Cours WiFi

1. Cours WiFi http://www.wi-fi.org/

2. VPNMPLS, ATM, FRAME RELAY,X25 (D)WDM, SDH, PDH Gi EthernetATM EthernetToken ring PAN LAN MAN WAN Wifi, Bluetooth WiFi-802.11 WiFi-802.11-Wimax IP IP GSM, GPRS,3G 3G+4G, LTE

3. 802.11a OFDM PHY 802.11n La famille des réseaux 802 802.2 Couche liaison 802 802.1 802.3 802.11 Mgt Description et Archi. 802.15.1 mac 802.11 mac 802.16 mac 802.3 mac 802.11g 802.11b SODFM FHSS 802.3PHY MIMO DS PHY OFDM PHY • 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 802.1Par exemple 802.1x pour la sécurité, 802.1Q pour les vlans, et 802.1D STP

4. Qualité du lien • Lien et fiabilité • Sur un réseau Ethernet câblé, il est raisonnable de penser qu’une trame envoyée est reçue correctement par son destinataire. Les liaisons radios sont différentes • Aussi contrairement à d’autres protocoles de la couche liaison, le 802.11 inclut des accusés de réception. Toutes les trames doivent être acquittées • C’est une opération atomique, une unité transactionnelle • Lien et performance: • La distance a une influence sur la vitesse de transmission, • la qualité se dégrade avec la distance

5. Qualité du lien • Lien et fiabilité • Sur un réseau Ethernet câblé, il est raisonnable de penser qu’une trame envoyée est reçue correctement par son destinataire. Les liaisons radios sont différentes • Aussi contrairement à d’autres protocoles de la couche liaison des LANs, le 802.11 inclut des accusés de réception. Toutes les trames doivent être acquittées • C’est une opération atomique, une unité transactionnelle • Lien et performance: • a aussi une influence sur la vitesse de transmission, • la qualité se dégrade avec la distance

6. 802.11 CSMA/CA DIFS Données Station source SIFS ACK Station destination DIFS Contention Données Autres stations Temps d’attente Délai aléatoire Support utilisé • Ecoute du support • Les temporisateurs, IFS Inter Frame Spacing, intervalles de temps entre la tranmission de deux trames (S=Short; D=DCF nom de la méthode générale, Distributed Coordination Function) • Contention, Algorithme de backoff

7. Protocole CSMA/CA, les bases • L’utilisation d’acquittement positifs qui permet de valider la réception de trame et d’éviter les collisions en utilisant ces trames : • ACK (Acknowledgment) envoyé par la station destination pour confirmer que les données sont reçues de manière intacte. • Les temporisateurs IFS (Inter Frame Spacing) • Accès au support contrôle par l’utilisation d’espace inter-trame ou IFS: • Intervalle de temps entre la transmission de 2 trames • Intervalles IFS = périodes d’inactivité sur le support de transmission • Il existe différents type d’IFS qui permettent d’instaurer un système de priorité. • L’écoute du support • L’algorithme du backoff

8. Ecoute physique/virtuelle • L’écoute de la porteuse sert à déterminer la disponibilité du médium. Deux types de fonction d’écoute de la porteuse assure cette fonction dans le 802.11: écoute de porteuse physique et écoute de porteuse virtuelle. Si l’une des fonctions indique que le médium est occupé, le MAC en fait part aux couches supérieures. • La fonction d’écoute de porteuse physique sont fournies par la couche physique en question et dépendent du médium et de la modulation utilisée. Couteux en électronique, de plus le problème des nœuds cachés fait que l’écoute physique ne peut fournir toute l’information. • L’écoute de porteuse virtuelle est fournie par le vecteur d’allocation (NAV- Network Allocation Vector). Nombre de trames 801.11comportent un champs de durée qui est utilisé pour réserver le médium pendant une période de temps fixée. La NAV est une minuterie indiquant la durée en microsecondes, pendant laquelle le médium sera réservé. • Le NAV est placé dans l’entête des trames RTS et CTSremarque le RTS n’est pas forcément entendu par toutes les stations, mais le CTS, par conséquent le destinataire transmet un NAV qui empêche d’autre station d’émettre

