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Alain Margeride - 1 Les réseaux sans fil 802.11 Wifi Partie II

Les réseaux sans fil

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Les réseaux sans fil. 802.11 Wifi Partie II. Introduction Base générale Présentation des réseaux 802.11 Problématique du mac Trames les détails Service de données avec ou sans contention. Spectre radio la ressource clé. Fonctionnement sur une bande de fréquence. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 1

Les réseaux sans fil

802.11 WifiPartie II

Page 2: Les réseaux sans fil

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1) Introduction Base générale2) Présentation des réseaux 802.113) Problématique du mac4) Trames les détails5) Service de données avec ou sans

contention

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Spectre radio la ressource clé

• Fonctionnement sur une bande de fréquence.

• Chaque bande possède des canaux avec une certaine largeur.

• Pour comprendre dose de mathématiques, de théorie de l’information et de traitement du signal, permet de montrer que plus la largeur est importante plus l’info transmise est importante

• Toute ses fréquences régulées par l’ARCEP (ART)

Page 4: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 4

QQ considérations techniques

• Mais largeur # suivant les technos:– Mobile 20kHz, Télé 6Mhz,WiFi 20mHz

• Pour le wifi on va utiliser l’ISM (Instrumentation Scientifique et médical)– Bande S ISM (802.11 b/g)– Bande C ISM (802.11 a)

• Pour l’ISM pas de règles de fréquence mais on doit se conformer aux règles de puissance

Page 5: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 5

QQ Bandes fréquences

GSM900, 1800 ou

1900 Mhz

Bande S ISM (802.11 b/g) 2,4-2,5 Ghz

Bande C 4-8 Ghz

Bande C, lien satellite descendant 3,7-42 Ghz

Bance C ISM (802.11 a) 5,725-5,875 Ghz

Bande C, lien satellite montant 5,925-6,425 Ghz

Bande X (militaire) 8-10 Ghz

Bande Ku (télévision satellite) 10-12 GHz

Page 6: Les réseaux sans fil

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En quoi les réseaux sans fils différents• Absence de frontières physiques

• Medium physique dynamique– Réseau câblé fixe, à l’opposé le réseau sans fil dynamique, les

ondes peuvent passer partout ou presque!!– Problème de propagation, dont nécessité d’avoir un protocole

mac plus fiable

• Pour optimiser, il faut soit:– allouer un spectre important – améliorer les techniques de codages sur une fréquences données.

• Distance, le rapport signal/bruit joue aussi un rôle important plus on est loin, plus le bruit augmente, plus la vitesse diminue

• La sécurité, médium par nature sujet à interception, brouillage

Page 7: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 7

• SISO Single Input Single OutputFacile à mettre en œuvre, économique

• Par contre pas très bon:– si pb sur une antenne pas de backup, – sur la dispersion, – l’énergie, – sensible au interférence

channelRadioDSPBits

TX

Radio DSP

RX

Digital Signal Processing

Système sans fil traditionnel

Page 8: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 8

MIMO wireless

• Multple Input Multiple Output (Beamforming) Système qui va améliorer– La résilience– On peut plus facilement améliorer la puissance d’émission

avec plusieurs amplicateurs– On va pouvoir limiter les interférences

channel

Radio

DSP

Bits

TX

Radio

Radio

DSP

Bits

RX

Radio

Page 9: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 9

• Plus de puissance à l’émission

• Plus de puissance à la reception

• Améliore la résilience

• Moins sensible au interférence

Radio

DSP

Bits

TX

Radio

Radio

DSP

Bits

RX

Radio

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Alain Margeride - 10

Compatibilité

Radio

DSP

BitsRadio

RX

BitsTX

Radio

BitsRXRadio

DSP

BitsRadio

TX

Radio

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Alain Margeride - 11

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Alain Margeride - 12

Spatial MIMO Concept

• Plus difficile, en plus interférence entre les divers flux

• Pas de compatibilité avec les précédants standards 802.11

• Par contre vraisemblablement technologie d’avenir, utilisée dans le 802.11ac, le 4G

Radio

Radio

DSP

DSP

BitSplit

BitsBit

Merge

TX

Radio

RadioRX

DSP

DSP

Page 13: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 13

Exemple avec 802.11 ac

Page 14: Les réseaux sans fil

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802.11 Premier résumué

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Alain Margeride - 15

1) Introduction Base générale2) Présentation des réseaux 802.113) Problématique du mac4) Trames les détails5) Service de données avec ou sans

contention

Page 16: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 16

La famille des réseaux 802

• 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

802.1802.3 802.5 802.11

802.11 mac

802.11n802.11a

OFDM PHY

802.11g

OFDM PHY

802802.2 Couche liaison

802.3mac

802.3PHY

802.5mac

802.5PHY

Description

et Archi.

