Réseaux Wi-Fi Normes

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1 Réseaux Wi-Fi Normes Dominique PRESENT Dépt S.R.C. - I.U.T. de Marne la Vallée Des WLAN utilisant les fréquences radio Ces réseaux sans fil (Wireless Local Area Network) utilisent des fréquences de la gamme 2,4GHz La norme autorise des débits de 1Mb/s ou 2Mb/S La norme b «High Rate» permet 5,5Mb/s ou 11Mb/s, destinée aux réseaux Ethernet sans fil (réseaux Wi-Fi) La norme a atteint 54Mb/s, adaptée au protocole ATM (Wi-Fi5) La norme g correspond à 20Mb/s La norme e ajoute de la qualité de service La norme i améliore la sécurité la norme f introduit le nomadisme (Roaming) 1

2 Wi-Fi : un mode sans infrastructure Le mode Ad-Hoc Permet de réaliser un réseau poste à poste (chaque poste peut communiquer avec chacun des autres postes) Ce mode est également appelé Ensemble de Services de Base Indépendants (Independent Basic Service Set) Pour un réseau local : le mode infrastructure Le mode infrastructure nécessite des points d accès connectés au réseau local filaire. Chacun définit une cellule. Hub L ensemble Point ESB d accès et postes inclus dans la cellule constituent ESE un Ensemble de Services de Base (Basic Service Set). Point d accès cellule Les ESB connectés en sous-réseau constituent un Ensemble de Services Etendus (Extended Service Set). 2

3 Se synchroniser à un point d accès Ecoute passive : Le point d accès émet périodiquement des «trames balises» (Beacon Frame) La station attend de recevoir une de ces trames BF Ecoute active : La station émet une trame de test (Probe Request Frame) et attend une réponse d un point d accès PRF RF Le poste doit être authentifié et associé Authnetification : Le poste doit connaître la clé d authentification du point d accès 1. Le poste émet une trame «demande d authentification» AR 2. Le point d accès renvoit un texte texte 3. Le poste crypte le texte avec la clé d authentification Texte crypté 4. Le point d accès confirme ou non l authentification du poste confirm Association : Association : La poste demande les informations d association Le point d accès informe le poste sur les capacités de la cellule, et enregistre la position du poste (niveau du signal) Request confirm 3

4 Sécurisation des échanges : le chiffrement Les échanges peuvent utiliser par option un chiffrement basé sur le RC4 et un CRC-32 bits appelé Wired Encryption Privacy (WEP) En-tête En-tête données En-tête I V En-tête données I C V encapsulation IV : inititialisation Vector ICV : Integrity Check Value Paramètres : - plaintext : P - ciphertext : C - clé partagée (40 bits : k - vecteur d initialisation (24 bits) : v généré pour chaque paquet WEP : le processus de chiffrement I V Clé partagée données = CRC 32 PRNG (RC4) = ICV CRC chiffrement données I V E-T CRC Clé partagée données I V E-T = PRNG (RC4) données déchiffrement Contrôle d intégrité 4

5 Méthodes d accès au support : DCF ou PCF Deux méthodes d accès au support sont normalisées : la coordination distribuée (Distributed Coordination Function) utilise la méthode d écoute du support CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) la coordination centralisée (Point Coordination Function) est une méthode de temps partagé (Time Sharing) gérée en mode maîtreesclave par le point d accès Avantages et inconvénients : la méthode centralisée est mieux adaptée aux flux de type «temps réel» l efficacité de la méthode centralisée diminue avec la mise en veille des postes et leur changement de cellule le choix est déterminé par le point d accès qui informe les postes la méthode distribuée est mieux adaptée à un trafic déséquilibré entre les postes Coordination distribuée : le CSMA/CA La détection de la méthode d accès CSMA/CD des réseaux Ethernet n est pas utilisable pour les réseaux sans fil : la détection de collision implique que la station émettrice puisse écouter et transmettre en même temps ; une station qui émet des ondes radio sature son récepteur si celui-ci écoute simultanément ; Le protocole CSMA/CA utilise : des trames d acquittement positif ; des temporisateurs d espacement des trames (Inter-Frame Spacing) ; l écoute du support avant d émettre (durée DIFS) ; l algorithme de Backoff EIFS DIFS PIFS SIFS EIFS DIFS PIFS DIFS : Distributed IFS PIFS : Point Coordination EIFS : Extended IFS SIFS : Short IFS transmission des données ACK Backoff 5

