département informatique les réseaux informatiques les réseaux sans fils laurent jeanpierre
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Département Informatique
Les Réseaux Informatiques
Les réseaux sans fils
Laurent JEANPIERRE
Département Informatique 2
Contenu du cours
Introduction & Historique
Le Wifi : 802.11
Le Bluetooth : 802.15
Département Informatique 3
Introduction
Plusieurs protocoles Ethernet, Fast-Ethernet, Gigabit-Ethernet IP, ICMP, IGMP, ARP, DHCP TCP/UDP Netbios (SMB/CIFS) FTP, NFS, SSH …
Câbles : 10Base2, 10Base5 : coaxial (cuivre) 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseTx : UTP 100BaseF, 1000BaseF : fibre optique
Département Informatique 4
Introduction (2)
Une machine est connectée par Câble secteur Câble vidéo Câbles série (clavier, souris, modem, réseau) Câbles parallèles (imprimante) …
encombrant peu pratique peu déplaçable infrastructure coûteuse (tirer câbles)
Département Informatique 5
Historique
Technologie ancienneRadio-transmission ~ années 50 Initiative des armées
Innovations (relativement) récentesGSM : 1982Bluetooth : 1994…maintenantHiperlan : 1996Wifi : 1997…maintenantHomeRF : 1998…2003 (abandonné)Wimax : 2002
Département Informatique 6
Contenu du cours
Introduction & Historique
Le Wifi : 802.11
Le Bluetooth : 802.15
Département Informatique 7
Le Wifi
WIreless Fidelity Groupement de constructeurs
Wireless Ethernet Compatibility Alliance Normes ISO :
802.11 : 1 2Mbit/s (1997) 802.11a : jusqu’à 54Mbit/s (1999) 802.11b : 11Mbit/s (1999) 802.11g : jusqu’à 54Mbit/s (2003)
compatible 802.11b 802.11h : compatibilité Hiperlan2 802.11i : cryptage 802.11j : compatibilité réseaux japonais
Département Informatique 8
Un problème de fréquences
Fréquences allouées par l’état Autorité de Régulation des Télécommunications European Telecommunications Standard Institute Federal Communication Commission
Ex : 2454-2483,5 MHz : Radars OTAN
Département Informatique 9
Un problème de fréquences (2)
La bande Industry-Science-MedicalSans autorisation
Département Informatique 10
Un problème de fréquences (4)
Bande des 2400MHz-2483,5MHz14 canaux de 22MHz (chevauchement)
Théorème de Shannon 11Mbit/s1-11 aux USA, 10-13 en France
Département Informatique 11
Structure du réseau
2 niveaux :Basic Service Set (BSS)
1 point d’accès (AP)Machines connectées à cet AP
Extended Service Set (ESS)Plusieurs BSSReliés entre eux
En filaireEn sans-fil
Département Informatique 12
ESS
BSS / ESS en images
BSS – 2 BSS - 1
Roaming
Département Informatique 13
Architecture logicielle 802.11
Couche LLC Adressage & liaison de données
Couche MAC CSMA/CA (collision avoidance)
ou Accès par priorité (802.12) Association à un AP Confidentialité
Couches physiques FHSS (saut de fréquence) DSSS (séquence de Barker) IR (codage par position)
Département Informatique 14
Couche FHSS
Frequency Hop Spread Spectrum 79 canaux de 1MHz 78 séquences de canaux ≠ Au moins 2,5 sauts par seconde Avantages
Résistance au perturbations Propagations multiples
Inconvénients Matériel cher Propagation multiple (Pls réceptions/émission) Faible débit, faible portée
Département Informatique 15
Couche DSSS
Direct Sequence Spread Spectrum Envoi de 11 bits pour 1 bit (802.11)
11101100011 = 0 00010011100 = 1
Avantage : Matériel simple Peu sensible aux interférences Détection/Correction d’erreurs
Inconvénients : 1Mbit/s (modulation en 2 phases) 2Mbit/s (modulation en 4 phases)
Département Informatique 16
La norme 802.11
802.11bDSSS 2 phases : 1Mbit/sDSSS 4 phases : 2Mbit/sDSSS CCK 4 bits : 5,5Mbit/sDSSS CCK 8 bits : 11Mbit/s
(Complementary Code Keying)802.11g
DSSS : compatibilité 202.11bOFDM : similaire à 802.11a (incompatible)
(pls canaux bas débit > 1 canal haut débit)
Département Informatique 17
Couche IR
Transmission via faisceau Infra-RougeModulation par position d’impulsion
(Pulse Position Modulation)Exemple : 2 bits par modulation
00011011
Département Informatique 18
Couche MAC
Ressemble à Ethernet CSMA Adressage & format de trame CRC
Mais différent Fragmentation/ré-assemblage
Beaucoup de pertes de trames (transfert par radio) Max 2312 octets de données par trame
Qualité de service Mobilité Sécurité 2 versions : DCF/PCF
