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wifi
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Les réseaux sans fil
Partie 1 : Réseaux sans fils
&
Normes
Prof. A. KHALD, Phd kh.vincirs@gmail.com
Contenue de la formation (1)
2
Partie 1 : Réseaux sans fils & Normes Principes de base des WLANs Normes des WLANs Normes 802.11 Partie 2 : Couches Protocolaires et Trames Couches protocolaires Trames Partie 3 : Sécurité des Wlans Sécurité de Base Sécurité Avancée.
Série 1 : Topologies IBSS et BSS Série 2 : WLAN à base des PAs
Série 3 : capture de trames
Série 4 : sécurité wifi
Contenue de la formation (2)
• Evaluation
– Contrôle
– Comptes rendues
– Examen
3
30%
70%
kh.vincirs@gmail.com
Vue générale
• Réseaux Sans Fil - Wlan
– Introduction • 802.11
• Normes 1997 >> 2015
– Caractéristiques • Portée théorique
• Bande de fréquences
• Débit
• Couche physique (Utilisation de canal, Modulation, Codage)
• Couche liaison (Accès au medium, Contention, CSMA/CA)
• Sécurité (WEP, WPA, Authentification)
4
Objectifs
Norme 802.11x Caractéristiques
(Portée théorique, Bande de fréquences, Débit,
Couche physique, Couche liaison)
Trames Norme 802.11x
5
Partie 1
Partie 2
Europe Vs US
6
• HiperLAN (pour High Performance LAN) est le standard Européen (ETSI) pour l’accès radio aux réseaux locaux.
• Du coté US, le groupe IEEE 802 est chargé de proposer des normes pour le monde des réseaux locaux. Il possède a son actif les standards désormais célèbres : Couche LLC (802.2), Ethernet (802.3), Token Ring (802.5) et la partie accès radio est réservé à la série 11 du groupe IEEE 802. WiFi n’est que la version 802.11b de ce groupe.
• Pourquoi 802.x ?: Car c’est en Février (2) de l’année 1980 (80) que l’IEEE a décidé de s’organiser pour doter le monde sans pitié des réseaux informatiques de standards dignes de ce nom.
802.x
• Les spécifications IEEE 802 s’intéressent aux deux couches les plus basses du modèle OSI, elles incorporent des composants physiques et de liaison de données.
• Le MAC définit les règles d’accès au médium et d’envoie de données, la transmission ou la réception elle-même est géré par la couche PHY.
• 802.2 décrit une couche liaison commune
• Le règles de gestion sont décrites dans la partie 802.1 Par exemple 802.1x pour la sécurité, 802.1Q pour les vlans, et 802.1D STP
7
802.1 802.3 802.5 802.11
802.11 mac
802.11n 802.11a
OFDM PHY
802.11g
OFDM PHY
802 802.2 Couche liaison
802.3
mac
802.3
PHY
802.5
mac
802.5
PHY
Description
et
Archi.
Mgt
802.15
mac
802.15
FHSS PHY
802.15.1
MIMO
802.16
mac
802.16
SODFM
802.16
802.11 ac
MU-MIMO
Normes 802.x (1)
• IEEE 802.1 : Gestion des réseaux locaux, VLAN, authentification, etc. • IEEE 802.2 : Distinction entre couche Logical Link Control (LLC) et Media
Access Control (MAC) • IEEE 802.3 : Couche média CSMA/CD Ethernet • IEEE 802.4 : Couche média CSMA/CA Token Bus et AppleTalk (utilisée
en informatique industrielle) • IEEE 802.5 : Couche média Token Ring (IBM) • IEEE 802.6 : Groupe de conseils sur les réseaux à grande distance (Réseau
