Transcript Le 802.11 ou Wi-Fi

Le 802.11 ou Wi-Fi
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• Architecture d’un réseau 802.11
– Technologie Cellulaire
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• Deux modes de fonctionnement
– Infrastructure
• Ensemble de terminaux reliés à un Access Point (AP).
• Connectivité au réseau d’entreprise : Système de Distribution (DS)
• La communication entre deux terminaux passe obligatoirement par
l’AP.
• L’AP fournit des services supplémentaires au mode ad hoc.
• Permet une zone de couverture étendue.
• Utilisé généralement dans des réseaux ayant plus de deux
terminaux.
– Ad hoc
• Ensemble de terminaux reliés directement en point à point.
• Portée limitée
• Plus de mobilité car aucun matériel supplémentaire n’est
nécessaire.
• Une stabilité relative.
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• Les couches de L’IEEE 802.11
– Couverture des couches Physique et Liaison de
données
-Différentes couches physique pour une même
couche MAC
-Possibilité d’implémentation de nouvelles couches
physiques sans altérer le standard
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• La couche physique est composée de
deux sous-couches :
– PMD (Physical Medium Dependant)
• Encodage des données, émission.
• Adaptation du matériel au média : change le débit
si la porteuse est faible.
– PLCP (Physical Layer Convergence Protocol)
• Écoute le support.
• Fournit un CCA (Clear Channel Assessment) à la
couche MAC.
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• Différents types de couche physique pour le 802.11
– FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)
• Utilise la bande des 2,4Ghz ISM (Industrial, Scientific and Medical),
bande libre dans quelques pays : USA, Europe (en partie), Japon
(en partie).
• Technologie d’envoi de données par saut de fréquences
– Le signal est modulé sur une porteuse de bande étroite. La porteuse
saute de fréquence en fréquence dans une séquence aléatoire mais
prévisible. Cette technologie permet de réduire considérablement les
interférences et économise la bande passante (une bande de
fréquence utilisée à la fois)
– DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
• Technologie d’envoi de données par découpage
– La données à envoyer est émise simultanément sur plusieurs canaux
de fréquences, diminuant ainsi le taux d’erreurs et augmentant le débit.
Cette technologie utilise beaucoup de bande passante.
– IR (InfraRouge)
• Rarement utilisé en 802.11 car le débit est faible, la portée, limitée,
et la nécessité de placer les terminaux voulant communiquer en
face l’un de l’autre.
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• Les débits du 802.11 des différents types
de couches physique.
– 802.11b : 1 Mbit/s sur l’ISM (2,4 GHz)
– 802.11b HR : 5,5 et 11 Mbits/s sur l’ISM (2,4
GHz)
– 802.11a : 54 Mbits/s sur la bande des 5 GHz
– 802.11 g : 54 Mbits/s sur l’ISM (2,4 GHz)
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• La couche Liaison de données
– Deux sous-couches : LLC et MAC
• LLC (Logical Link Control)
– Cette couche est identique à la couche LLC 802.2.
– Possibilité de relier un réseau sans fil à un réseau
Ethernet.
• MAC (Medium Access Control)
– Couche chargée d’écouter la porteuse, d’émettre si celleci est libre, et d’attendre si elle est occupée.
– Fonctionnalités supplémentaires :
» Procédures d’allocation du support
» Adressage des paquets
» Formatage des trames
» Contrôle d’erreur CRC (Cyclic Redundence Check)
» Fragmentation et réassemblage
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• Deux méthodes d’accès au niveau de la couche
MAC :
– DCF : Distributed Coordination Function
• Supporte le Best Effort
• Prend en charge le transport de données asynchrone
• Tous les utilisateurs voulant transmettre des données ont une
chance égale d’accéder au support
• Supporté par toutes les stations
– PCF : Point Coordination Function
• Interrogation de tous les terminaux (Polling) par l’AP
• Utilisé pour la transmission de données sensibles
nécessitant une gestion du délai : temps réel, voix, real vidéo
• Le Best Effort
– Méthode de transfert de données sans garantie de
qualité de service : bande passante, perte, délai…
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• Le protocole CSMA/CA
– CSMA/CA : Carrier Sense Multiple Access /
Collision Avoidance
– Protocole permettant d’éviter la collision de
paquets dans un réseau 802.11
– Utilise des trames d’acquittement (ACK)
envoyées par la station destination pour
confirmer à la station source la réception
d’une trame de données.
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• Les IFS (Inter Frame Space)
– Périodes d’inactivité nécessaire entre chaque
émission/réception de trame permettant de gérer les
ordres d’émissions/réception
– Les SIFS :
• Short IFS d’une durée de 28 µs. Intervalle de temps
d’inactivité laissé entre chaque trame d’un même dialogue
– Les PIFS :
• PCF IFS d’une durée d’un SIFS + 78 µs. Permet à un AP
d’avoir accès en priorité au média.
– Les DIFS :
• DCF IFS d’une durée d’un PIFS + 128 µs. Temps attendu par
une station voulant émettre une fois qu’elle a entendu une
trame qu’elle n’a pas envoyée et qui ne lui est pas destinée.
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• Le NAV 1/2
– Network Allocation Vector
– Timer retardant les émissions des stations
voulant émettre s’il y a déjà un dialogue entre
l’AP et une autre station.
– Calculé en fonction du TTL (Time To Live) des
trames entendues.
– Les stations ne peuvent émettre qu’à la fin de
leur NAV auquel on ajoute un PIFS et un timer
aléatoire (algorithme de backoff) dans le but
d’empêcher un envoi simultané de toutes les
stations voulant émettre.
