Les infrastructures de la mobilité : Des technologies pour quoi faire?

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1 Les infrastructures de la mobilité : Des technologies pour quoi faire? Les radiocommunications se développent beaucoup depuis quelques années notamment depuis la numérisation et la normalisation des échanges. On se trouve à la croisée des chemins de la technologie. On peut déployer au sein même de l'entreprise des outils permettant de valoriser les déplacements et donc les synergies entre les ressources de l'entreprise : Humaines, Techniques, Informationnelles. Un défi est proposé aux entreprises en 2003, celui de faire évoluer leurs infrastructures afin de bénéficier au mieux de ces développements. Ce défi, c'est celui de la pertinence de la mise en œuvre pour le DSIT : - Quelles technologies mettre en œuvre dans l'entreprise? - Comment faire? Il s'agit avant tout de gains de productivité, lorsqu'on est capable de faire en sorte que toute personne au sein d'une entreprise se déplace avec son environnement de travail habituel. De nouveaux collègues, une nouvelle collégialité, de nouveaux horizons visuels et sonores. Mais en même temps, les mêmes outils informatiques, le même accès à Internet et le même accès à Internet. Mais ce qui est mis en œuvre doit durer. Il convient alors de capitaliser sur une infrastructure existante pérenne ou de Bâtir une nouvelle infrastructure pérenne, et en même temps de déployer des solutions de mobilité pas trop chères et/ou évolutives. Enfin, l'image de l'entreprise est en jeu, que ce soit en interne ou vis-à-vis du monde extérieur. L'important pour les entreprises c'est la mobilité de proximité ou intra-entreprise. Les premières solutions mises en oeuvre vont concerner d'abord le haut management ou quelques cadres opérationnels moteurs, pour des questions de joignabilité, d'accès à sa messagerie. Elles vont ensuite se propager aux directions fonctionnelles o Marketing o Contrôleurs qualiticiens o Logisticiens o Responsables industriels Les acteurs clés du projet, outre les utilisateurs bien sûr, seront les intégrateurs et, les Opérateurs, bien qu'ils soient en retrait sur la mobilité intra-site. Avant de se lancer, une étude de faisabilité technico-économique s'impose, à partir de l'état de l'art (la technologie est-elle stable?) et de l'infrastructure existante laquelle peut apporter une grande valeur ajoutée à un projet de mobilité.

2 Il est vrai, en 2003, c'est la technologie qui est au cœur de la réflexion. Voici à ce propos l'arborescence des principales technologies d'aujourd'hui :

3 1. Le GSM 1.1 GSM : la structure

4 1.2 GSM : chiffrement authentification - A8 : algorithme de chiffrement - A3 et A5 : algorithmes d authentification

5 1.3 GSM 900 : les fréquences - sens montant - sens descendant - répartition entre opérateurs - la bande 1800 MHz offre 2x374 canaux supplémentaires 2. Le GPRS 2.1 Le GPRS : la structure Le GPRS est un réseau de données qui utilise la partie radio du GSM de façon identique BSC puis BTS. Le multiplexage permet d atteindre un débit instantané de 170 kbps. Le Serving GPRS Support Node (SGSN) est analogue au MSC pour les circuits commutés (voix). Le Gateway GPRS Support Node GGSN) gère les liens extérieurs au réseau (PLMN ou autres réseaux GPRS). Le protocole de tunneling est l ATM à 155 Mbps.

6 2.2 Le GPRS : interface radio La couche physique (radio) est identique au GSM Le codage est différent compte tenu du caractère moins prioritaire du transfert de données : - CS-1 : 9,05 kbps - CS-2 : 13,4 kbps - CS-3 : 15,6 kbps - CS-4 : 21,4 kbps On distingue trois classes de mobiles : - classe A : accepte la voix et les données simultanément. - classe B : n accepte qu un mode de fonctionnement mais écoute les deux modes, voix et données. - classe C : ne fonctionne que sur un mode. Un basculement manuel est nécessaire. Le mobile peut gérer 8 slots simultanés dans chaque direction, selon son prix! (de 1 à 29, ex. : la classe 8 = 4 IT descendants, 1 IT montant)

7 3. L UMTS (norme DS-CDMA) 3.1 Architecture d'un réseau UMTS Largeur de bande : 60 MHz, soit 12 porteuses de 5 MHz max