métropolitain ou MAN) • IEEE 802.7 : Groupe de conseils sur les réseaux à large bande • IEEE 802.8 : Groupe de conseils sur les réseaux sur fibre optique • IEEE 802.9 : Réseaux à intégration de services comme RNIS • IEEE 802.10: Interopérabilité de la sécurité des LAN/MAN • IEEE 802.11 : Réseaux sans fil : réseau sans fil, Wi-Fi
8
Normes 802.x (2)
• IEEE 802.12 : Réseaux locaux utilisant le mécanisme de demande de priorité
• IEEE 802.13 : Inutilisé (À l'origine réseaux Mapway (dissous))
• IEEE 802.14 : Réseaux et modems câble (dissous)
• IEEE 802.15 : Réseaux privés sans fil (WPAN) comme le Bluetooth
• IEEE 802.16 : Réseaux sans fil à large bande par exemple le WiMAX
• IEEE 802.17 : Réseaux de fibres optiques en anneau (Resilient Packet Ring)
• IEEE 802.18 : Groupe de conseils pour la normalisation des communications radioélectriques
• IEEE 802.19 : Groupe de conseils sur la cohabitation avec les autres standards
• IEEE 802.20 : Accès sans fil à bande large
• IEEE 802.21 : Transfert automatique des liaisons indépendamment du média
• IEEE 802.22 : Réseaux régionaux sans fil
9
Couches
10
Les réseaux sans fil
Réseaux sans fil (Wireless Area Networks)
Faire communiquer des dispositifs sans fil dans
une zone de couverture moyenne
11
WWAN GSM, GPRS, UMTS
WLAN 802.11, HiperLan1/2,
HomeRF
WPAN • Bluetooth,
infrarouge
10m 100m
+km
Place du Wifi
PAN LAN MAN WAN
Zigbee
Bluetooth
Infrarouge
UWB
<100kb/s
1Mb/s
10Mb/s
50Mb/s
<100Mb/s
Débit
EDGE
GPRS 2G
2.5G
3G
3G+
4G
WIMAX HSDPA
UMTS
Faisceaux Hertziennes
LTE
802.11b
802.11g
802.11a
802.11n
802.11ac
HomeRF HyperLAN
Etendue Du Réseau
Réseaux mobiles
Variantes Wlan
Les réseaux sans fil • Avantages
– Mobilité
– Mise en œuvre.
• Inconvénients
– Qualité : Les bandes de fréquences utilisées sont les mêmes que les fréquences de travail des fours micro-ondes, et d’autres normes (Bluetooth)
– Longévité des batteries : : Les équipements mobiles ont une batterie de faible capacité. L’énergie doit être économisée.
– Interopérabilité
– Sécurité : Les informations transitent « dans l’air ». Sans précaution particulière, tout récepteur équipé d’une antenne peut : lire les données, les modifier, se connecter au réseau. 3 problèmes : confidentialité, intégrité, authentification.
– QoS 13
En quoi les réseaux sans fils différents?
• Débit
• Nombre de nœuds
• Consommation moyenne d’énergie.
• Robustesse de transmission
• Sécurité.
• Hand-Over
• Roaming
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Domaines d’application
Tous les domaines où la mobilité est nécessaire pour plus d’efficacité
Réseaux domestiques(à domicile)
Réseaux d’entreprises (Extension du réseaux filaire)
Réseaux publics ( cafés, restaurants, aéroports, hôtels, …) (Hotspot)
Itinérance (roaming), Point à point, Voix, …
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Les technologies WLAN
IEEE 802.11 Juin 1997: finalistaion du standard initial pour les WLAN IEEE 802.11
Fin 1999 : publication des deux compléments 802.11b et 802.11a
Fin 2014 : ratification du 802.11ac.
