Réseau Local Sans Fil et Wi-Fi

Présentation du réseau Wi-Fi

• Wi-Fi (Wireless Fidelity) tire son nom de la certification délivrée par la Wi-Fi Alliance (anciennement WECA)
• La norme IEEE 802.11, ratifiée en 1997, décrit les caractéristiques d'un réseau local sans fil (WLAN).

Types de réseaux sans fil

• Les technologies sans fil se classent par portée:
  • WPAN (Réseaux Personnels Sans Fil) : Portée de 1 mètre
  • WLAN (Réseaux Locaux Sans Fil): Portée de 100 mètres (ex. Wi-Fi)
  • WMAN (Réseaux Métropolitains Sans Fil) : Portée de 10 kilomètres
  • WWAN (Réseaux Étendus Sans Fil) : Portée supérieure à 100 kilomètres (ex. réseau de téléphonie mobile)

Avantages du Wi-Fi

• Norme internationale et indépendante des constructeurs
• Fonctionnement similaire à Ethernet
• Évite le développement de nouvelles couches réseau
• Rayon d'action important
• Débit acceptable
• Mise en œuvre facile
• Absence de travaux de câblage supplémentaires

Couches basses du modèle OSI

• La norme 802.11 définit les couches basses du modèle OSI (couches physique et liaison de données)
• LLC (Logical Link Control) - 802.2: Contrôle de liaison logique
• MAC (Medium Access Control) - 802.2: Contrôle d'accès au support (gestion de l'accès au canal, sécurité, alimentation)
• FH, DS, IR, CCK(b), OFDM: Méthodes de modulation et de codage des signaux sans fil.

Principes radioélectriques

• Technologie basée sur une technologie militaire
• Objectif : masquer l'émission pour éviter la détection des stations en émission.
• Utilisation d'un spectre étalé (DSSS / FHSS) pour réduire les interférences
• Différentes modulations sont utilisées: DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) et FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)

Type de liaison utilisée

• La liaison radio est half duplex (une seule émission à la fois)

Équipement d'une station

• Un modem radio
• Une antenne

Interférences

• Chaque canal utilise une fréquence médiane sur 22MHz
• Seuls 3 canaux peuvent fonctionner simultanément pour éviter les interférences entre réseaux proches.
• La superposition de fréquences entre réseaux génère des interférences réciproques.

Normes

• La norme initiale (IEEE 802.11) a un débit bas de 1 à 2 Mbps.
• Des révisions ont amélioré les débits, la sécurité et l'interopérabilité (ex. 802.11a, 802.11b, 802.11g).

Bandes de fréquences

• Wi-Fi (802.11b et 802.11g) utilise la bande ISM (Instrumentation, Scientific, Medical) à 2,4 GHz avec une largeur de bande de 83 MHz.
• Wi-Fi (802.11a) utilise la bande UN-II à 5,2 GHz avec une largeur de bande de 300 MHz.

Modulation DSSS

• Bande ISM divisée en 14 canaux de 20 MHz
• Transmission sur un seul canal à la fois.
• Co-localisation de 3 réseaux au sein d'un même espace.

Modulation FHSS

• La bande de fréquence de 2,4 à 2.4835 GHz permet de créer 79 canaux de 1 MHz
• Transmission successive sur différents canaux.
• Plus résistant aux interférences qu'avec DSSS.

Différentes extensions IEEE 802.11

•  802.11a: Débit élevé (54 Mbps) utilisant la bande 5 GHz.
• 802.11b: Débit moyen, portée large (11 Mbps) utilisant la bande 2,4 GHz.
• 802.11g: Débit élevé, compatible avec 802.11b utilisant la bande 2,4 GHz.
• 802.11f: Protocole d’interopérabilité des Points d’Accès.
• 802.11h: Adaptations pour la norme européenne.
• 802.11i: Amélioration de la sécurité (AES).
• et plus...

Modes de connexion

• Mode Infrastructure: Liaison à un point d’accès (PA).
• Mode Ad-hoc: Liaison directe entre les stations sans PA.

Rôle de DS et ESS

• Systeme de Distribution (DS): Facilite le transport des paquets entre les différents ensemble de service, indépendamment du support herzienne
• Ensemble de service étendu (ESS): Permet aux différentes stations mobiles d'avoir accès à un réseau fixe comme internet.

Types de réseaux sans fil

• Systèmes d'interconnexion (ex. Bluetooth)
• Réseaux locaux sans fil (LANs) (ex. 802.11)
• Réseaux à large échelle sans fil (WANs), (ex. satellite)

Bluetooth

• Systèmes d'interconnexion sans fil de courte portée. (moniteurs, claviers, imprimantes, scanners…)
• Liaison par ondes radio.
• Modèle maître-esclave basés sur un signal radio.

Autres LANs sans fil

• Connecter des machines d'un bâtiment ou d'un bureau en utilisant IEEE 802.11.
• Chaque ordinateur possède: Un modem radio et une antenne

Portée d'une seule radio

• La couverture par une seule radio peut ne pas couvrir tout le système.

Réseaux multi-cellules

• Décomposition en plusieurs cellules pour augmenter la portée totale du réseau.

WANs sans fil

• Communication via satellite et intégration de plusieurs routeurs.
• Chaque routeur est équipé d'une antenne et écoute les autres routeurs.
• Interface utile dans les situations où la diffusion d'un signal radio est importante.

