GHz avec les limitations de PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente) suivantes Fréquence (MHz) Intérieur Extérieur b et g : canaux 1 à b et g : canaux 10 à mw (20 dbm) (20 dbm) 100 mw 2483,5 10 mw (10 dbm) Point sur la réglementation (20 dbm) COPYRIGHT PRONETIS 18

19 Couverture Antenne Une antenne possède trois caractéristiques : Le gain, La direction, La polarisation La puissance en sortie de l'équipement radio est exprimée en mw (milliwatt) ou dbm (db milliwatt) Le gain d'une antenne est exprimé en dbi (Décibel isotrope. Une antenne isotrope possède une puissance de 0 db). La PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente) PIRE = Puissance de l'émetteur + Gain de l'antenne Couverture Une antenne isotrope a un rayonnement parfait de 360 à la verticale comme à l'horizontale Antenne théorique de référence COPYRIGHT PRONETIS 19

20 Couverture Exemple de rayonnements d'une antenne YAGI et d'une antenne à plaque: Antenne YAGI Antenne à plaque COPYRIGHT PRONETIS 20