8 3.2 Caractéristiques de l'umts : FDD, Allocation des fréquences Puissance Fréquence Bande de 4,4 à 5 MHz 10 ms Temps - Fréquence allouée au FDD : 60 MHz dans chaque sens divisée en 12 bandes de 5 MHz - Haut débit lié à la puissance émise (broadband) - Débit variable par usager, adaptable toutes les 10 ms. - Largeur de bande également modifiable à la demande 3.3 Objectifs : Les performances d'un réseau UMTS Taille des cellules cellule standard : 15 km micro cellule : 500 m pico cellule : 100 m Débit selon la vitesse à moins de 500 km/h en zone rurale : 184 kbps à moins de 120 km/h en zone urbaine extérieure : 384kbps à moins de 10 km/h ou en intérieur : 2Mbps Souplesse et adaptation débit à la demande, contre débit fixe déséquilibre des sens montant / descendant

9 4. Les accès locaux : les autres normes Caractéristiques des principales normes Standard b b g Hiperlan n Bluetooth GSM GPRS UMTS a Débit moyen 6-11 Mbs Mbs Mbs 54 Mbs 108 Mbs 1 Mbs 9,6 Kbs Kbs 2 Mbs 54 Mbs Portée moyenne m m m 50m m 10m 2 km 2 km 1 km 30-50m Fréquence 2,4 GHz 2,5 GHz 2,4 GHz 5 GHz 2,4/5,2 GHz 2,4 GHz 0,9-1,8 GHz 0,9-1,8 GHz 2 GHz 5 GHz Déploiement Simple complexe Complexe?? Simple Simple Assez simple? complexe

10 5. Bluetooth La norme, lancée par Ericsson, regroupe constructeurs dont : Nokia, IBM, INTEL, Microsoft, Toshiba, Bluetooth offre au maximum de 3 connexions voix simultanées pour 8 équipements en réseaux, en mode maître-esclave et débit asymétrique. Coexistence possible avec le Wi-Fi (même bande mais peu d interférences observées) Initialement PAN (PDA, mobile, imprimante, portable, oreillette, clavier et souris, voiture, ), Bluetooth se veut une alternative à Wi-Fi (bluetooth 3 avec 100m de portée et 11Mbps de débit) avec une croissance en 2002 de 250 % et 35 millions d unités vendues. Les prévisions tablent sur 286 millions d unités en Caractéristiques recherchées: intégrabilité, autonomie d énergie et faible coût (5 ). Avec 80 canaux potentiels (22 ont été libérés par l armée). Etalement par saut de fréquence (1500 fois par seconde) et cryptage sur 128 bits.

11 6. Les normes IEEE Architecture d un réseau La norme définit les modes réseau (stations à portée radio) et point d accès (réseau local, autres BSS, ). STA 5 STA 2 IBSS STA 1 STA 3 STA 2 STA 1 BSS 1 STA 3 DS Distributed System STA 4 BSS 2 STA 6 Station C Station B Station C LAN ou accès INTERNET BSS : Mode point d accès, avec infrastructure 6.2 Architecture des services Adressage d un réseau L adresse sur 48 bits (SSID) du point d accès est l adresse unique d une BSS - Accès DCF (Distributed), Accès PCF (Point, polling des stations associés) Avec le CSMA, le protocole inclut un AR, un système de retransmission, des contrôles (RTS, CTS) - Services de base (communs aux IBSS et aux BSS) Authentification / dés-authentification, si demandé Acheminement des trames (MAC, non connecté, avec re-séquencement) Sécurité (chiffrement avec l algorithme WEP Wired Equivalent Privacy) - Services supplémentaires dans une BSS (non normalisés) Association / dissociation à un point d accès par handcheck Distribution (aiguillage vers un destinataire local ou distant, associé au point d accès) Intégration de plusieurs points d accès - Fonctions de gestion des stations la synchronisation entre des BSS, par une ESS (Extended Service Set) l énergie : stations actives par intermittence, avec stockage au point d accès

