cours wifi

Les réseaux sans fil

Partie 1 : Réseaux sans fils

&

Normes

Prof. A. KHALD, Phd [email protected]

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%

[email protected]

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

14

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, …

15

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

http://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

17

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


22

• Le Spreading Code est négocié au début si on prend celui de l’exemple précédent : (2,3,1,4,6,5)

f

t


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.

23

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


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


41


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







43


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


45


• 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







47


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







49


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


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







52

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

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

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

cours wifi

Documents