Mgt802.15

mac

802.15FHSS PHY

802.15.1

MIMO

802.16mac

802.16SODFM

802.16

802.11 ac

MU-MIMO

Page 17: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 17

Composants de la phy

• 802.11sépare la phy en deux composants:

– La PLCPPhysical Layer Convergence Procedure

– La PMDPhysical Medium Dependant

• La PLCP est une couche logique qui va ajouter des informations dans l’entête de la trame

• La PMD représente la transmission de la trame sur le média physique proprement dit

Page 18: Les réseaux sans fil

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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.

Page 19: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 19

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.

Page 20: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 20

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

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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

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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.

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Frontière, mix

• Différents types de réseaux peuvent se chevaucher. Des BSS indépendants peuvent être crées au sein de l’aire de service de base d’un point d’accès.

• Bien que les 5 stations soit sur des réseaux différents leur communication peut se faire.

Page 24: Les réseaux sans fil

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Services réseaux pour 802.111. Distribution – Système de distribution-

livraison des trames à leur destination

2. Intégration – Système de distribution- dans un réseau déjà dans l’entreprise

3. 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

4. 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.

5. Dissociation– Système de distribution-

6. Authentification/Desauthentification (station)Plusieurs mécanisme on détaillera dans la partie sécurité du cours

7. Deauthentification (station)

8. Confidentialité (station), dans sa version initiale le WEP a été utilisé, aujourd’hui d’autres techniques sont utilisées.

9. Livraison MSDU (station), au fait il faut acheminer des données (Mac Service Data Unit)

10. Contrôle de la puissance d’émission - Station / gestion du spectreTPC – Tranmit Power Control

11. Sélection dynamique de la fréquence - Station / Gestion du spectreDFS – Dynamic Frequency Selection)Uniquement sur les réseaux utilisant la fréquence 5Ghz

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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.

Page 26: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 26

Support de la mobilité

• La mobilité a été une des motivations d’implémentation d’un réseau 802.11. La transmission de la trame peut s’effectuer pendant le déplacement de la station de la même manière ce que la technologie mobile apporte à la voix.

• Trois types– Aucune (Lorsque l’on reste

dans le même BSS)– Transition de BSS (qq

supporté)– Transition d’ESS (pas

supporté)

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Autres considérations d’architecture

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1) Introduction Base générale2) Présentation des réseaux 802.113) Problématique du mac4) Trames les détails5) Service de données avec ou sans

contention

Page 29: Les réseaux sans fil

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Le mac 802.11• Il ne s’écarte pas fondamentalement des autres normes IEEE 802. D’un

point de vue macroscopique il doit être vu comme une adaptation des technologies Ethernet au monde du sans fil.

• Tout comme Ethernet il utilise un accès multiple avec écoute de la porteuse (CSMA –carrier sense multiple access) pour contrôler l’accès au medium de transmission.

• Cependant les collisions ne peuvent être détecté de la même que sur un média filaire, donc à la place de la détection des collisions, le 802.11 utilise l’évitement des collisions (CSMA-CA).

• Les différences entre un environnement filaire et un réseau sans fil sont à l’origine de nombreux défis pour les concepteurs de protocole réseau. On va examiner ces différents points dans les transparents qui suivent

Page 30: Les réseaux sans fil

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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

Page 31: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 31

Problème du nœud caché

• Les nœuds 1 et 2 peuvent communiquer ainsi que 2 et 3 mais pas 1 et 3. C’est la problématique du nœud caché.Si un protocole envoi et croise les droits était employé, les nœuds 1 et 3 pourrait émettre simultanément, et entraîner ainsi des collisions au niveau du nœud 2;

• Cette problématique est identique avec un AP et peut entraîner des collisions lors de la transmission vers l’ AP.

Page 32: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 32

La solution RTS/CTS

• Le RTS réduit au silence l’environnement de 1, le CTS réduit au silence l’environnement de 2

• La procédure RTS/CTS consomme une bonne partie de la capacité de transmission, en particulier du à la latence ajoutée en début de transmission.

• Les nœuds cachés sont devenus un problème moins important avec la croissance du 802.11.

– Dans le petits réseaux tout le monde est suffisamment proche– Dans les environnements plus étendu, la couverture est suffisamment dense pour que les

clients soient assez proches physiquement du point d’accès pour se voir les uns les autres.