HiperLAN (ETSI) [1]
1996: ratification de la norme HiperLAN/1 ( bande des 5 GHZ, jusqu’à 24Mbs)
HiperLAN/2 ( bande des 5 GHZ, jusqu’à 54Mbs)
HomeRF [2]
Mars 1998: HomeRF Working Group pour la domotique sans fil (supporte voix/données)
bande de 2,4 GHZ, 10 Mbs et passe à 20 Mbs
16 [1] T. Rune, HiperLAN- The Approaching Standard for Wireless LANs, Septembre 1997 [2] www.distributique.fr/PRODUITS/2001/336_27_tendancehomerfp00.shtml
Problèmes rencontrés dans les WLAN
Interférence avec d’autres ondes ( Micro-ondes,
équipements électroniques, autres réseaux
sans fils adjacents)
Longévité des batteries
Inter-opérabilité
Sécurité
QoS
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Résumé
Des techniques d’accès au medium pour arbitrer le partage
Des mécanismes de contrôle d’erreurs et de synchronisation assurant le transfert des bits
18
Couches Hautes
S-Couche MAC Medium Access Control Couche physique
S-Couche LLC Logical Link Control
Co
uch
e L
iais
on
La couche Physique -1-
19
Technique d’étalement de spectre la bande passante des données envoyées est plus
grande que celle du message original
la bande passante nécessaire dépend du Spreading Code
FHSS: le Spreading Code est une liste de
fréquences : ‘Hoping Sequence’
DSSS: le Spreading Code est appelé ‘Chipping
Code’
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)
apparu avant DSSS, dans la 2ème guerre mondiale *
Basée sauts de fréquences, dans la bande ISM (2,4 GHz)
FCC: 75 sous-canaux de 1 MHz
débit limité: 2 Mbps
temps de séjour dans une fréquence: 400 ns
20
La couche Physique -2- FHSS
21
Fréquence (GHz)
Spreading Code : CABDFE Temps
A
B
C
D
E
F
6
5
4
3
2
1
2,40 2,41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46
La couche Physique -3- FHSS
22
• Le Spreading Code est négocié au début si on prend celui de l’exemple précédent : (2,3,1,4,6,5)
f
t
La couche Physique -4- FHSS
Pas de sauts, envoi intégral de données sur un seul canal
Chaque bit de donnée converti en ‘Chipping Code’
La détection et correction d’erreurs.
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Data stream: 010 chipping code: 1 = 00010 chipping code: 0 = 11101
010
10001 00010 11010
11010 00010 10001 Possibilité de recouvrement
d’erreur sans retransmission grâce à la redondance
La couche Physique -5- DSSS -1-
le DSSS provoque des transitions d’état très rapides (chipping) qui tendent à étaler le spectre du signal
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
La modulation DSSS étale le spectre du signal par une technique de chipping Ceci permet avant tout de mieux résister au bruit
La couche Physique -5- DSSS -1-
Le spectre du signal émis est étalé sur tout le canal grâce à une multiplication par un signal pseudo-aléatoire.
Avantages : robustesse, sécurité
24
incompatibilité: FHSS et DSSS ne peuvent coexister dans
le même environnement
FHSS est plus performant contre les interférences
DSSS est plus puissant pour le recouvrement d’erreurs
DSSS utilise plus efficacement la bande passante alors
qu’en FHSS l’overhead est assez élevé
FHSS limite le débit à cause de la limitation de fréquence
à 1 MHz
25
La couche Physique -6- DSSS/FHSS
La couche Physique -7- OFDM -1-
la modulation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) qui la rend plus résistante aux interférences.
La bande des 5GHz est divisée en canaux de 20 MHz.
La modulation OFDM divise les canaux de 20 MHz en 52 sous-canaux de 0,3125 MHz pour obtenir le débit choisi.
48 sous-canaux de données
4 sous-canaux pour la correction d’erreur
Un canal dans OFDM 26
La couche Physique -7- OFDM -2-
27
10001101100111010101…
10001
10110
01110
10101
Sous porteuses ----
----
----
----
Espace inter-symboles
Un Symbole
Un Symbole OFDM
(Plusieurs Symboles)
Temps
La couche Physique -8- MIMO -1-
• Utilise plusieurs antennes par poste pour une même communication (diversité spatio-temporelle ou technique MIMO – Multiple Input Multiple Output).
– Diversité spatial
– Beam forming
28
La couche Physique -8- MIMO -2- Diversité spatial • La mise en œuvre la plus simple de ce principe consiste
simplement à écouter sur les deux antennes à la fois, et à sélectionner à tout moment le signal de l’antenne qui reçoit le mieux.
• Ceci est surtout utile pour résister aux interférences dues aux multiples chemins qu’empruntent les ondes pour arriver à leur destination (ce qu’on appelle le «multipath»)
• on a plusieurs antennes à la réception, et qu’elles sont espacées judicieusement, alors la probabilité qu’il y ait opposition de phase sur les deux antennes à la fois sera faible.