9. Intervalles inter-trames • Comme pour Ethernet traditionnel, l’intervalle inter-trame joue un rôle majeur dans la coordination des accès au médium de transmission. Le 802.11 utilise quatre intervalles inter-trames. • Trois servent à déterminer l’accès au médium; voir le scéma pour leur relation • SIFS(Short IFS): la priorité la plus elevé exemple CTS/RTS • PIFS(PCF IFS): utilisé dans la méthode PCF pendant une opération sans contention • DIFS (DCF IFS): temps d’inactivité du medium pour les services basés sur la contention

10. Gestion contention - backoff L’exemple donné est utilisé avec la couche physique DSS – Direct sequence spread spectrum du 802.11 bD’autres couches physique utilisent des tranches différentes mais le principe reste le même.

11. Fragmentation • La fragmentation accroît la fiabilité de la transmission en permettant à des trames de taille importante d’être divisées en petits fragments. • Réduit le besoin de retransmettre des données dans de nombreux cas. • Augmente les performances globales du réseau. • Fragmentation utilisée dans les liaison radio dans lesquelles le taux d’erreur est important • Plus la taille de la trame est grande et plus elle a de chance d’être corrompue • Lorsque la trame est corrompue, plus sa taille est petite et plus le débit nécessaire à sa retransmission est faible.

12. DIFS SIFS DIFS DCF Envoi de paquets Unicast Données Station source ACK Station destination Contention Données Temps d’attente Autres stations Délai aléatoire Support utilisé

13. DIFS SIFS SIFS DIFS DCF avec mode RTS/CTS DCF (Distributed Coordination Function) avec évitement de collision SIFS RTS Données Station source CTS ACK Station destination NAV (CTS) Contenion NAV (RTS) NAV (RTS, CTS, ACK) Autres stations Support réservé (attente : retarde l’accès)

14. DIFS SIFS SIFS SIFS DIFS DCF avec fragmentation Fragmentation des données SIFS Frag2 Frag1 RTS t Station source SIFS CTS ACK1 ACK2 Station destination NAV (RTS) NAV (CTS) data NAV (Frag1) NAV (ACK1) Autres stations Support réservé (attente : retarde l’accès) Contention

15. Les trames macs • La création d’une trame Ethernet est simple: ajouter un préambule, des informations d’adressage et un contrôle de trame à la fin. • Dans le cas du 802.11, la question est plus complexe car le médium sans fil nécessite plusieurs fonctions de gestion et les types de trames correspondants qui n’existent pas les réseaux filaires. • Ils existent trois types de trames • Les trames de données qui représentent la charge utile du 802.11 • Les trames de contrôle sont utilisées avec les trames de données afin de réaliser des fonctions de nettoyage du media, des fonctions d’acquisition du canal et d’écoute de porteuse, ainsi que les accusés de réception positifs des données reçues • Les trames de gestion effectuent des fonctions de supervision; elles sont également employées pour rejoindre et quitter les réseaux sans fil et pour déplacer les associations d’un point d’accès à un autre

16. Les types et sous types de trame • Champs version 0, réservé usage futur • Type – La gestion du flux 802.11 nécessite un certain nombre de fonction incorporé au mac. On a déjà vu RTS/CTS et les accusés de réception mais d’autres existe • On aura trois types de trame: • Trames de gestion (00) • Trames de contrôle (01) • Trames de données (10) • Réservé (11)

17. Sous-types Les sous-type GESTION 0000 Association request 0001 Association response 0010 Reassociation request 0011 Reassociation response 0100 Probe request 0101 Probe response 1000 Beacon 1001 Announcement traffic indication message (ATIM) 1010 Disassociation 1011 Authentication 1100 Deauthentication • Les sous-types CONTRÔLE • 1010 Power Save (PS)-Poll • 1011 RTS • 1100 CTS • 1101 Acknowledgment (ACK) • 1110 Contention-Free (CF)-End • 1111 CF-End+CF-Ack

18. Les sous-types Les sous-types DONNEES 0000 Data 0001 Data+CF-Ack 0010 Data+CF-Poll 0011 Data+CF-Ack+CF-Poll 0100 Null data (no data transmitted) 0101 CF-Ack (no data transmitted) 0110 CF-Poll (no data transmitted) 0111 Data+CF-Ack+CF-Poll Ensuite tous les sous-types commençant par un sont réservés aux nouvelles normes sur la qualité de service, proposé par le groupe 802.11e.