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• Introduction Base générale• Présentation des réseaux 802.11• Problématique du mac• Implémentation 802.11• Trames les détails• Service de données avec ou sans

contention

Page 34: Les réseaux sans fil

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Méthodes d’accès dans 802.11• L’accès au medium sans fil est contrôlé par des fonctions de coordination.

On va avoir un accès de type CSMA/CA fourni par :

– DCF : Distributed Coordination Function• Conçue pour prendre en charge le transport des données

asynchrones• Tous les utilisateurs qui veulent émettre ont une chance égale

d’accéder au support.• Avec contention

– PCF : Point Coordination Function• Interrogation à tour de rôle des terminaux (polling)• Contrôle par le point d’accès.• Conçue pour la transmission de données sensibles

– Gestion de délai• Applications de type temps réel : voix, vidéo• Sans contention

– HCF : Une solution de compromis sans le minutage précis de PCF, mais avec une gestion de file d’attente de service.

Page 35: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 35

DCF• Ethernet : CSMA/CD (Collision Detection)

Cette méthode n’est pas utilisable par les réseaux 802.11 car: – Pour détecter une collision, une station doit être capable d’écouter et de

transmettre en même temps.– Dans les systèmes radio, la transmission couvre la capacité de la station à

entendre la collision

• Pour les réseaux 802.11 on va utiliser CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) standard, et DCF en est la base.Comme avec Ethernet il vérifie si le lien radio est libre avant de commencer la transmission.

– Pour éviter les collisions, les stations utilisent un ralentisseur le « backoff », aléatoire après chaque trame.

– Dans certaine circonstance utilisation du couple RTS/CTS.

Page 36: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 36

Méthodes d’accès dans 802.11: PCF• Point Coordination Function

– Méthode d’accès sans contention

• PCF permet le transfert de données isochrone– Méthodes d’accès basée sur le polling

DCFPCF

Balise

DCFPCF

Balise

Page 37: Les réseaux sans fil

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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

Page 38: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 38

Ecoute porteuse et vecteur d’allocation (NAV)

• 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

Page 39: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 39

Les # intervalles inter-trames

• SIFS (Short Inter Frame Spacing : 10 µs )– Plus haute priorité, pour les ACK, RTS/CTS,

interrogations en PCF

• PIFS(PCF IFS : 30 µs)– Priorité moyenne, pour le PCF, service temps réel.

• DIFS(DCF, Distributed Coordination Function IFS : 50 µs)– Priorité faible, pour le DCF, « best effort »

Page 40: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 40

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

Page 41: Les réseaux sans fil

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Écoute du support• La station voulant émettre écoute le support

– Si aucune activité n’est détectée pendant un temps DIFS, procédure de transmission des données.

– Si le support est occupé, la station écoute jusqu’à ce qu’il soit libre.• Quand le support est disponible, la station retarde sa transmission

en utilisant l’algorithme du backoff

• Si les données ont été reçues de manière intacte (vérification du CRC de la trame), la station destination attend pendant un SIFS et émet un ACK.– Si le ACK n’est pas détecté par la source ou si les données ne sont pas

reçues correctement, on suppose qu’une collision s’est produite et la trame est retransmise.

Page 42: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 42

Gestion contention - backoff

L’exemple donné est utilisé avec la couche physique DSS – Direct sequence spread spectrum du 802.11 b

D’autres couches physique utilisent des tranches différentes mais le principe reste le même.

Page 43: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 43

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.

Page 44: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 44

Fonctionnement du PCF

Page 45: Les réseaux sans fil

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L’accès au mac en conclusion• Permet de partager l’accès au support

• Mécanisme d’acquittement supporte les problèmes liés aux interférences et à tous les problèmes de l’environnement radio.

• Mécanisme avec et sans contention

• Mécanisme de réservation RTS/CTS évite les problèmes de la station cachée.

• Inconvénient : ajout d’entêtes aux trames 802.11– Performances plus faibles que les réseaux locaux Ethernet.

Page 46: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 46

• Interoperability. WMM was developed with a strong commitment to interoperability. It works across device types and manufacturers, and can be implemented by any application that uses Wi-Fi.

• Availability. The WMM specification and test plans have been finalized, and Wi-Fi CERTIFIED for WMM is available beginning September 2004. Manufacturers have already started to incorporate support for WMM in new multimedia Wi-Fi devices. Availability of WMM is crucial to support the rapid growth of QoS-based applications because the IEEE draft 802.11e, which will provide QoS support for Wi-Fi networks, has not yet been ratified.