• En choisissant toujours l’antenne qui a le plus fort signal
29
La couche Physique -8- MIMO -2- Beam forming
30
A B C
Formation de faisceaux
Antennes Intelligentes : est en réalité composée de multiples antennes classiques qu’elle synchronise de façon à former une sorte de faisceau de rayonnement en direction de chaque utilisateur
Le le point d’accès émet le message simultanément sur ses deux antennes
Le point d’accès commence par émettre le signal uniquement sur l’antenne de droite
Après un très bref instant il commence à émettre également sur l’antenne de gauche
Réglementation des émissions en France
A l’interieur des bâtiments pas d’autorisation préalable
bande 2,4465 – 2,4835GHz pour 100mW
bande 2,4 – 2,4835GHz pour 10mW
A l’exterieur des bâtiments dans un domaine privé :
Autorisation obligatoire auprès de l’ART
Bande 2,4465 – 2,4835GHz
Sur le domaine public : règles édictées par l’ART(Autorité de Régulation
des Télécommunications)
La norme IEEE 802.11
Ces normes IEEE 802.11 utilisent les bandes ISM (Industrial, Scientific and Medical), allouées à travers le monde pour des opérations sans licences.
La bande « des 2.4 GHz » : 83 MHz alloués aux WLAN
La bande « des 5GHz » : 200 MHZ alloués aux WLAN
La bande ISM
La norme IEEE 802.11 - Canal -
33
La norme IEEE 802.11 - Canal - • Prenons le cas du WiFi à 2,4 GHz. • Les communications ont lieu sur des canaux de
fréquences d’une largeur de 22 MHz. • H = 22 × 106 Hz. • Peu de bruit. • On peut alors imaginer que le RSB, exprimé en
décibels, soit égal à 20 dB. Calculer le rapport PS/PB. Calculer La capacité maximale théorique du canal
de communication.
34
Les principales normes IEEE 802.11
Les principales normes IEEE 802.11
• 20MHz 40 MHz 160MHz
• MIMO 4x4x4 :
–4 antennes pour l’émission
– 4 antennes pour la réception
– 4 flux simultanés.
36
Regroupement de canaux Doubler le débit Fortes interférences
Les extensions de la norme IEEE 802.11
La norme IEEE 802.11b
La norme IEEE 802.11a
La norme IEEE 802.11g
La norme IEEE 802.11n
La norme IEEE 802.11 ac
37
Technique d’overlapping dans 802.11b
802.11b utilise DSSS
DSSS 2 phases : 1Mb/s
DSSS 4 phases : 2Mb/s
DSSS CCK 4 bit : 5,5Mb/s
DSSS CCK 8bit : 11Mb/s
Exemple :
Chaque canal fourni un débit de 11 Mbps
Une station peut bénéficier d’un débit de 33 Mbps
38
11 Mbps
11 Mbps
11 Mbps
33 Mbps
La norme IEEE 802.11b
Bande des 2.4GHz divisée en 14 canaux de 22 MHz qui se recouvrent
Débits proposés : 1, 2, 5.5 et 11 Mbit/s
Couche physique DSSS
13 canaux en France
11 canaux aux USA
39
40
La norme IEEE 802.11b
41
La norme IEEE 802.11b
Le débit se dégrade avec la distance.
Selon Cisco :
En pratique, portée et débit dépendent beaucoup de l’environnement :
Type de construction (cloisons, murs)
Implantation des antennes
Interférences (Bluetooth, fours micro-ondes, autres réseaux Wi-Fi).
42
Les extensions de la norme IEEE 802.11
La norme IEEE 802.11b
La norme IEEE 802.11a
La norme IEEE 802.11g
La norme IEEE 802.11n
La norme IEEE 802.11 ac
43
La norme IEEE 802.11a
Bande des 5GHz
OFDM
Débit maximal théorique de 54 Mb/s.
Elle permet, grâce au MIMO d’atteindre des débits très élevés (> 100 Mb/s réels)
les centres de deux canaux successifs sont également espacés de 5 MHz, mais la numérotation commence à 5 000 MHz.
Par exemple: le canal 34 a pour centre 5 170 MHz car
34 × 5 + 5 000 = 5 170
44
La norme IEEE 802.11a
45
La norme IEEE 802.11a
• Pour le WiFi à 5 GHz, 19 canaux indépendants de 20 MHz chacun sont utilisables en Europe.
