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Département Informatique Les Réseaux Informatiques Les réseaux sans fils Laurent JEANPIERRE.

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1 Département Informatique Les Réseaux Informatiques Les réseaux sans fils Laurent JEANPIERRE

2 Département Informatique 2 Contenu du cours Introduction & Historique Le Wifi : Le Bluetooth :

3 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

4 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)

5 Département Informatique 5 Historique Technologie ancienne Radio-transmission ~ années 50 Initiative des armées Innovations (relativement) récentes GSM : 1982 Bluetooth : 1994…maintenant Hiperlan : 1996 Wifi : 1997…maintenant HomeRF : 1998…2003 (abandonné) Wimax : 2002

6 Département Informatique 6 Contenu du cours Introduction & Historique Le Wifi : Le Bluetooth :

7 Département Informatique 7 Le Wifi WIreless Fidelity Groupement de constructeurs Wireless Ethernet Compatibility Alliance Normes ISO : : 1 2Mbit/s (1997) a : jusquà 54Mbit/s (1999) b : 11Mbit/s (1999) g : jusquà 54Mbit/s (2003) compatible b h : compatibilité Hiperlan i : cryptage j : compatibilité réseaux japonais

8 Département Informatique 8 Un problème de fréquences Fréquences allouées par létat Autorité de Régulation des Télécommunications European Telecommunications Standard Institute Federal Communication Commission Ex : ,5 MHz : Radars OTAN

9 Département Informatique 9 Un problème de fréquences (2) La bande Industry-Science-Medical Sans autorisation

10 Département Informatique 10 Un problème de fréquences (4) Bande des 2400MHz-2483,5MHz 14 canaux de 22MHz (chevauchement) Théorème de Shannon 11Mbit/s 1-11 aux USA, en France

11 Département Informatique 11 Structure du réseau 2 niveaux : Basic Service Set (BSS) 1 point daccès (AP) Machines connectées à cet AP Extended Service Set (ESS) Plusieurs BSS Reliés entre eux En filaire En sans-fil

12 Département Informatique 12 ESS BSS / ESS en images BSS – 2 BSS - 1 Roaming

13 Département Informatique 13 Architecture logicielle 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)

14 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

15 Département Informatique 15 Couche DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Envoi de 11 bits pour 1 bit (802.11) = = 1 Avantage : Matériel simple Peu sensible aux interférences Détection/Correction derreurs Inconvénients : 1Mbit/s (modulation en 2 phases) 2Mbit/s (modulation en 4 phases)

16 Département Informatique 16 La norme b DSSS 2 phases : 1Mbit/s DSSS 4 phases : 2Mbit/s DSSS CCK 4 bits : 5,5Mbit/s DSSS CCK 8 bits : 11Mbit/s (Complementary Code Keying) g DSSS : compatibilité b OFDM : similaire à a (incompatible) (pls canaux bas débit > 1 canal haut débit)

17 Département Informatique 17 Couche IR Transmission via faisceau Infra-Rouge Modulation par position dimpulsion (Pulse Position Modulation) Exemple : 2 bits par modulation

18 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

19 Département Informatique 19 Couche MAC Distributed 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)

20 Département Informatique 20 Couche MAC Point Coordination Function Caractéristiques Pas de contention Pas de collision Données isochrones (temps-réel) Principe Le point daccès contrôle tout Polling Qui doit émettre ? Donne la parole à tour de rôle selon QoS Non implanté sur les matériels

21 Département Informatique 21 Couche MAC Intervalle inter-trame Inter-Frame Spacing SIFS : Short-IFS Entre 2 trames dune 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)

22 Département Informatique 22 DCF Principe CSMA/CA Écoute le canal Si occupé, attend canal libre + temps aléatoire (0 7 intervalles) Si collision, temps dattente doublé Si transmission pendant attente Compteur en pause Reprend en fin de transmission Attente terminée Début de lémission

23 Département Informatique 23 DCF En images Transmission Station 4 Veut émettre Attente = 4 slots Transmission Station 1 Veut émettre Attente = 7 slots Transmission Station 4 ACK

24 Département Informatique 24 DCF Le problème de la station cachée

25 Département Informatique 25 DCF Réservation du canal Mécanisme RTS/CTS Ready To Send : « Je veux te parler » Clear To Send : « Je técoute » Une station S1 envoie RTS à S2 Trame très courte suivie dun SIFS S2 envoie CTS Trame très courte suivie dun SIFS Toutes les autres stations se taisent et attendent S1 envoie les données Trames suivies de SIFS S2 accuse réception 1 DIFS dattente Toutes les stations recommencent à émettre

26 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 derreur 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 derreur par CRC Contrôle de flux

27 Département Informatique 27 La sécurité du Wifi 2 modes de fonctionnements prévus Système Ouvert Accès libre au réseau Authentification par clé partagée Clé symétrique Partagée par un canal externe (à la main…) WEP : 40 ou 104 bits Amélioration WPA : Nécessaire depuis 2003 pour label Wifi

