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

Les Réseaux Informatiques
Les réseaux sans fils
Laurent JEANPIERRE
Département Informatique
Contenu du cours

Introduction & Historique

Le Wifi : 802.11

Le Bluetooth : 802.15
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2
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
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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)

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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

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Un problème de fréquences

Les fréquences radio sont allouées par l’état




Autorité de Régulation des Télécommunications
European Telecommunications Standard Institute
Federal Communication Commission
Ex : 2454-2483,5 MHz : Radars OTAN
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Un problème de fréquences (2)
La bande Industry-Science-Medical
 Sans autorisation

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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
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Le micro-ondes
Bande WIFI / Bluetooth
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Contenu du cours

Introduction & Historique

Le Wifi : 802.11

Le Bluetooth : 802.15
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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
802.11n : jusqu’à 250Mbit/s (2009) – « MIMO »
802.11ac : jusqu’à 1,3Gbit/s (2014)
802.11i : cryptage (WPA)
802.11{d,h,j,e,r,u,y,w} : Modification de la MAC sans toucher au PHY
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Un problème de fréquences

Bande des 2400MHz-2483,5MHz
 14 canaux de 22MHz (chevauchement)


Théorème de Shannon  11Mbit/s
1-11 aux USA, 10-13 en France (1-13 depuis 2011),
1-14 au Japon
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Structure du réseau
2 niveaux :
 Basic Service Set (BSS)
1 point d’accès (AP)
 Machines connectées à cet AP


Extended Service Set (ESS)
Plusieurs BSS
 Reliés entre eux

En filaire
 En sans-fil

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BSS / ESS en images
Roaming
BSS – 2
BSS - 1
ESS
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Architecture logicielle 802.11

Couche LLC


Couche MAC




Adressage & liaison de données
CSMA/CA (collision avoidance)
ou Accès par priorité (802.12)
Association à un AP
Confidentialité
Couches physiques




OFDM (fréquences orthogonales)
FHSS (saut de fréquence)
DSSS (séquence de Barker)
IR (codage par position)
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Couche OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing



Bande des 5 GHz



8 canaux ≠
Sans chevauchement
Non autorisée en France jusqu’en mai 2008
Portée de 54Mb/s  10 m, 6Mb/s  70 m
Bande des 2,4 GHz

Portée de 54Mb/s  30 m, 6Mb/s  400 m (extérieur)
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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
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Couche DSSS

Direct Sequence Spread Spectrum
 Envoi de 11 bits pour 1 bit (802.11)



Avantage :




11101100011 = 0
00010011100 = 1
Matériel simple
Peu sensible aux interférences
Détection/Correction d’erreurs
Inconvénients :


1Mbit/s (modulation en 2 phases)
2Mbit/s (modulation en 4 phases)
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La norme 802.11

802.11a


802.11b





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)
802.11g



OFDM, bande des 5GHz
DSSS : compatibilité 202.11b
OFDM, bande des 2,4GHz
802.11{n,ac}

OFDM, bande des 2,4GHz + 5GHz
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Couche IR
Transmission via faisceau Infra-Rouge
 Modulation par position d’impulsion
(Pulse Position Modulation)
 Exemple : 2 bits par modulation

00
 01
 10
 11

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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
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21
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)
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Couche MAC
Point Coordination Function

Caractéristiques
Pas de contention
 Pas de collision
 Données isochrones (temps-réel)


Principe
Le point d’accès contrôle tout
 Polling  Qui doit émettre ?
 Donne la parole à tour de rôle selon QoS


Non implanté sur les matériels
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Couche MAC
Intervalle inter-trame
Inter-Frame Spacing
 SIFS : Short-IFS


PIFS : PCF-IFS =SIFS+1


Entre 2 trames normales
EIFS : Extended-IFS = long


Passage en mode PCF, transmission temps-réel
DIFS : Distributed-IFS =PIFS+1


Entre 2 trames d’une même conversation
(Ack, CTS, RTS, …)
Après une erreur, attend ACK
AIFS : Advanced-IFS = encore + long

Pour accès selon priorité (+court  +prioritaire)
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DCF
Principe

CSMA/CA




Si transmission pendant attente



Écoute le canal
Si occupé,
attend canal libre + temps aléatoire (07 intervalles)
Si collision, temps d’attente doublé
Compteur en pause
Reprend en fin de transmission
Attente terminée

Début de l’émission
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DCF
En images
ACK
Transmission
 Station 4
Veut émettre
Attente = 4 slots
Transmission
 Station 1
Veut émettre
Attente = 7 slots
Transmission
 Station 4
ACK
ACK
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DCF
Le problème de la station cachée
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DCF
Réservation du canal

Mécanisme RTS/CTS



Une station S1 envoie RTS à S2



Trame très courte suivie d’un SIFS
Toutes les autres stations se taisent et attendent
S1 envoie les données