• Relationship with IEEE 802.11e. Wi-Fi Alliance members have worked closely with the 802.11e TG to develop QoS for Wi-Fi networks. WMM is a profile of the upcoming IEEE 802.11e QoS extensions for 802.11 networks. The 802.11e draft includes additional capabilities and features that may be included later in the Wi-Fi CERTIFIED for WMM program as optional capabilities. For example, the Wi-Fi Alliance is already developing a test plan for the scheduled access capability.

• Wide appeal. WMM meets the requirement of the residential, SOHO, enterprise, and public access market segments.

• User confidence. Through the Wi-Fi Alliance certification program and education efforts, users see the Wi-Fi logo as an assurance of interoperability. Similarly, users will rely on the WMM mark to identify Wi-Fi devices that support QoS and to guide their purchasing decisions.

WMM charter

Page 47: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 47

• Coexists with devices that do not support WMM. Most Wi-Fi devices deployed or in the market do not support QoS. This is not likely to change, as many devices and applications do not need QoS capabilities. WMM allows Wi-Fi clients with and without WMM capabilities to coexist in the same network. The APs are, however, required to have WMM functionality to support WMM-enabled clients. The network owner can either buy a Wi-Fi CERTIFIED for WMM AP or apply a Wi-Fi CERTIFIED for WMM software upgrade to deployed APs.

• Adapts well to dynamic data rates. This is a key requirement for a technology like Wi-Fi that operates in the license-exempt spectrum and therefore cannot guarantee a constant throughput level.

• IETF Differentiated Services (DiffServ). WMM is based on the IETF DiffServ architecture, which is well suited for providing QoS on shared media technologies like Wi-Fi, as it enables effective traffic prioritization without imposing an onerous overhead. Individual data packets are labeled with either IETF DSCP headers or IEEE 802.1d tags.

• Compatible with Universal Plug and Play (UPnP) QoS. The common DiffServ foundation enables UPnP QoS to manage WMM, and allows network owners to develop and enforce network-wide policies that apply to the wired and wireless infrastructure.

WMM charter

Page 48: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 48

Les ACs

Page 49: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 49

Voice Video Best efforts Background

Les trames dans les

bonnes FIFO

Gestion CW

Le synoptique

Page 50: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 5050

Page 51: Les réseaux sans fil

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Le gain

Evolution dans le temps

Utilisationbande passantepar 3 stations

CAS 1

CAS 2

Page 52: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 52

• Introduction Base générale• Présentation des réseaux 802.11• Problématique du mac• Trames les détails• Service de données avec ou sans

contention

Page 53: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 53

Structure de la pile protocolaire

PLCP ( Physical Layer Convergence Protocol) : s'occupe de l'écoute du support et de la signalisation en fournissant un CCA (Clear Channel Assessment) à la couche MAC. PMD (Physical Medium Dependent): traite la modulation et l’encodage des données àtransmettre sur le support.

Page 54: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 54

DSSS PHY , format du paquet

Préambule PLCP

entête PLCP

80 16 12 4 16 variable

Synchronisation

SFD Signal

Service

Length

HEC

Payload

Synchronisationsync., Gain, détection d’énergie, compensation de l’offset de fréquence

SFD (Start Frame Delimiter)1111001110100000

Signaldébit (0A: 1 Mbit/s DBPSK; 14: 2 Mbit/s DQPSK)

Service Length« future use », 00: conforme 802.11 longueur du payload

HEC (Header Error Check)protection du signal, service et longueur, x16+x12+x5+1

Page 55: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 55

OFDM Phy

Préambule PLCP

entête PLCP

80 16 24 16 variable

Synchronisation

SFD Signal Service

Payload

Synchronisationsync., Gain, détection d’énergie, compensation de l’offset de fréquence

SFD (Start Frame Delimiter)1111001110100000

SignalDonne la vitesse ( et associé à cette vitesse un type de modulation) et la longueur de la trame

ServiceLes 6 premiers bits à zéro pour synchronisation, les neufs bits sont réservés à un futur usage, et sont à zéros.

Page 56: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 56

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

Page 57: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 57

Format trame

• Chaque trame commence par un champs contrôle de trame.• Les trames mac comportent 4 champs d’adresse, tous ces champs ne sont

pas utilisés par tous les types de trames.• Un champs donnée, corps de trame, sur réseau IP longueur max 1500

octets.• Et un champs de « frame check sequence » ou souvent appelé CRC

(Control Redundancy check)

Montrer capture pour illustrer chaque trame en particulier 816

Page 58: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 58

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)

Filtre wireshark: wlan.fc.type

Page 59: Les réseaux sans fil

Alain Margeride - 59

Sous-types

Les sous-type GESTION0000 Association request0001 Association response0010 Reassociation request0011 Reassociation response0100 Probe request0101 Probe response1000 Beacon1001 Announcement traffic

indication message (ATIM)1010 Disassociation1011 Authentication1100 Deauthentication