Département Informatique 19
Couche MACDistributed Coordination Function
Caractéristiques: Accès égalitaire Données asynchrones Collisions, contention
Principe : CSMA/CA : Carrier Sense Media Access with
Collision Avoidance Accusés de réception par réservation : débit 6Mbit/s (pas collision) ou par timer : débit 11Mbit/s (moins collisions)
Département Informatique 20
Couche MACPoint Coordination FunctionCaractéristiques
Pas de contentionPas de collisionDonnées isochrones (temps-réel)
PrincipeLe point d’accès contrôle toutPolling Qui doit émettre ?Donne la parole à tour de rôle selon QoS
Non implanté sur les matériels
Département Informatique 21
Couche MACIntervalle inter-trame
Inter-Frame Spacing SIFS : Short-IFS
Entre 2 trames d’une même conversation(Ack, CTS, RTS, …)
PIFS : PCF-IFS =SIFS+1 Passage en mode PCF, transmission temps-réel
DIFS : Distributed-IFS =PIFS+1 Entre 2 trames normales
EIFS : Extended-IFS = long Après une erreur, attend ACK
AIFS : Advanced-IFS = encore + long Pour accès selon priorité (+court +prioritaire)
Département Informatique 22
DCFPrincipe
CSMA/CA Écoute le canal Si occupé,
attend canal libre + temps aléatoire (07 intervalles) Si collision, temps d’attente doublé
Si transmission pendant attente Compteur en pause Reprend en fin de transmission
Attente terminée Début de l’émission
Département Informatique 23
DCFEn images
Transmission Station 4
Veut émettreAttente = 4 slots Transmission
Station 1
Veut émettreAttente = 7 slots Transmission
Station 4
AC
K
AC
K
AC
K
Département Informatique 24
DCFLe problème de la station cachée
Département Informatique 25
DCFRéservation du canal
Mécanisme RTS/CTS Ready To Send : « Je veux te parler » Clear To Send : « Je t’écoute »
Une station S1 envoie RTS à S2 Trame très courte suivie d’un SIFS
S2 envoie CTS Trame très courte suivie d’un SIFS Toutes les autres stations se taisent et attendent
S1 envoie les données Trames suivies de SIFS
S2 accuse réception 1 DIFS d’attente Toutes les stations recommencent à émettre
Département Informatique 26
La couche LLC
Local Link Control : couche OSI N°2 3 types de services :
Sans connexion, Sans acquittement Unicast, Multicast ou Broadcast Pas de contrôle d’erreur Pas de contrôle de flux (voir TCP, par exemple)
Sans connexion, Avec acquittement Trames ACK Contrôle de flux Stop&Wait (1 trame à la fois)
Service connecté Unicast Contrôle d’erreur par CRC Contrôle de flux
Département Informatique 27
La sécurité du Wifi
2 modes de fonctionnements prévusSystème Ouvert
Accès libre au réseauAuthentification par clé partagée
Clé symétriquePartagée par un canal externe (à la main…)WEP : 40 ou 104 bits
AméliorationWPA : Nécessaire depuis 2003 pour label Wifi
Département Informatique 28
Wired Equivalent Privacy
Cryptage symétrique1 clé unique pour crypter/décrypter64/128 bits
Un cryptage inadéquat24 des bits de la clé ne servent qu’au début
pour l’initialisationFacile à casser (100Mo de données suffisent)Trames « faibles » facile à décrypterRéglage manuel de la clé sur chaque poste
Mieux que rien du tout…
Département Informatique 29
Wifi Protected Access
Cryptage symétriqueRC4 : idem WEP
Initialisation sur 48 bits (24 pour WEP)Temporal Key Integrity Protocol
Mélange avec une clé aléatoireChangement fréquent de clé
Nouvelle clé minimum tous les 10KoDistribution de la clé automatique
« Rekeying »
Département Informatique 30
Le mode ad-hoc
En mode infrastructureLes stations parlent à l’APUne station hors portée est injoignable
Département Informatique 31
Le mode ad-hoc (2)
Sans Point d’AccèsLes stations parlent aux stationsDe point à point Réseau dynamique Tables de routage reconstruites à la volée
Pas de relais entre stationsUne station ne parle qu’à ses voisines Accessibilité restreinte & dynamique
Toutes les cartes Wifi ne sont pas compatibles avec ce mode……
Département Informatique 32
Contenu du cours
Introduction & Historique
Le Wifi : 802.11
Le Bluetooth : 802.15
Département Informatique 33
Introduction
IEEE 802.15.1, Inventé par Ericsson (1994) www.bluetooth.com Special Interest Group (SIG)
Ericsson, IBM, Intel, …. >4000 entreprises
