Partie 9 : Wi-Fi et les réseaux sans fil

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1 Partie 9 : Wi-Fi et les réseaux sans fil

2 Les réseaux sans fil Réseaux «sans-fil» Communication par ondes radioélectriques (radio et infrarouges) ou hertziennes => bornes et zones de couverture Les technologies sans fil se distinguent par la fréquence d'émission utilisée ainsi que le débit et la portée des transmissions. Avantages Plus de problème d aménagement lié au passage des fils. Simplicité des connexions (déplacement, visiteurs, réunion..) Moins cher!!! Possibilité de grandes distances (satellite).

3 Les réseaux sans fil Réseaux «sans-fil» - autre problèmatique Transmission, medium : orientation des transmissions : infrarouge = point à point propagation dans le milieu, obstacle de l'environnement, portée de transmission fréquence utilisée : réglementation émission et écoute du medium impossible simultanément Réglementation Nécessaire afin de définir les plages de fréquence et les puissances d émission pour chaque catégorie d'utilisation (militaires, scientifiques, amateurs,...) pour éviter les interférences. Fiabilité des transmissions : taux d erreur des transmissions radio important

4 Les réseaux sans fil Réseaux «sans-fil» - autre problèmatique Fiabilité des transmissions : taux d erreur des transmissions radio important Gestion de l'énergie : l'nrj (batterie) est une ressource importante dans le domaine du mobile; Gestion de la mobilité : changement de zone de couverture, extinction d'un voisin, etc.. Sécurité Technologie facilement accessible Géographie : pas de confinement des ondes à une zone précise Technologie nouvelle, encore des progrès à faire : Vive la recherche Débit, interférences, topologie, inter-opérabilité Nombreux problèmes pour le Ad-hoc

5 850 à 950 nm Ondes infrarouges Les réseaux sans fil Transmission quasi directionnelle => transmission seulement possible entre 2 points fixes Ondes lumineuses => pas de traverser des surfaces opaques. Utilisable à l intérieur. Faible débit (max pour : 2Mbit/s) Faible portée (10m) Omnidirectionnelle Ondes radios Pas de pb avec les surfaces opaques Radio vs. Infrarouge Problèmes d interférences, en particulier sur la bande ISM (Industrial, Scientific & Medical) à 2,4GHz qui est une fréquence sans licence => utilisée pour de nombreuses applications. (Si bande des 5 GHz : + couteux). Trajets multiples à cause des obstacles et atténuations dues aux propriétés absorbantes des matériaux

6 Les réseaux sans fil Le réseau Wi-Fi APPLICATION TRANSPORT RESEAU LIENS LLC LIAISON MAC Couche LIENS spécifique du réseau sans fil Wi-Fi PHYSIQUE

7 Wi-Fi, WIFI, wifi? La Wi-Fi Alliance est une association à but non lucratif créée en 1999 pour permettre l'adoption d'une norme pour les réseaux locaux sans fil. Elle assure l'inter-opérabilité du matériel répondant à la norme La norme IEEE (ISO/IEC ) est un standard international décrivant les caractéristiques d'un réseau local sans fil (WLAN). Le nom Wi-Fi (contraction de Wireless Fidelity) correspond initialement au nom donnée à la certification délivrée par la Wi-Fi Alliance. Par abus de langage (et pour des raisons de marketing) le nom de la norme se confond aujourd'hui avec le nom de la certification. Ainsi un réseau Wi-Fi est en réalité un réseau répondant à la norme Les matériels certifiés par la Wi-Fi Alliance bénéficient de la possibilité d'utiliser le logo suivant :

8 Mode opératoire : Ad-Hoc IBSS : Independent Basic Service Set, c est-à-dire mode point à point Simple partage d'un même canal (fréquence) et d'un même SSID (ID de réseau). Routage dynamique souvent indispensable suivant la localisation des stations et leur zone de couverture.

9 Mode opératoire : Infrastructure BSS : Basic Service Set Un seul point d accès gérant un ensemble de stations; Support et débit partagés entre toutes les stations.

10 Mode opératoire : Infrastructure ESS : Extended Service Set : Plusieurs point d accès connectés entre eux; Possibilité de connexion avec d autres réseaux (Internet)

11 Norme Norme initiale IEEE ; maintenant : plusieurs versions privilégiant par exemple le débit, la sécurité ou l interopérabilité (802.11a i..). Pour la norme la + populaire (802.11b) : o Utilisation de la bande de fréquences 2,4 GHz; o Débit théorique : 11 Mbps et rayon de 50 à 100m; o En pratique : souvent 4 ou 5 Mbps suivant la topologie, l environnement, etc..