6 CSMA/CA : acquittement et Backoff Les postes d un même BSS écoutent l activité des autres stations de ce BSS pendant un temps DIFS ; si aucune activité n est détectée, le poste émet ; sinon, il écoute jusqu à ce que la porteuse soit libre et calcule un temps d attente aléatoire par l algorithme de Backoff avant de transmettre ; Algorithme de Backoff : initialise un temporisateur avec une valeur aléatoire entre 0 et 7 ; décrémente le temporisateur dès que le support est libre ; quand la valeur est nulle, la station peut émettre ; si le support est occupé avant la valeur 0, le décompte est bloqué ; à chaque nouvelle tentative la valeur du temporisateur est incrémentée [2 2+i * randf()] timeslot avec i : nb de tentatives * source DIFS données SIFS destinataire ACK écoute DIFS autres stations Backoff CSMA/CA : écoute et attente aléatoire Station A données ACK Station B ACK Station C Station D données Station E données Station F Instant où la station veut émettre Ecoute du support Time slot expiré Nb de timeslots d attente (algorithme de Backoff) 6

7 Problème de la station «cachée» Le rayon de propagation des trames émises par une station est limité. une station n est pas obligatoirement reçue par toutes les autres stations. Station A collision collision Point d accès Station B Station C La station A ne reçoit pas les trames de la station C ; Si les 2 stations veulent émettre, elles détecteront toutes les deux un support libre et émettront leurs trames. Il y aura collision ; La méthode de réservation de support permet de résoudre ce problème CSMA/CA avec réservation du support Deux stations peuvent réserver le support pour une durée définie. C est le mode Virtual Carrier Sense La station source : envoie une trame RTS (avec destinataire et durée de réservation) ; la station destinatrice répond par une trame CTS les autres stations initialisent un temporisateur (Network Allocation Vector) : le temporisateur NAV retarde les transmissions en attente ; la durée de temporisation est calculée par rapport à la taille de la trame en cours d émission ; DIFS SIFS SIFS source RTS données données SIFS SIFS SIFS destinataire autres stations CTS ACK NAV ACK DIFS Backoff 7

8 Réservation : plus de station cachée Le point d accès voit toutes les stations actives. Les trames qu il émet sont donc reçues par toutes les stations du BSS Station A RTS A CTS A Point d accès CTS A RTS C Station B Station C Le point d accès confirme la réservation de support (trame «CTS A»). La station C reçoit la trame de confirmation de réservation destinée à la station A. Elle sait que le support n est pas disponible ; Coordination centralisée : le temps partagé N est possible qu avec un point d accès (mode infrastructure) ; Le point d accès interroge les stations pour savoir celles qui ont des données à émettre (méthode de polling) ; Le point d accès partage le temps d émission entre toutes les stations souhaitant émettre des données ; Unité de temps allouée au temps partagé (CFP) durée d émission 1ère station balise polling SIFS données+ack CF_end NAV L unité de temps partagée est délimitée par des trames «balise» et «CF_end» Pendant le partage de temps, les stations bloque le CSMA/CA par le temporisateur NAV ; Il n y a pas de collision, mais une perte d efficacité due à la scrutation ; 8

9 Mixage des méthodes PCF et DCF La norme prévoit la possibilité pour les points d accès de partager le temps entre les méthodes d accès au support «centralisée» et «distribuée» ; Il est ainsi possible de réserver de la bande passante pour les données temps réel (ex. : voix) et les données informatiques. Unité de temps Temps CSMA/CA partagé balise PCF DCF balise PCF DCF Gestion du temps par les points d accès Cette possibilité prévue par la norme n est pas actuellement pas implémentée dans les points d accès Les fréquences radio utilisées en Pour , b (Wi-Fi) et g : bande sans licence dans les 2,4GHz (fréquences scientifiques et médicales) ; largeur de bande de 83MHz affectée aux réseaux sans fil. Pour a (Wi-Fi5) : bande sans licence UN-II dans les 5,2GHz ; largeur de bande de 300MHz affectée aux réseaux sans fil Réglementation française : a l intérieur des bâtiments : - pas d autorisation préalable - bande 2,4465 2,4835GHz pour 100mW - bande 2,4 2,4835GHz pour 10mW a l extérieur des bâtiment dans un domaine privé : - autorisation obligatoire auprès de l ART - bande 2,4465 2,4835GHz sur le domaine public : - règles édictées par l ART 9