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• Le NAV 2/2
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• L’algorithme de Backoff
– Résout le problème de transmissions
simultanées de différentes stations.
• Le temps vu par le 802.11 :
– Le temps est découpé en timeslot de valeur
légèrement inférieure à celle nécessaire pour
le transfert de la plus petite trame possible.
Cette valeur est propre à chaque type de
couche physique.
– Utilisé pour déterminer les IFS et les
temporisateurs des stations voulant émettre.
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• Le timer Backoff
– Temporisateur généré par une station voulant émettre
sur un support occupé.
– Prend une valeur comprise entre 0 et 7,
correspondant à un certain nombre de timeslots
– Le timer est décrémenté une fois le support libre. La
station dont le timer atteint 0 se met alors à émettre.
Les autres mettent leur timer en pause jusqu’à
libération du support.
– Si le timer atteint 0 sur deux stations en même temps,
il y a collision et un timer est de nouveau régénéré. Il
est compris cette fois entre 0 et 15.
– Formule de régénération de timer Backoff :
• (2i+1) * Ran(0,1) * timeslot. i représentant le nombre de
tentatives consécutives d’envoi (avec une valeur minimum de
3).
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• L’écoute du support
– S’effectue au niveau de la couche physique et de la
couche MAC
• Couche physique : PCS (Physical Carrier Sense)
– Analyse toutes les trames passant par les ondes hertziennes
dans la bande de fréquence propre à la couche physique
– Détecte l’activité du support grâce à la puissance relative du
signal des autres stations.
• Couche MAC : VCS (Virtual Carrier Sense)
– Mécanisme de réservation du support utilisé généralement
pour la transmission de grandes trames pour lesquelles une
retransmission en cas de collision serait trop gourmande en
bande passante.
– Envoi de trames RTS/CTS : Request To Send / Clear To Send
avant tout envoi de donnée.
– Ce mécanisme est utilisé par les stations en fonction d’une
variable RTS_Threshold que l’on peut fixer ou configurer les
stations de manière à ne jamais utiliser ce mécanisme.
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• Les étapes d’une transmission (1/2):
1 : La station voulant émettre envoi un RTS à la station
qu’elle veut joindre.
2 : Les stations du BSS entendant le RTS mettent à jour
leur NAV en fonction du champ durée du RTS
3 : La station destination reçoit le RTS, attend un SIFS
et envoie un CTS.
4 : Les stations du BSS entendant le CTS mettent à jour
leur NAV en fonction du champ durée du CTS.
5 : Le support est réservé, la station source peut
émettre sans collision.
6 : La transmission terminée, les stations voulant
émettre attendent un DIFS et redémarrent leur timer
Backoff
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• Les étapes d’une transmission (2/2):
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• Problème de la station cachée
– Deux station d’un BSS entendent nécessairement l’AP, mais
peuvent ne pas s’entendre mutuellement.
– Résolution grâce au mécanisme de réservation : RTS/CTS
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• L’IEEE 802.11 et le saut de fréquence
– L’IEEE 802.11 utilise un système à saut de fréquence
(Frequency Hopping) qui change de fréquence toutes les 20 ms.
• Fragmentation et réassemblage
– Découpage de grosses trames en fragments
– Diminue la probabilité de corruption des trames du fait de leur
petite taille
– Diminue le nombre et la durée des retransmissions en cas de
collision ou de trame corrompue
– Améliore la qualité du réseau
– Utilisés si la trame à transmettre est de taille supérieure à une
variable Fragmentation_Threshold
– Le support n’est libéré que lorsque la totalité de la trame est reçu
correctement. (Utilisation d’ACK)
– Si le mécanisme de réservation du support est utilisé (RTS/CTS)
il n’est utilisé que pour le premier fragment.
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• Fragmentation et Réassemblage
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• Les handovers ou le roaming
– Ensemble de mécanismes permettant à une
station de changer d’AP sans perdre de
connectivité au réseau :
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La synchronisation
L’écoute passive
L’écoute active
L’association
La réassociation
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• La synchronisation
– L’AP envoie régulièrement des trames
balisées : Beacon Frames, contenant la
valeur de l’horloge de l’AP
– Les stations, reçoivent ces trames et
synchronisent leur horloge sur celle de l’AP
– Permet aux stations qui sont en mode
d’économie d’énergie ou en déplacement
dans l’ESS, passant d’un AP à un autre, de
rester connecté au réseau en permanence.
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• Le choix de l’AP
– Lors d’un démarrage, d’un retour de mode
veille ou d’un déplacement dans un BSS, une
station doit choisir l’AP le plus approprié selon
certains critères :
• La puissance du signal
• Le taux d’erreurs des paquets
• La charge du réseau
– Si la puissance du signal de l’AP devient trop
faible, la station se met à chercher la
présence éventuelle d’un autre AP.
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• La sélection de l’AP nécessite une écoute
du support par la station :
– L’écoute passive :
• La station attend de recevoir une trame de balise
(beacon frame) de l’AP
– L’écoute active :
• Une fois l’AP le plus approprié sélectionné, la
station envoie une requête d’association par la
trame Probe Request Frame.
– Remarque :
• Avant toute association, la station doit
s’authentifier auprès de l’AP.
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• Les causes de la réassociation :
– Déplacement d’une station entraînant une diminution
de la puissance du signal de l’AP auquel elle est
connectée.
– Changement des caractéristiques de l’environnement
radio
– Charge réseau trop élevée au niveau de l’AP sur
lequel la station est connectée.
• Load Balancing :
– Permet d’éviter les réassociations intempestives dans
le réseau en équilibrant la charge du réseau en
fonction des AP disponibles.
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