12 Norme La norme défini les couches basses du modèle OSI pour une liaison sans fil utilisant des ondes électromagnétiques Norme du modèle TCP/IP Couche liaison : LLC Couche liaison : MAC Couche physique DSSS; FHSS; Infrarouges Méthodes MAC spécifiques liées à la couche physique. (pas indépendantes) Différentes techniques de transmission Définit la modulation des ondes radioélectriques et les caractéristiques de la signalisation pour la transmission de données

13 Couche MAC format de trames trame d'acquittement trame de données Taille max trame d'acquittement trame RTS et CTS

14 Couche MAC méthodes d accès 2 méthodes MAC différentes pour le Wi-Fi : DCF (Distributed Coordination Function) et PCF (Point Coordination Function). Les 2 méthodes peuvent être utilisées en fonction du mode d'utilisation, seules ou en alternance. Le DCF est une méthode assez similaire à la méthode "Best Effort" (Ethernet): toutes les stations essaient d'accéder au médium lorsqu'il est libre (compétition). accès aléatoire et égalitaire, mais non garanti. Le PCF est une méthode qui donne l'accès à toutes les stations à tour de rôle. accès assuré mais performance plus faible.

15 Couche MAC méthodes d accès DCF : Distributed Coordination Function Obligatoire Assez similaire au Best Effort Possibilité broadcast et multicast Conçue pour prendre en charge le transport de données asynchrones Chance égale d'accés au support PCF : Point Coordination Function Facultative Interrogation des stations à tour de rôle (polling) Contrôle par le point d'accès Conçue pour la transmission de données sensibles : Gestion du délai Applications de type temps réel : voix, vidéo Cf cours MAC

16 Couche MAC méthodes d accès En théorie : Mode ad-hoc uniquement DCF Mode infrastructure à la fois DCF et PCF Remarques : Dans l'utilisation courante du Wi-Fi, seul le DCF est en réalité utilisé. Le PCF n'est pas implémenté (=> pas étudié ici) Mais il existe une version ? qui implémente une extension du PCF.

17 CSMA-CD vs CSMA-CA ou la différence entre le filaire et le sans fil CSMA-CD (Collision Detection), comme dans Ethernet : Ecoute du support, Si rien : émission, L'émetteur continu d'écouter ce qu'il émet, Si collision détectée => réaction. MAIS dans le sans fil cette technologie est impossible : l'utilisation des antennes ne permet pas d'écouter et d'émettre en même temps. => Nécessité de minimiser le nombre de collisions, ou/et d'instaurer un mécanisme de détection de ces collisions.

18 Couche MAC méthode DCF Repose sur le CSMA-CA (Collision Avoidance). Ecoute du support (!! détection de la porteuse dans la zone de couverture) Accès différé : NAV (Network Allocation Vector) : annonce dans la trame en cours du temps d'allocation nécessaire. Utilisation d acquittements positifs. Réservation (RTS/CTS) - optionnelle. Différents types de temporisateurs IFS (espace inter-trames) : permet de gérer des priorités (SIFS, DIFS, PIFS). Algorithme de Backoff (tps d attente calculé aléatoirement avant la réémission => réduction des risques de contention.

19 Exemples de transmissions

20 Un problème classique du sans fil : la station cachée 3 stations : A, B et C; La station C peut communiquer avec chacune des 2 autres; Mais A et B ne se voient pas entre elles (obstacle, distance,..) Les 2 stations A et B détectent une porteuse libre et émettent. Il y a collision au niveau de la station C, qui ne peut jamais émettre. C A B

21 Un problème classique du sans fil : la station cachée Résolution du problème par réservation du canal : envoi d'une trames RTS (Request To Send) par A (ou B) le destinataire (station C) répond par une CTS (Clear To Send) la station B (ou A) reçoit le CTS et comprend qu'il y a une station cachée. s'il y a collision, c'est sur le RTS. Mais moins de chance que cela arrive car trame courte. C Mais overhead protocolaire. A B