10 22MHz b :14 canaux de transmission Canal 1 Canal 7 Canal 13 2,4GHz 83MHz Séquence directe (Direct Sequence Spread Spectrum) : La bande de 83MHz est divisée en sous canaux de 22MHz La transmission ne se fait que sur un seul canal Un espace ne peut être couvert que par 3 canaux disjoints maximum 2,4835GHz Canal 1 F Canal 7 Canal 13 Canal 1 Exemple d affectation de canaux 4 canaux de transmission en extérieur 22MHz A l extérieur des bâtiments, la bande de 37MHz est organisée en 4 canaux de 22MHz F Canal Canal Canal Canal ,4465GHz 37MHz 2,4835GHz La portée des ondes radios diminue quand on augmente le débit : En intérieur En extérieur Débit (Mb/s) Portée (m)

11 Couche physique b : le chipping Pour compenser le bruit, un bit est transformé en une suite de bits avant la transmission. Cette technique permet au récepteur d effectuer une vérification et une correction d erreur bit à bit. Donnée binaire Code de 10 bits pour un «1» Code de 10 bits pour un «0» débit 1Mb/S 2Mb/s 5,5Mb/s 11Mb/s codage 11 bits 11 bits 8 bits 8 bits modulation BPSK QPSK QPSK QPSK Chaque code est converti en symbole transmis à 1MSymbole/s. Le débit est défini par la modulation de chaque symbole par saut de phase (BFSK ou QFSK). Vitesse 1MSymb/s 1MSymb/s 1,375MS/s 1,375MS/s Bits/modul La mobilité des postes : le handover Hub Le handover est le passage d un poste d une cellule à une cellule voisine. Non prévu dans les premières versions, il est introduit dans les nouvelles versions La norme ne prévoit pas de mécanisme précis, mais définit des règles : -synchronisation de l horloge du poste avec celle du point d accès -Écoute active et passive -Mécanismes d association permettant aux postes de choisir le point d accès auquel elles veulent s associer 11

12 Trames Préambule : suite de 80 bits alternant 0 et 1 pour sélectionner la point d accès le plus proche, suivis du début de trame (Start Frame Delimiter) constitué de 16 bits ( ) En-tête PCLP : transmise à 1Mb/s,, elle contient les informations : longueur du champ des données fanion de signalisation PLCP champ d en-tête du contrôle d erreur préambule En-tête PCLP données CRC Ctl Durée Adresse Adresse Adresse Ctl Adresse Données /ID séq (octets) En-tête MAC Version du Type Sous To protocole Type DS From More Retry Power More DS frag Mgt data Wep order (bits) Champ contrôle de trame Trame : le champ contrôle Champ Contrôle Version : identifier la version du protocole IEEE (actuellement 0) Type : 3 types possibles; trames de gestion, de contrôle ou de données Sous-type : pour chaque type il existe des sous-types To DS : ce bit est mis à 1 si la trame est adressée au Point d Accès, à 0 dans les autres cas From DS : ce bit est mis à 1 lorsque la trame vient du DS (système de distribution) More Fragment : ce bit est mis à 1 si d autres fragments suivent le fragment en cours Retry : ce bit est mis à 1 si le fragment est une retransmission (utile pour le récepteur si ack perdu) Power Management : indique que la station sera en mode de gestion d énergie après cette trame More Data : également pour la gestion d énergie; le AP indique qu il a d autres trames pour cette station WEP : indique que le corps de la trame sera chiffré selon l algorithme WEP Order : indique que cette trame est envoyée en utilisant la classe de service «strictement ordonné» 12