Trame très courte suivie d’un SIFS
S2 envoie CTS


Ready To Send : « Je veux te parler »
Clear To Send : « Je t’écoute »
Trames suivies de SIFS
S2 accuse réception


1 DIFS d’attente
Toutes les stations recommencent à émettre
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La couche LLC

Local Link Control : couche OSI N°2
 3 types de services :

Sans connexion, Sans acquittement




Sans connexion, Avec acquittement



Unicast, Multicast ou Broadcast
Pas de contrôle d’erreur
Pas de contrôle de flux (voir TCP, par exemple)
Trames ACK
Contrôle de flux Stop&Wait (1 trame à la fois)
Service connecté



Unicast
Contrôle d’erreur par CRC
Contrôle de flux
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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
 WPA2 : 802.11i

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30
Wired Equivalent Privacy

Cryptage symétrique
1 clé unique pour crypter/décrypter
 64/128 bits
 XOR avec une phrase pseudo-aléatoire


Un cryptage inadéquat
24 des bits de la clé ne servent qu’au début
pour l’initialisation
 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…
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31
Wifi Protected Access

Cryptage symétrique



Initialisation sur 48 bits (24 pour WEP)


RC4 : idem WEP
Clé ≠ pour chaque machine
 beaucoup plus difficile à casser
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 »
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32
Wifi Protected Access

Clé plus facile à distribuer




Pass-phrase de longueur quelconque
Digérée par un algorithme de hashage
Produit la véritable clé de base (avant mélange)
Deux versions

Personnelle (WPA-PSK)


Pass-phrase distribuée manuellement sur les postes
Entreprise (WPA)

Serveur d’authentification RADIUS dédié
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33
Wifi Protected Access 2

Cryptage par AES possible



Advanced Encryption Standard
Très coûteux en calculs
Mémorisation de clé




Après une association réussie
Client garde une copie codée de la clé
 Reconnexion sans la clé primaire
 Clé primaire plus dure à casser
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Le mode ad-hoc

En mode infrastructure
Les stations parlent à l’AP
 Une station hors portée est injoignable

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Le mode ad-hoc (2)

Sans Point d’Accès
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 qu’à ses voisines
  Accessibilité restreinte & dynamique


Toutes les cartes Wifi ne sont pas
compatibles avec ce mode……
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Contenu du cours

Introduction & Historique

Le Wifi : 802.11

Le Bluetooth : 802.15
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39
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
2.1 (2007) : + débit  + sécurité  + consommation 
3.0 (2009) : + gestion puissance + sécurité  + débit 
+ latence  + débit adaptatif
 4.0 (2010) : + ultra-basse consommation + portée
 4.1 (2011) : Cohabitation 4G + bypass du maître <laxiste>
 4.2 (2014) : débit  +sécurité  +consommation +IPv6 over BT +IoT
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40
Quelques éléments


Faible portée, faible consommation
Dans la bande ISM 2,4GHz



Depuis la v3



Utilisation du Wifi en cas de besoin
 54Mb/s sur 10m de portée
Pico-réseaux :




FHSS, 79 canaux de 1MHz
Changement pseudo-aléatoire
1 station maître
07 stations esclaves
Environ 200 stations en sommeil
Architecture en couches
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41
Architecture Bluetooth
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42
Architecture (2)

Couche RF : 2,4GHz


3 classes de puissance :
I 100 mW (20 dBm) 100 mètres
II 2,5 mW (4 dBm) 15-20 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
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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)

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44
Architecture (4)

L2CAP : Logical Link Control & Application
Protocol
Multiplexage
 Segmentation & Réassemblage

Trame L2CAP : 64 Ko
 Trame BB : 2745 bits


+ autres
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45
Les profils Bluetooth
21 profils différents
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46
Les profiles Bluetooth (2)

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

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47
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
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48
Les profiles Bluetooth (4)

Serial Port Profile

Head-Set Profile


Hands-Free Profile


Gestion des oreillettes / Casques
Dispositifs audio (téléphone, …)
Dial-up Networking Profile

Émulation d’un modem
Fax Profile
 Local Area network Profile
 SIM Access Profile

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49
Les profiles Bluetooth (5)

Generic Object Exchange Profile
File Transfer Profile
 Object Push Profile


Pièces jointes
Synchronisation Profile
 Basic Imaging Profile
 Basic Printing Profile

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50
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
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51
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

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52
Le WIMAX
Wifi de demain ?

Worldwide Interoperability for Microwave Access


Norme IEEE 802.16 (2001)





Supporté par le « Wimax Forum »
(différents fabricants)
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-TelecomFree)
Plusieurs licences régionales (divers organismes)
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53
Le WIMAX (2)
Évolution de la norme
 IEEE 802.16d : Connexion via antenne relais

75Mbit/s, 50Km
WIMAX
WIFI

IEEE 802.16f : Connexion directe Machine-Wimax

30Mbit/s, 3,5Km
WIMAX
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