Les sous-types CONTRÔLE1010 Power Save (PS)-Poll1011 RTS1100 CTS1101 Acknowledgment (ACK)1110 Contention-Free (CF)-End1111 CF-End+CF-Ack

Filtre wireshark: wlan.fc.type_subtypeexemple == 8 pour beacon frame, == 0x1d acknowledgment -1 pour contrôle d pour ack

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Les sous-types

Les sous-types DONNEES

0000 Data0001 Data+CF-Ack0010 Data+CF-Poll0011 Data+CF-Ack+CF-Poll0100 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.

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ToDS=0 ToDS=1

FromDS=0 Toutes les trames de gestion et de contrôle. Les trames de données au sein d'un IBSS (ad_hoc) (jamais les trames de données d'un réseau infrastructure).

Les trames de données émises depuis une station sans fils dans un réseau infrastructure.

FromDS=1 Les trames de données reçues par une station sans fil dans un réseau infrastructure

Les trames de données sur un pont sans fil.

Wireshark: wlan.fc.fromds == 0 and wlan.fc.tods ==0

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• 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

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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.

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• 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 récepteur

Par 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)

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• 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

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Encapsulation

Montrer capture trame_cours (868,898 – Distinction par exemple stp et encapsulaiton ethernet type ip)

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Exemple trame WMM - QoS

• Montrer trame: capturebesteffortvideo_wlan.qos.priority

• Filtre:wlan.fc.type_subtype == 0x28Ou/etwlan.qos.priority

0 besteffort1 Background5 video6 voice

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• Introduction Base générale• Présentation des réseaux 802.11• Problématique du mac• Trames les détails• Service de données avec ou sans

contention

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Broadcast / Multicast• Trames à diffusion générale et multiple appelées trames de groupe car

elles sont destinées à plus d’une station réceptrice, sont les échanges les plus simples car il n’y a pas d’accusé de reception, et on trois types de trames:– Trame de données à diffusion générale avec une adresse de diffusion

dans le champ 1– Trame de données à diffusion multiple avec une adresse de diffusion

dans le champ 1– Trame de gestion à diffusion générale avec une adresse de diffusion

dans le champ 1 (trame balise, requête d’enquête et ATIM BISS)

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Trames unicast simple

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RTS/CTS

• Montrer fichier captureavec_filtretrame 5 6 7 8

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RTS/CTS Fragmenté

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Séquence économie d’énergie• Les composants les plus gourmands en électricité dans un système radio

sont les amplificateurs qui augmentent le signal juste avant son émission et force celui reçu à un niveau intelligible juste après sa réception. Les stations 802.11 peuvent augmenter la durée de fonctionnement des batteries en stoppant l’émetteur radio et en s’endormant périodiquement.

• Pendant les périodes de sommeil, les points d’accès mettent dans des tampons les trames à diffusion individuelle destinés à ces stations. Elles sont ensuite annoncées par des trames balises beacon.

• Pour retrouver les trames en tampon, les stations qui se réveillent utilisent des trames PS-Poll.

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Réponse immédiate

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Réponse différée

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Trame unicast segmentée

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Fonctionnement de la PCF• Point Coordination Function

• Pour supporter les applications qui ont besoin d’un service presque temps réel, la norme 802.11 inclut une deuxième fonction de coordination (PCF- point coordination function) permet d’offrir un accès « équitable au médium ».

• Par certains aspects, l’accès au medium sous PCF ressemble au contrôle d’accès à base de jetons, le point d’accès détenant le jeton

• Le PCF est peu implémentée. Un serveur multimédia destiné aux particuliers à mis en œuvre le PCF, mais il n’a pas un grand succès commercial. Quelques produits professionnels ont implémenté la PCF car elle donne au point d’accès un contrôle plus important sur la gestio du médium

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L’enchaînement

• Au début de PCF, le point d’accès transmet une balise. Elle contient entre autres la durée maximum de la période sans contention. Toutes les stations recevant la balise fixent le NAV à la duré maximum afin de bloquer les accès au médium sans fil.

• Lorsque le point d’accès a obtenu le contrôle du médium il interroge les stations associés présentes sur une liste d’interrogation afin de savoir si elles ont des données a transmettre.

* CF acronyme de contention free

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Quiz

• NAV signification? Rôle?

• Donner un exemple d’utilisation couche liaison (Logical Link) ?

• Combien de type de trame 802.11? Exemples

• Le concept de contention?

• IFS?