13 Trames : en-tête MAC Champ Durée/ID durée, en microsecondes, de la prochaine trame transmise (calcul du NAV). trames de contrôle, ID de la station en association (2 premiers bits à 1). Champs Adresse 1, 2, 3, 4 Une trame peut contenir jusqu à 4 adresses, selon les bits ToDS et FromDS Adresse 1 : adresse du récepteur (adresse du PA si ToDS à 1, sinon station) Adresse 2 : adresse de l émetteur (adresse du PA si FromDS à 1, sinon station) Adresse 3 : adresse de l émetteur original si FromDS à 1. Sinon si ToDS est à 1 c est l adresse destination Adresse 4 utilisée si système de distribution sans fil utilisé pour une trame transmise entre deux points d accès (ToDS et FromDS à 1). ToDS FromDS Adr1 Adr2 Adr3 Adr4 0 0 DA SA BSSID N/A 0 1 DA BSIID SA N/A 1 0 BSSIB SA DA N/A 1 1 RA TA DA SA RA = adresse du récepteur DA = adresse du destinataire BSSIID = adresse du PA TA = adresse du transmetteur SA = adresse de l émetteur d origine Distributions avec et sans fil Adr Hub 2 3 Adr 3 Adr 1 1.Distribution avec fil pour passer d un point d accès à un autre, les paquets utilisent le réseau câblé * les adresses indiquées sont celles de la trame 2 1.Distribution sans fil les paquets passent directement d un point Adr 4 d accès à l autre, sans utiliser le réseau câblé * les adresses indiquées sont celles de la trame 2 Hub 1 Adr Adr 1 Adr 3 13

14 Trame : en-tête MAC (ctl. séq.) Contrôle de séquence : N de fragment 4 bits N de séquence 12 bits Le numéro de fragment commence à 0 pour le premier fragment d un MSDU, puis s incrémente de 1 à chaque nouveau fragment transmis Le numéro de séquence commence à 0, et s incrémente de 1 à chaque nouveau MSDU. Tous les fragments d un même MSDU ont le même numéro de séquence. Cela permet à un filtre d éliminer des trames dupliquées à cause de pertes d acquittements. Format des trames de contrôle Trames RTS : Contrôle de trame durée RA TA FCS (octets) Trames CTS : Contrôle de trame durée RA FCS (octets) Trames ACK : Contrôle de trame durée RA FCS (octets) RA adresse du récepteur de la prochaine trame de données; TA adresse de la station qui transmet le RTS; Durée temps de transmission de la prochaine trame, + CTS, + ACK, + 3 SIFS RA adresse du récepteur de la trame CTS, copiée du champ TA de RTS; Durée valeur obtenue dans RTS, moins le temps de transmission de CTS et d 1 SIFS RA champ copié du champ Adresse 2 de la trame précédent cette trame ACK; Durée à 0 si le bit MoreFragment était à 0 dans le champ contrôle de la trame précédente, sinon valeur précédente, moins le temps de transmission de ACK et d 1 SIFS 14

15 Configurer le réseau sans fil 1. Mode Ad Hoc. Configurer : le mode Ad Hoc sur chaque station ; le même nom de réseau sur chaque station (32 caractères) ; les stations pour ne pas utiliser de cryptage WEP ou un cryptage identique (même clé); le même canal de communication sur chaque station 2. Mode infrastructure. Configurer : le mode infrastructure sur chaque station ; le même nom de réseau sur chaque station ; le même nom de réseau sur le point d accès ; les station pour ne pas utiliser de cryptage WEP ou un cryptage identique (même clé); les canaux de communication à utiliser par le point d accès (il n est pas nécessaire de configurer les canaux sur les stations qui les scannent automatiquement. Configurer la partie Ethernet 15

16 L administration des points d accès 1.Par port USB : relier le port USB du point d accès au port USB de l ordinateur d administration ; utiliser le logiciel d administration fourni avec le point d accès. L administration des points d accès 2. Par réseau local : relier le point d accès au réseau local Ethernet ; utiliser le gestionnaire SNMP (Simple Network Manager protocol) 16

17 Configuration des cartes b Nom du réseau Configuration des cartes : le WEP Taille de la clé 64 bits ou 128 bits Clé unique alphanumérique Clés multiples permet de différencier des groupes d utilisateurs ou de postes 17

18 Administration des cartes Adresse MAC de la carte Canal utilisé Débit autorisé Performance de la liaison 18