12 6.3 Le CSMA-CA (partage du canal radio) Paquet Station A Station A Station B Paquet Station B Station C Paquet Station C Protocole CSMA, avec acquittement de trames Station A Station B Station C Détection d occupation (handcheck) 6.4 Organisation en réseau : protocoles - Trois types de trames sont utilisées gestion (type = 00) contrôle (01) données (10). - Chaque trame comporte : une en-tête, avec champ contrôle, champ durée, adresses et numéro de séquence le corps contenant les informations un CRC sur 32 bits - Trames de contrôle : RTS CTS ACK CF-POLL CF-END CF-ACK

13 6.5 Commutateurs Les commutateurs simplifient le WLAN, sur 4 points clés : Sécurité QoS Routage administration simplifiée du point d'accès) L'offre actuelle est en pleine explosion. Les précurseurs sont : Symbol : offre Mobius propriétaire Aruba Networks : offre Aruba 5000 standard Extreme Networks : offre Summit standard Nortel : offre WLAN Security Switch 2250 standard Quant à Cisco, il applique sa stratégie de déployer son IOS dans tous ses équipements, y compris les bornes WLAN. 6.6 Introduction à la sécurité des réseaux WLAN Attaques des réseaux WLAN 1. Interception des données 2 Intrusion dans le système espion STA 2 STA 1 BSS 2 STA 3 STA 1 espion BSS 2 STA 2 STA 3 DS 3 Attaque de l homme au milieu DS 4 Porte dissimulée STA 1 STA 1 DS espion STA 2 BSS 2 STA 3 espion DS STA 2 BSS 2 STA 3

14 6.6.2 Mécanismes de sécurité Le WEP C'est le mécanisme de base. Il est déjà dépassé en Clé vecteur Séquence aléatoire (RC4) 40 bits 24 bits Données utilisateur en clair Mécanisme de chiffrement (transformation XOR) Données utilisateur chiffrées CRC 32 (Hachage) Mécanisme d authentification Système ouvert : réponse positive à toute demande d authentification Clé partagée : texte aléatoire de probation (128 octets) construit à partir de la clé. rejet ou acceptation. Demande d identification Renvoi pour contrôle

15 Le WPA Il améliore la sécurité du WEP et préfigure dans l'esprit la future norme IEEE i. Clé à usage unique vecteur Séquence aléatoire (RC4) 40 bits 48 bits Passage de 24 à 48 Bit pour éviter les attaques rejouées (augmente le nombre de clés partagées) Données utilisateur en clair + Les 8 Bits du MIC Mécanisme de chiffrement (transformation XOR) Données utilisateur chiffrées CRC 32 (Hachage) Mécanisme d authentification Système ouvert : réponse positive à toute demande d authentification Clé partagée : texte aléatoire de probation (128 octets) construit à partir de la clé. rejet ou acceptation. Demande d identification Renvoi pour contrôle Les solutions du marché Les solutions sont désormais crédibles : - Le WPA apporte un degré de sécurisation bien supérieur au WEP - Il faut les combiner avec des solutions «Classiques» de sécurisation Les solutions sont nombreuses : - Les protocoles WEP, WPA, bientôt i - Mise en Place d une DMZ WLAN - Mise en Place d un RPV - Serveur d authentification - Biométrie L analyse doit être faite au cas par cas: Inutile de trop faire!

16 6.7 Evolutions futures de la norme e : amélioration de la qualité de service Ajout de 8 niveaux de priorité d accès aux mode DCF et PCF Réservation de créneaux de transmission - 11f : standardisation des protocoles inter points d accès - 11g : extension du débit (dans la gamme 2,5GHz, modulation CCK-OFDM, 54 Mbps) - 11i : amélioration de la sécurité Utilisation de clés dynamiques (protocole TKIP) compatible avec l existant, Cryptage AES (par bloc de 128 bits), Serveur d authentification : EAP-MD5 vérifie le mot de passe, EAP-TLS envoie une clé à chaque correspondant (vérification mutuelle) Contrôle d intégrité renforcé (contrôle du numéro de séquence des paquets) - WECA : certification WiFi : les tests du Wireless Ethernet Compatibilty Alliance assurent l interopérabilité des produits testés. 6.8 Situation dans le monde Les réglementations Règles communes aux zones : 100mW maxi, étalement de spectre par séquence directe, dans la bande de 2,400 à 2,484 GHz (10mW en extérieur dans la bande 2,454 à 2,484 GHz) FCC : 11 canaux disponibles CEPT : 13 canaux disponibles MKK (JAPON) : 14 canaux disponibles Expérimentations : PIRE < 100mW pour les réseaux ouverts au public, pas de a, autorisations à demander, 58 départements concernés Nombre de Hot Spots équipés (prévisions) Aux USA : HS seraient équipés d ici 2007 : - Chaîne de café Starbucks avec Voicestream : Wayport avec Aironet (Cisco) : COMETA Networks avec IBM, INTEL et ATT : projet HS fin 2004 Au Japon : - Le gouvernement lance l équipement en Wi-Fi de écoles - Softbank et DoCoMo lancent des Hot Spots dans MacDonald En Europe : HS seraient équipés d ici Les WLAN : prévisions Dès 2001, 80% des portables Toshiba étaient équipés de cartes Wi-Fi (50% de Wireless laptop commercialisés en 2005).