20. Une trame 802.11 peut contenir jusqu’à 4 adresses. Elles ont une signification différente selon le type de trame, en régle générale • Le champs adresse 1 indique le récepteur • Le champs adresse 2 indique l’émetteur • Le champs adresse 3 pour le filtrage par le récepteurPar exemple dans un réseau infrastructure, cette partie est utilisée pour déterminer si la trame fait partie du réseau associé. • Adresse de destination, comme pour Ethernet, un identifiant MAC IEEE sur 48 bits qui correspond au destinataire final • Adresse de source, un identifiant MAC IEEE sur 48 bits qui désignent la source de l’émission. • Adresse de réception – Un identifiant MAC IEEE sur 48 bits qui indique qu’elle station doit traiter la trame. S’il s’ agit d’une station sans fil, l’adresse de réception est l’adresse de destination. Pour les trames destinés à un nœud Ethernet connecté à un point d’accès, le récepteur est l’interface sans fil du point d’accès et l’adresse de destination peut être un routeur connecté au réseau Ethernet. • Adresse d’émission. Un identifiant MAC IEEE sur 48 bits qui désignent l’interface qui a envoyé la trame sur le médium, utilisé dans les cas des ponts sans fil. • Identifiant d’ensemble de service de base (BSSID)

21. More fragment.Comme sur IP, lorsqu’il y a segmentation toutes les trames ont le bit à 1. • Bit Retry.De temps en temps les trames sont réémises dans ce cas le bit est à 1. • Bit power management.Les adaptateurs réseaux construit dans la norme 802.11 sont souvent au format PC Card et sont placés dans des portables, des PDAs qui pour la plupart fonctionnent sur batterie. Pour augmenter la durée de fonctionnement, il est à zéro quand l’appareil passe en veille après envoie trame, dans l’autre sens il est toujours à 1. • Bit More Data.Positionné par le PA, pour signifier qu’après la trame il y a encore des données positionnées par les PA. • WEP.Ce bit est positionné à 1, si la trame est protégée

22. Le champs durée • Si le bit 15 est à zéro, c’est le NAV. Le nombre de micro-secondes pendant lesquelles le medium est supposé réservé pour la transmission en cours. Toutes les stations doivent surveillées et mettre à jour le NAV de manière adequate. • Trames émises pendant la période sans contention, le bit 14 vaut zéro et bit 15 à un. Le champ Durée/ID a donc la valeur 32768. Cette dernière est interprétée comme un NAV. Elle permet à toutes trames qui n’a pas reçu la Balise annonçant la période sans contention, de mettre à jour le NAV avec un valeur suffisamment longue pour éviter les interférences • Trames PS-Poll. Les stations mobiles peuvent décider d’économiser l’énergie en désactivant les antennes. Les stations endormies doivent se réveiller périodiquement. Pour s’assurer que les trames ne sont pas perdues, à leur réveil, ces stations envoient une trame PS-Poll pour récupérer les trames mises dans un tampon par le point d’accès. Dans cette requête, ces stations incluent l’identifiant d’association (AID – association ID) qui indique leur BSS d’appartenance.

23. Les trames des couches supérieures reçoivent un numéro de séquence lorsqu’elles passent au mac en vue de leur émission. • Le sous-champs numéro de séquence fonctionne comme un compteur des trames émises modulo 4096. Si les paquets sont fragmentés ils ont le même numéro de séquence • Pour les stations qui ont de la Qos, les champs sont légèrement différent, il y a une partie file d’attente

24. Quiz • NAV signification? Rôle? • Donner un exemple d’utilisation couche liasion (Logical Link) ? • Combien de type de trame 802.11? Exemples • Le concept de contention? • IFS?