22 Le sans fil - autres problèmes, autres services Fiabilité des transmissions : taux d erreur des transmissions radio important dans le Wi-Fi : fragmentation et réassemblage pour ne transmettre que des trames de petite taille; contrôle d'erreur CRC. Qualité de Service : méthode MAC Extended-DCF avec gestion de priorité implémentée dans e utilisation d'un timer dynamique (Arbitration IFS) pour les priorités. algorithme de back-off pour la gestion de contention Gestion de l'énergie : l'nrj (batterie) est une ressource importante dans le domaine du mobile; Wi-Fi : mécanisme de gestion de mise en veille / réveil des interfaces réseau. Gestion de la mobilité Sécurité

23 Problème de la mobilité - Exemple Déplacement d'une station Changement de zone de couverture, et donc de point d'accès Gestion spécifique nécessaire : handover : passage d'une cellule à une autre sans interruption de la communication 1. Ecoute 2. Authentification 3. Association à un AP Protocole spécifique (IAPP) implémenté ds la norme f

24 Sécurité les menaces du sans fil Utilisation des ondes électromagnétiques : Problème de sécurisation géographique des zones d'émission Technologie "accessible" (il suffit d'une antenne) Attaques passives : Espionnage Interception Attaques actives : Modification des messages Déguisement Brouillage de toutes les communications

25 Sécurité les 1 ères solutions SSID (Service Set ID) : transmission régulière d'un ID qui défini le réseau. Permet la gestion de la mobilité et la synchronisation des stations. ACL (Access Control List) : dans l'ap, liste autorisées à se connecter. WEP (Wired Equivalent Privacy) : clé secrète et partagée, confidentialité par cryptage. WEP = authentification + chiffrement (aléatoire) des données. Authentification : deux modes prévu en Authentification en système ouvert : une station souhaitant se joindre envoi une trame spécifique à l'ap qui renvoi un ack. Authentification par clé partagée : utilisation du WEP

26 Sécurité les failles SSID : transmis en clair. ACL : configuration complexe et facilement corruptible. WEP : mise en œuvre (configuration de la clé), clé facilement craquable.

27 Sécurité les réponses WAP (2003) : amélioration du WEP Version temporaire de la norme i 128bits clé dynamique : contrôleur + serveur authentification vecteur d'initialisation plus grand RADIUS, serveur 802.1x : serveur global d'authentification, avec login et passwd (utilisable avec WAP, WAP2..) i & WAP2 ( certification) : amélioration du système de chiffrement % WAP; overhead VPN (tunneling) : encapsulation et cryptographie des données transmises.

28 Conclusion Les réseaux sans fils ne possèdent pas les mêmes caractéristiques et problèmes que les réseaux filaires. Au sein même du réseau Wi-Fi, les 2 modes opératoires ont des fonctionnements et problématiques très différents. Technologies et protocoles très différents Mais les avantages du sans fil font que ces réseaux seront présents à l'avenir. De plus, leurs différences n'empêche pas une compatibilité avec les (certaines) applications utilisées sur les réseaux filaires.

29 Il existe MAC en Wi-Fi Wi-Fi et TCP/IP Compatibilité La définition des couches basses est compatibles avec les couches "hautes" du modèle TCP/IP. APPLICATION APPLICATION TRANSPORT : TCP, UDP TRANSPORT : TCP, UDP RESEAU : ICMP, IP, IGMP RESEAU : ICMP, IP, IGMP Ethernet, ARP LIENS Wi-Fi PHYSIQUE - filaire PHYSIQUE sans fil

30 Le réseau Wi-Fi Versions a Haut débit : 54Mb/s. 52 canaux. 5GHz b Wifi de base. 11Mb/s. 13 canaux. 2,4MHz c Pontage vers d (niveau liaison) d Internationalisation : fréquences "internationales" e Ajout de QoS au niveau liaison f Itinérance (roaming). Pour la compatibilité des PA g La plus utilisée. 54Mb/s a 2,4MHz. Compatible avec b. 52 canaux (attention superposition) h Réglementation européenne (fréquence, économie d énergie) i Transmissions sécurisées : chiffrement AES lR Avec signaux infra-rouge. Dépassée techniquement j Réglementation japonaise n Très haut débit grace aux technologies MIMO (Multiple Input Multiple Output). 300Mb/s, pourrait atteindre 1Mb/s. Récente s Pour les réseaux mesh : mobilité dans le ad-hoc. En cours de dvpmt.