17 En 2005, le taux d équipement devrait atteindre 45% en Europe 18% aux USA 20% en Asie De 1995 à 2000, le nombre de points d accès vendus a été de : en France en GB en Europe 6.10 Modèles économiques observés Modèles économiques Aujourd'hui on voit foisonner des Opérateurs de services. Certains d'entre eux vont être capables de prérenniser cette activité, d'autres non. Il s'agit de : Intranet d entreprises : accès sans connexions Partage de ressources à titre gratuit Micro-réseau grand public Pack extense Wanadoo Ecoles, Cités U, Salons commerciaux, Publicité, conférence, Accès payants aux ressources (carte prépayées Orange, SFR, ) équipement des lieux d attentes ou de passage (aéroports, restaurants, ), nécessité d une infrastructure reliant les HS Pour permettre aux Opérateurs de service de fonctionner, des activités d'opérateurs d opérateurs vont se développer, à partir essentiellement des Opérateurs de réseaux mobiles Quelques exemples Alcatel, Hôpital de Bordeaux, Kléber, Aéroport de Nice, 3GSM-expo de Cannes, Une dizaine d entreprises en France (Kast, WiFix, WiFinet, ADP, TLC, ) Prix actuels Station : 50 à 100 Point d accès : 500 à 3000 (hors S.I. opérateur, ) 7. Coopération : Wi-Fi - Réseaux mobiles Le point essentiel concerne le roaming vers les réseaux mobiles. Il doit être possible pour une station d accéder à un réseau à partir d un hot-spot (sécurité, compte unique, ).

18 Il doit être possible aussi pour un mobile d utiliser un hot-spot (accroissement du débit, baisse du coût, libération du réseau mobile, ). EIR HLR AUC mobile STA 1 BSS 1 P A CCITT 7 SGSN VLR

19 8. Conclusions - Perspectives - Les normes vont se spécialiser selon les usages La mobilité avec l UMTS : réseau couvrant plus de 90% du territoire avec des débits allant de 115 kbps à 2 Mbps. Messagerie et accès aux Bases de Données. La connexion mobile ou portable aux périphériques (PAN) avec BlueTooth : liaison avec les équipements au sein d une même pièce, en standard sur les mobiles UMTS La domotique avec HomeRF (??). Peu d information depuis un an, le homerf s intègre dans les produits. L extension des LAN d entreprise avec le Wi-Fi. Wi-Fi : une nouvelle application voit le jour : le Hot Spot permet des connexions rapides à des réseaux distants : problème de la couverture, du prix, du seuil de rentabilité. - Des recouvrements vont apparaître LAN versus WLAN : le Wi-Fi est le concurrent direct des réseaux locaux filaires (Ethernet, ) mais aussi son complément Pico-cellule UMTS versus WLAN Wi-Fi : l accès aux hauts débits avec Wi-Fi est plus puissant mais également serait beaucoup plus rare. WLAN bluetooth 2 versus WLAN Wi-Fi : à suivre (coûts?). - Le client choisira en fonction du rapport qualité /coût Multi-usage, portabilité, sécurité, qualité de service Nombre d accès, tarification, normalisation - La convergence que nous observons depuis toujours aura un rôle essentiel dans le sélection du mode de communication. - Un déploiement varié des réseaux des opérateurs Ceux-ci (NTT, ) testent le complément du Wi-Fi (mobile bi-standard) pour accélérer le déploiement de leur réseau