25. Support sans fil WiMax( 3,5 Ghz) 900-1800 Mhz 2100-1900 Mhz Wi-Fi2,4 – 5Ghz GSM UMTS Broadband Mobile / wireless • Fréquences - bande - canaux • Régulation • La régulation peut limiter les fréquences mais aussi les puissances d’émission

26. La liaison radio • Version initiale 802.11, 1997, 3 sous-couches physiques • Étalement de spectre par saut de fréquence (FH frequence Hopping) • Étalement de spectre par séquence directe (DS Direct Sequence) • Par la suite 3 autres couches physique ont été développées: • 802.11a Division orthogonale de fréquence (OFDM) • 802.11b Division directe à haut débit (HR/DS ou HR/DSSS) • 80211g Débit étendu (ERP), adaptation OFDM sur la bande des 2,4Ghz • 80211n Utilise en plus un PHY MIMO à plusieurs antennes

27. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 5 6 11 7 12 3 14 13 4 9 10 1 8 2442 2483,5 2400 Bandes (canaux) de la plage 2,4 Ghz Bande utilisé pour chaque canaux 20MhzDSSS – 1-6-11 OFDM – 1-5-9-13 On peut utiliser en n du 40 Mhz 3-11 http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_WLAN_channels

28. Aironet

29. Couverture de zone 2 12 7 12 7 2 7 2 12

30. Bande à 5 Ghz

31. Canaux à 5 Ghz (802.11a) 5,26 Ghz 5,2 Ghz 5,22 Ghz 5,24 Ghz 5,28 Ghz 5,18 Ghz 5,3Ghz 5,32Ghz 200 Mhz 5,35 Ghz 5,15 Ghz Bande utilisé pour chaque canaux 20Mhz On peut utiliser en n du 40 Mhz mais à voir problémes de compatibilité

32. En résumé 802.11 g2.4 GHz/DS-OFDM 802.11 b2.4 GHz/DS-OFDM 802.11 a5 GHz/OFDM 3 canaux 8 canaux 802.11 n a/g MIMO Couche physique – PHY • DSSS Direct Sequence Spread Spectrum, • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing • MIMOMultiple Input, Multiple Output

33. 802.11n • MIMOMultiple Input Multiple Output • Short Guard Interval • Greefield Preambule • TX-A-MPDU – Agregate Mac Protocol Data Unit • STBC – Space Time Block coding • 40 Mhz operation in 2,4 GHz et 5 MHz

34. 802.11n - MIMO • Améliorer la résilience • Utilisation de plusieurs antennes pour améliorer la vitesse en reception et emission • Pour cela va utiliser des techniques de multiplexing et beamforming Radio DSP Bits Radio TX

35. 802.11 n

36. 802.11 n avec beamforming

37. Architecture Wifi Exemples

38. Nomemclature et conception • Réseaux fait pour transférer des données entre des stations • Point d’accés, les trames doivent être converties en une autre type de trame pour atteindre le reste du monde • Médium sans fil, pour passer des trames, la norme utilise une médium sans fil. Plusieurs couches sont définies • Système de distribution, lorsque les points d’accès sont connectés pour offrir une grande zone de couverture, ils doivent communiquer entre eux, pour par exemple suivrent les stations. Ils s’appuient dans la plupart des cas sur un réseau ethernet.

39. Types de réseau • L’élément de base d’un réseau sans fil est constitué de l’ensemble de services de base(BSS – basic service set), c’est-à-dire un groupe de stations qui communiquent les unes avec les autres • Il existe deux variantes BSS indépendant et infrastructure. • A gauche on a un IBSS le plus petit faisant 2 stations, on les appelle aussi des réseaux ad hoc • A droite on fait référence à un BSS pour éviter toute confusion entre les 2 acronymes. Dans cette architecture toutes les communications passent par le point d’accès. • Dans un réseau infrastructure il y a une procédure d’association, ce sont les stations qui initient cette association • La norme 802.11 ne fait aucune référence aux nombres de stations qui peuvent se connecter sur un point d’accès.