31 FIN.

32 Les réseaux sans fil Les ondes Communication par ondes radioélectriques (radio et infrarouges) ou "hertziennes" => bornes et zones de couverture Les technologies sans fil se distinguent par la fréquence d'émission utilisée ainsi que le débit et la portée des transmissions. Une onde radio est un champ électromagnétique variable (c'est donc une onde électromagnétique), souvent périodique, produit par une antenne. Une onde électromagnétique est composée d un champ électrique et d un champ magnétique qui se propagent tous deux à la même vitesse. ONDES HERTZIENNES : Ondes radioélectriques qui se propagent dans l'air et peuvent être captées à distance par des appareils radio. Leurs longueurs d'onde et leurs fréquences codent toutes sortes d'informations dont la voix et l'image. Les ondes hertziennes sont un type d'ondes electromagnétiques. Phénomènes affectant la propagation des ondes : o Réflexion o Réfraction o Diffusion o Interférences o Diffraction o Absorbtion

33 Les réseaux sans fil Les ondes Période, fréquence, et longueur d'onde Les ondes radio (électromagnétique) se propage dans l'air à la vitesse de km/s (environ). Pour les normes les plus courante (802.11b (11Mbps) et g (54 Mbps)) la fréquence utilisée est de l'ordre de 2,4 GHz (non soumise à licence), soit une période de 4x10-10 seconde (T = 1/f). La longueur d'onde est la distance parcourue par l'onde pendant une période, soit donc ici de l'ordre de 12 cm (3x10-8 x 4x10-10 = 12x10-2). Un objet de taille supérieur à la longueur d'onde peut constituer un obstacle à la propagation de cette onde. Les canaux d'émission Les normes utilisent des bandes de fréquences divisées en plusieurs canaux. Chaque canal est éloigné par un écart constant en fréquence. Exemple : Dans les normes b et g il y a 14 canaux possibles, de 2,412 GHz (canal 1) à 2,484 GHz (canal 14), espacés les uns des autres de 5 MHz. La largeur de bande de chaque canal est de 22 MHz, si bien que les canaux se recouvrent!

34 Les réseaux sans fil Les ondes Lorsque une onde rencontre un obstacle celle-ci est en partie : réfléchie : renvoyée par l'obstacle dans une autre direction, réfractée : une partie de l'onde traverse l'obstacle, absorbée : l'obstacle absorbe une partie de l'énergie de l'onde. Cas particulier : Obstacle réfléchissant : la quasi totalité de l'onde incidente est réfléchie, Obstacle absorbant : la quasi totalité de l'énergie de l'onde est absorbée. Les échos A part dans l'espace, il y a toujours des obstacles. Même à l'extérieur, le sol constitue un obstacle. Généralement, le Wi-Fi s'utilise dans un bâtiment où il y a de fait plein d'obstacles! Pour une seule source d'émission, le récepteur va recevoir plusieurs fois la même information : plus ou moins atténuée, plus ou moins décalée dans le temps. Difficile de trouver le positionnement idéal des émetteurs/récepteurs Wi-Fi.

35 Couche MAC méthode PCF Principe du polling : Interrogation de toutes les stations à tour de rôle par l AP (Acces Point). Si une station à quelque chose à dire, elle parle lorsqu elle est interrogée. Avantage : durée de transmission bornée Problèmes : Inconvénients du polling (maj de la liste de polling, synchronisation des cycles de polling avec les besoins applis, baisse des perfs, centralisé sur l AP cf 2ieme semestre) Pas vraiment implémenté ds les AP

36 Valeurs numériques de b Source : cours d'isabelle Guérin Lassous DIFS : 50µs SIFS : 10µs Backoff : 0-620µs Données En-tête : 1Mb/s (192µs) ou 1/2Mb/s (96µs) Autres : débit désiré 1000 octets : 2122µs (1954) Ethernet 10Mb/s : 848 µs

37 Sécurité WEP et WPA Craquage de la clé WEP : WAP (2003) : amélioration du système WEP clé 128bits clé dynamique (protocole de communication TKIP Temporal Key Integrity Protocol, basé sur l'algo de chiffrement RC4 (comme ds le WEP) mais sans les erreurs du WEP et en changeant régulièrement de clé. vecteur d'init plus grand peut être utilisé avec le serveur d'identification 802.1X version temporaire de la norme i 802.1x : contrôleur + serveur authentification i : version terminale (2004), certification => WAP2 CCMP (Counter-Mode/CBC-Mac protocol) : méthode de chiffrement + sûre que TKIP; CCMP est basé sur AES. AES (Advanced Encryption Standard ) : algorithme de chiffrement symétrique Rmq : overhead

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