28 Département Informatique 28 Wired Equivalent Privacy Cryptage symétrique 1 clé unique pour crypter/décrypter 64/128 bits Un cryptage inadéquat 24 des bits de la clé ne servent quau début pour linitialisation Facile à casser (100Mo de données suffisent) Trames « faibles » facile à décrypter Réglage manuel de la clé sur chaque poste Mieux que rien du tout…

29 Département Informatique 29 Wifi Protected Access Cryptage symétrique RC4 : idem WEP Initialisation sur 48 bits (24 pour WEP) Temporal Key Integrity Protocol Mélange avec une clé aléatoire Changement fréquent de clé Nouvelle clé minimum tous les 10Ko Distribution de la clé automatique « Rekeying »

30 Département Informatique 30 Le mode ad-hoc En mode infrastructure Les stations parlent à lAP Une station hors portée est injoignable

31 Département Informatique 31 Le mode ad-hoc (2) Sans Point dAccès Les stations parlent aux stations De point à point Réseau dynamique Tables de routage reconstruites à la volée Pas de relais entre stations Une station ne parle quà ses voisines Accessibilité restreinte & dynamique Toutes les cartes Wifi ne sont pas compatibles avec ce mode……

32 Département Informatique 32 Contenu du cours Introduction & Historique Le Wifi : Le Bluetooth :

33 Département Informatique 33 Introduction IEEE , Inventé par Ericsson (1994) 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

34 Département Informatique 34 Quelques éléments Faible portée, faible consommation Dans la bande ISM 2,4GHz FHSS, 79 canaux de 1MHz Changement pseudo-aléatoire Pico-réseaux : 1 station maître 0 7 stations esclaves Environ 200 stations en sommeil Architecture en couches

35 Département Informatique 35 Architecture Bluetooth

36 Département Informatique 36 Architecture (2) Couche RF : 2,4GHz 3 classes de puissance : I 100 mW (20 dBm) 100 mètres II 2,5 mW (4 dBm) mètres III 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

37 Département Informatique 37 Architecture (3) Link Management Protocol Gestion des pico-réseaux Gestion Maître/Esclave Gestion Économie énergie Ouverture de connexion Paramètres Qualité de service Authentification des esclaves Partage des clés (cryptage)

38 Département Informatique 38 Architecture (4) L2CAP : Logical Link Control & Application Protocol Multiplexage Segmentation & Réassemblage Trame L2CAP : 64 Ko Trame BB : 2745 bits + autres

39 Département Informatique 39 Les profils Bluetooth 21 profils différents

40 Département Informatique 40 Generic Access Profile : couches basses A/R Remote Contrôle Profile Extended Service Discovery Profile Common ISDN Access Profile Service Discovery Application Profile Interroge les services disponibles À distance Personal Area Network Profile Hardcopy Cable Replacement Profile Les profiles Bluetooth (2)

41 Département Informatique 41 Les profiles Bluetooth (3) Generic Audio/Video Distribution Profile Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) Video Distribution Profile TCS-BIN Based Profile Cordless Telephony Profile Téléphonie Intercom Profile Talkie-Walkie

42 Département Informatique 42 Les profiles Bluetooth (4) Serial Port Profile Head-Set Profile Gestion des oreillettes / Casques Hands-Free Profile Dispositifs audio (téléphone, …) Dial-up Networking Profile Émulation dun modem Fax Profile Local Area network Profile SIM Access Profile

43 Département Informatique 43 Les profiles Bluetooth (5) Generic Object Exchange Profile File Transfer Profile Object Push Profile Pièces jointes Synchronisation Profile Basic Imaging Profile Basic Printing Profile

44 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

45 Département Informatique 45 Conclusion Wifi ou Bluetooth ? Même bande de fréquence, protocole différent Interférence Wifi = Haut débit Bluetooth promet du 100Mbit/s pour 2013 Bluetooth = Basse consommation Surtout pour périphériques embarqués PDA, téléphones, lecteurs MP3

46 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

47 Département Informatique 47 Le micro-ondes Bande WIFI / Bluetooth

48 Département Informatique 48 Le WIMAX Wifi de demain ? Worldwide Interoperability for Microwave Access Supporté par le « Wimax Forum » (différents fabricants) Norme IEEE (2001) Fréquences initiales de 10GHz à 66GHz (134Mbit/s) Fréquences de 2GHz à 11GHz (2004, IEEE d) 70Mbit/s sur 50 km (théorique) 12Mbit/s sur 20 km (pratique) Allocation de fréquences à la demande Une seule licence Française (Attitude-Telecom Free) Plusieurs licences régionales (divers organismes)

49 Département Informatique 49 Le WIMAX (2) Évolution de la norme IEEE d : Connexion via antenne relais 75Mbit/s, 50Km IEEE f : Connexion directe Machine-Wimax 30Mbit/s, 3,5Km WIFI WIMAX


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