• Débit théorique :
• Ces couches physiques du WiFi sont donc celles qui offrent la plus grande capacité :
19 x 54 Mb/s ~= 1Gb/s
46
Les extensions de la norme IEEE 802.11
La norme IEEE 802.11b
La norme IEEE 802.11a
La norme IEEE 802.11g
La norme IEEE 802.11n
La norme IEEE 802.11 ac
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La norme IEEE 802.11g
Le successeur de la norme IEEE 802.11b, nombreux produits sur le marché actuellement
Bande des 2.4GHz
Compatible avec IEEE 802.11b et 802.11a (dans la bande des 2.4GHz)
Débits théoriques permis par la norme : 6, 9, 12, 18, 24, 26, 48, 54 Mbit/s
Combine les avantages de 802.11a (modulation OFDM) et 802.11b (étalement de spectre sur les sous-porteuses).
48
Les extensions de la norme IEEE 802.11
La norme IEEE 802.11b
La norme IEEE 802.11a
La norme IEEE 802.11g
La norme IEEE 802.11n
La norme IEEE 802.11 ac
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La norme IEEE 802.11n
Elle vise à remplacer la norme IEEE 802.11g en restant compatible avec 802.11a et 802.11g
Etait censée être ratifiée par la Wi-Fi Alliance en octobre 2004. En juin 2007, ratification d’un draft (brouillon) de la norme...
Débit : 300 Mbit/s
Comme 802.11a et 802.11g, repose sur la modulation OFDM, mais utilise 54 sous-porteuses de données par canal, au lieu de 48.
Utilise Les techniques MIMO.
50
Prof. Ghassane ANIBA WLAN
La norme IEEE 802.11n
Utilise des canaux de 20 MHZ, ou 40 MHz en option (40MHz non utilisables en France et au Japon).
Paramétrage des débits supportés sur les canaux de 20 MHz
Paramétrage des débits supportés sur les canaux optionnels de 40 MHz
51
Les extensions de la norme IEEE 802.11
La norme IEEE 802.11b
La norme IEEE 802.11a
La norme IEEE 802.11g
La norme IEEE 802.11n
La norme IEEE 802.11 ac
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La Norme 802.11ac
• Normalisé par l'IEEE le 8 janvier 2014.
• Bande de fréquence comprise entre 5 et 6 GHz.
• Un débit théorique de 1,3 Gbit/s et un débit utile de 910 Mbit/s (en utilisant 4 canaux occupant une sous-bande de 80 MHz).
• 802.11ac wave 2 (160 MHz, 6.93 Gb/s)
53
54
La Norme 802.11ac
55
Liste de quelques appareils compatibles avec La norme IEEE 802.11ac • Le HTC One a été le premier téléphone mobile (mars 2013). • Les Samsung Galaxy S4 présenté le 14 mars 2013 et Samsung Galaxy S5. • Le Macbook Air d'Apple, présenté le 10 juin 2013. • Le Samsung Galaxy Note 10.1 2014 (octobre 2013). • Le MacBook Pro avec écran Retina d'Apple, présenté le 22 octobre 2013. • Le LG G3Le Mac mini d'Apple. • Le Mac Pro d'Apple. • L'Asus ROG G20, sorti début octobre 2014. • L'Asus N550JK. • Les tablettes Samsung Galaxy Tab S 8.4 et 10.1 (xxx 2014). • L'ASUS - UX302LA-C4004H Zenbook. • Le MSI GP70-2PE-409XFR. • Le Lumia 930 de Nokia, lancé en France en juin 2014. • Les Sony Xperia M2 et Xperia Z3. • Les iPhone 6, 6 Plus et iPhone 6s d'Apple, sortis le 19 septembre 2014. • Le Lenovo X1 Carbon Touch 2014 avec carte WiFi Intel Dual Band Wireless 7260AC.
56 https://fr.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11ac
802.11 : résumé
57
58
Architecture logique IEEE 802.11
MAC (Medium Acess Control)
DSSS
Direct
Sequence
FHSS
Frequency
Hopping
OFDM
Ortogonal
Frequency
IEEE 802.2
LLC ( Logical Link Control )
Co
uch
e 2
OSI
Liaison
C
ou
che
1 O
SI
PH
Y
MIMO
Multi Input
Multi Output
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