40. Aires de services étendues • Les BSS peuvent couvrir des petits bureaux et les domiciles, mais ils ne peuvent offrir une couverture réseau importante • Le 802.11 autorise la création de réseaux de taille quelconque en reliant les BSS au sein d’un ensemble de services étendues (ESS extended service set) • Un ESS est créé en chaînant des BSS et un réseau dorsal • Les stations au sein d’un même ESS peuvent communiquer les unes avec les autres, même si elles se trouvent dans des aires de services différentes. • Plusieurs possibilités de connexion au réseau dorsal sont possibles en fonction des produits en particulier avec l’utilisations des VLANs

41. Système de distribution • Les 802.11 décrit le service de distribution en terme de services qu’il fournit aux stations sans fil. Bien que ces services seront détaillés plus loin, en introduction il fournit la mobilité en connectant les points d’accès. Quand une trame est passée au système de distribution, elle est envoyée au point d’accès adéquat, qui la redirige vers sa destination. • Dans le jargon 802.11, l’Ethernet dorsal constitue le média du système de distribution et non le système de distribution, les points d’accès se chargeant de la distribution. Aujourd’hui l’ensemble des points d’accès dans les réseaux d’entreprise se comporte comme des ponts. • On peut aussi utiliser des réseaux sans fil pour implémenter une partie de l’infrastructure dorsale

42. Considérations d’architecture • Les aires de services dans un schéma se chevauchent, on augmente ainsi la probabilité de transmission réussie entre les aires et on offre une couverture réseau plus élevée. • Dans l’exemple il y a fort chevauchement des aires 2,3 et 4. Un utilisateur peut passer facilement et sans perdre sa connectivité au réseau wifi en passant de 2 à 4, si PA3 tombe en panne les points d’accès vont avoir une bonne couverture de la zone.Mais attention à la gestion des fréquences entre les différents points d’accès qui se chevauchent.

43. Services réseaux pour 802.11 • Distribution – Système de distribution-livraison des trames à leur destination • Intégration – Système de distribution- dans un réseau déjà dans l’entreprise • Association – Système de distribution-, la transmission n’est possible que si auparavant la station s’est associé ou enregistré auprès d’un point d’accès • Réassociation – Système de distribution-, passage d’une aire de service au sein d’une même aire de service étendue, pour cela elle doit évaluer la force du signal, et pourquoi pas le choisir. • Dissociation– Système de distribution- • Authentification/Desauthentification (station)Plusieurs mécanisme on détaillera dans la partie sécurité du cours • Deauthentification (station) • Confidentialité (station), dans sa version initiale le WEP a été utilisé, aujourd’hui d’autres techniques sont utilisées. • Livraison MSDU (station), au fait il faut acheminer des données (Mac Service Data Unit) • Contrôle de la puissance d’émission - Station / gestion du spectreTPC – Tranmit Power Control • Sélection dynamique de la fréquence- Station / Gestion du spectreDFS – Dynamic Frequency Selection)Uniquement sur les réseaux utilisant la fréquence 5Ghz

44. En résumé quatre groupes • Services de station • Fonctions devant être incluses dans chaque station, définition de la norme • Services de distribution • Étendre les services du réseau filaire au station • Un gestion de l’intégration des stations dans le réseau (association, réassociation, désassociation) • Confidentialité et contrôle d’accès • Authentification et gestion des clés • Algorithmes de chiffrement • Authenticité de l’origine • Détection du rejeu • Protocoles et systèmes externes • Service de gestion du spectreSous ensemble spécial des services de station. Deux services ont été définis dans 802.11h afin de faciliter le respect des contraintes de régulation. • Le premier service est le service TPC • Le second service la sélection dynamique de fréquence.

49. Role in Radio Network – Access Point—A root device; accepts associations from clients and bridges wireless traffic from the clients to the wireless LAN. – Repeater—A non-root device; accepts associations from clients and bridges wireless traffic from the clients to root access point connected to the wireless LAN. – Root Bridge—Establishes a link with a non-root bridge. In this mode, the device also accepts associations from clients. – Non-Root Bridge—In this mode, the device establishes a link with a root bridge. – Workgroup Bridge—In the Workgroup bridge mode, the access point functions as a client device that associates with a access point or bridge. – Scanner—Functions as a network monitoring device. In the Scanner mode, the access point does not accept associations from clients. It continuously scans and reports wireless traffic it detects from other wireless devices on the wireless LAN.

50. Configuration AIRONET