Objectifs de IEEE 802.11

• Fonctionner sans station de base
• Trouver une fréquence convenable.
• Assurer la confidentialité de l'usager
• Économiser la batterie (durée de vie de la batterie)
• Adapter les accès comme les standards existants (Ethernet CSMA/CD)
• Se connecter à d'autres points d'accès.
• Optimiser la gestion des ressources et des réseaux multi-cellules.

Méthodes d'accès aux réseaux 802.11

• Distributed Coordination Function (DCF): Méthode avec collisions.
• Point Coordination Function (PCF): Méthode sans collisions.

Fonctionnement du PCF

• Contrôle centralisé par le point d'accès
• Échange de trames entre le point d'accès et les stations mobiles.
• Détermination par le point d'accès du moment où une station transmet ses données
• Le point d'accès envoie une trame particulière pour indiquer quelle station peut émettre. (CF Poll)
• Si le nœud mobile ne répond pas, il doit envoyer une trame de données nulle. (CF Poll null frame)

Fonctionnement du DCF

• Les stations écoutent le support et vérifient s'il est libre avant de transmettre.
• Mécanisme d'évitement des collisions utilisant un ACK dans la trame.
• Evitement des collisions dans la technique de half-duplex.

Les trames RTS/CTS

• RTS (Request To Send): Demande d'autorisation d'émission.
• CTS (Clear To Send): Autorisation d'émission.
• Mécanisme de réservation de canal pour éviter les collisions

Rôle de RTS/CTS

• Virtual Carrier Sense
• Envoi de RTS/CTS entre une station source et une station de destination avant l'envoi de données
• Réservation du canal.

La trame CTS

• RA: Adresse du récepteur de la prochaine trame.
• TA: Adresse de la station qui transmet la trame RTS.
• Durée: temps nécessaire pour la transmission de la trame CTS et intervalle de SIFS.
• CRC: Contrôle de redondance cyclique

Mécanisme de réservation

• La station voulant émettre envoie un RTS au réseau.
• Les autres stations dans le réseau lisent le champ de durée du RTS mis à jour.
• La station de destination répond par un CTS
• Les autres stations mettent à jour leur NAV après avoir lu le champ de durée dans le CTS.
• Après la réception du CTS par la station émettrice, elle est certaine que le support est stable et réservé à la transmission de ses données.

Déterminer l'état du canal

• Le RSSI mesure la puissance du signal reçu par l'antenne.
• La valeur du RSSI est comparée à un seuil pour déterminer si le canal est libre.
• Si le canal est occupé, la transmission est différée.

La trame ACK

• Adresse 2 qui est copiée du champ de la trame précédent cette trame ACK.

Principe de l'accusé de réception ACK

• La station réceptrice vérifie le CRC.
• Un ACK est renvoyé à l'émetteur pour confirmer la réception correcte.
• Si l'émetteur ne reçoit pas d'ACK, il retransmet le paquet.

Network Allocation Vector (NAV)

• Informations sur la durée d'occupation du canal.
• Sert à informer les autres stations de la durée durant laquelle le canal est occupé.
• Permet d'éviter les collisions.

Format général des trames 802.11

• Préambule: début de la trame.
• En-tête PLCP: informations logiques pour la couche physique.
• Données MAC: données.
• CRC: contrôle d'erreur.

Préambule

• En-tête PLCP
• séquence de 80 bits alternant entre 0 et 1
• Start Frame Delimiter (SFD): utilisé pour identifier le début de la trame.

Spécifications du PLCP (Physical Layer Convergence Protocol)

• Longueur de mot du PLCP_PDU: Nombre d'octets dans le paquet.
• Fanion de signalisation PLCP: Débit.
• Champ d'en-tête du contrôle d'erreur (CRC): Vérification d'erreur.

Les trames longues

• Fragmentation de la trame en plusieurs fragments.
• Transmission des fragments avec ACK confirmation.

Backoff exponentiel

• Algorithme pour gérer les collisions dans le CSMA/CA.
• Augmente le délai d'attente exponentiellement en cas de collision.

Calcul de la durée d'attente aléatoire (DAA).

• La durée d'attente aléatoire est déterminée en fonction du nombre d'essais avant la transmission d'un paquet.
• Dans le cas d'une première tentative de transmission, la valeur d'attente est faible.
• Elle augmente exponentiellement en fonction des tentatives de transmissions précédentes.

Fonctionnement du backoff exponentiel

• La station écoute le support avant de transmettre.
• Si le support est libre après un DIFS, elle transmet.
• Sinon elle calcule un temporisateur T qui est décrémenté de 1 à chaque fois que le support est libre.
• Si T = 0, la station peut transmettre.

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)

• Méthode d'accès au support utilisée par les réseaux 802.11.

Echange de trames court RTS/CTS

• Communication entre deux stations avec un mécanisme de reservation du canal pour diminuer les collisions.

Champ de contrôle de trame

• Plusieurs bits et champs utilisés pour différentes fonctions comme la réservation de canal, le chiffrement avec WEP, le gestion de la qualité de service (QoS) ou la synchronisation.

Ce quiz explore les caractéristiques des réseaux locaux sans fil, avec un accent particulier sur la norme 802.11 et la certification Wi-Fi. Testez vos connaissances sur les technologies, la portée, et les avantages du Wi-Fi. Parfait pour ceux qui souhaitent approfondir leur compréhension des réseaux sans fil.