Normes 1.0 (1999) 1.1 (2000) : + non-cryptage + Mesure force du signal 1.2 (2003) : + saut de fréquence + débit > + qualité > 2.0 (2004) : + débit > + consommation < + multipoint
Département Informatique 34
Quelques éléments
Faible portée, faible consommationDans la bande ISM 2,4GHz
FHSS, 79 canaux de 1MHzChangement pseudo-aléatoire
Pico-réseaux :1 station maître07 stations esclavesEnviron 200 stations en sommeil
Architecture en couches
Département Informatique 35
Architecture Bluetooth
Département Informatique 36
Architecture (2)
Couche RF : 2,4GHz 3 classes de puissance :
I 100 mW (20 dBm) 100 mètresII 2,5 mW (4 dBm) 15-20 mètresIII 1 mW (0 dBm) 10 mètres
Couche Bande de Base (BB) Gère les sauts de fréquence (1600/s) Cryptage 2 modes de fonctionnement
Connecté pour données synchrones (voix,…) Non-connecté pour données asynchrones
Département Informatique 37
Architecture (3)
Link Management ProtocolGestion des pico-réseauxGestion Maître/EsclaveGestion Économie énergieOuverture de connexion
ParamètresQualité de serviceAuthentification des esclavesPartage des clés (cryptage)
Département Informatique 38
Architecture (4)
L2CAP : Logical Link Control & Application ProtocolMultiplexageSegmentation & Réassemblage
Trame L2CAP : 64 KoTrame BB : 2745 bits
+ autres
Département Informatique 39
Les profils Bluetooth21 profils différents
Département Informatique 40
Generic Access Profile : couches bassesA/R Remote Contrôle ProfileExtended Service Discovery ProfileCommon ISDN Access ProfileService Discovery Application Profile
Interroge les services disponiblesÀ distance
Personal Area Network ProfileHardcopy Cable Replacement Profile
Les profiles Bluetooth (2)
Département Informatique 41
Les profiles Bluetooth (3)
Generic Audio/Video Distribution ProfileAdvanced Audio Distribution Profile (A2DP)Video Distribution Profile
TCS-BIN Based ProfileCordless Telephony Profile
Téléphonie Intercom Profile
Talkie-Walkie
Département Informatique 42
Les profiles Bluetooth (4)
Serial Port ProfileHead-Set Profile
Gestion des oreillettes / CasquesHands-Free Profile
Dispositifs audio (téléphone, …)Dial-up Networking Profile
Émulation d’un modemFax ProfileLocal Area network ProfileSIM Access Profile
Département Informatique 43
Les profiles Bluetooth (5)
Generic Object Exchange ProfileFile Transfer ProfileObject Push Profile
Pièces jointesSynchronisation ProfileBasic Imaging ProfileBasic Printing Profile
Département Informatique 44
La sécurité
Communications cryptées par BB Cryptage basé sur 4 valeurs
Adresse dispositif (public) Clé privée sur 128 bits Code PIN (8 128 bits, privé) Nombre aléatoire
Technique du challenge Envoi une donnée non cryptée Reçoit la donnée cryptée Vérifie la donnée reçue
Département Informatique 45
Conclusion
Wifi ou Bluetooth ?Même bande de fréquence, protocole différent Interférence
Wifi = Haut débitBluetooth promet du 100Mbit/s pour 2013
Bluetooth = Basse consommation Surtout pour périphériques embarquésPDA, téléphones, lecteurs MP3
Département Informatique 46
Retour sur les interférences
Radio-diffusion : Interférences multiples Bande ISM
Libre Très utilisée Puissance limitée (10mW en France)
Exemple : Un four à micro-ondes Émet à 2450MHz environ…
milieu de la bande 2,4GHz Large spectre (>100MHz)
Environ 1000 fois plus fort que le wifi ou le bluetooth Toute communication est brouillée sur plusieurs mètres de distance
Département Informatique 47
Le micro-ondes
Bande WIFI / Bluetooth
Département Informatique 48
Le WIMAXWifi de demain ?
Worldwide Interoperability for Microwave Access Supporté par le « Wimax Forum »
(différents fabricants) Norme IEEE 802.16 (2001)
Fréquences initiales de 10GHz à 66GHz (134Mbit/s) Fréquences de 2GHz à 11GHz (2004, IEEE 802.16d) 70Mbit/s sur 50 km (théorique) 12Mbit/s sur 20 km (pratique)
Allocation de fréquences à la demande Une seule licence Française (Attitude-TelecomFree) Plusieurs licences régionales (divers organismes)
Département Informatique 49
Le WIMAX (2)
Évolution de la norme IEEE 802.16d : Connexion via antenne relais
75Mbit/s, 50Km
IEEE 802.16f : Connexion directe Machine-Wimax 30Mbit/s, 3,5Km
WIFI
WIMAX
WIMAX
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