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  1. WLAN Norme 802.11 Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  2. Les applications des WLAN • Aéroport : gestion des bagages au chargement et déchargement des avions • Entrepôts : gestion temps réel des stocks • Supermarché : Terminaux avec lecteur code barre pour les inventaires .. • Hôpitaux : Pc en réseau pour la tournée des medecin • Finance : salle de marché Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  3. Les applications des WLAN • Séminaires, formations, événements sportifs … (installations temporaires) • Hotspot : Internet dans les lieux publics : hôtel Accor, aéroports (cartes pré-payées) • Maison : Modem routeur ADSL sans fil • Marché de la rénovation • Pays en voie de développement ( infrastructure câblée en retard) : ex ligne Internet … Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  4. Thèmes abordés • La Famille de standard 802. • Les standards 802.11 • Les architectures réseau 802.11 • Les couches physiques 802.11 • La couche MAC • Le protocole CSMA/CA • Les trames MAC • Scénario de connexion • Performance Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  5. La famille de standards 802. • La famille des standards 802 • développé par l’IEEE (Instutute for Electrical and Electronics Engineers) « Américain » • 802 utilisé dans la majorité des réseaux • Une couche commune LLC « Logical Link Control » (802.2) • Les couches MAC (Medium Access Control) et physique sont organisées en standards • Les standards dépendent du support physique Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  6. IEEE 802.2 Logical Link Control (LLC) Couche 2 OSI Liaison IEEE 802.3 Carrier Sense IEEE 802.4 Token Bus IEEE 802.5 Token Ring IEEE 802.11 Wireless LAN IEEE 802.15 Wireless PAN MAC Physique Couche 1 OSI Physique La famille de standards 802. Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  7. Sommaire • La Famille de standard 802. • Les standards 802.11 • Les architectures réseau 802.11 • Les couches physiques 802.11 • La couche MAC • Le protocole CSMA/CA • Les trames MAC • Scénario de connexion • Performance Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  8. IEEE 802.2 Logical Link Control (LLC) IEEE 802.11 Couche MAC (contrôle d’accès au média) MAC 802.11 FHSS 802.11 DSSS 802.11 IR Wifi 802.11 b Wifi5 802.11 a 802.11 g Physique Les standards 802.11 • Le standard 802.11 • Définit un réseau sans fil permettant la mobilité d’un équipement à l’intérieur de ce réseau en toute transparence pour les couches de niveau supérieur ( LLC …) • Se compose de deux couches • MAC ( Médium Access control) contrôle d’accès au media • Physique assure la transmission et le réception physique Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  9. Les standards 802.11 • Les différents standards ou groupes • 802.11 (juin 1997): FHSS (2M), DSSS (2M), IR • 802.11 a (1999): couche physique sur la bande 5Ghz Débits théoriques 54 Mbit/s Débits pratiques 20 à 25 Mbits/s portée 100 m produits existants sur le marché • 802.11b(1999):couche physique sur la bande 2,4GHz Débits théoriques 11 Mbit/s Débits pratiques 4 à 6 Mbit/s Portée 500 m à 1 Mbit/s Très répandu sur le marché Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  10. Les standards 802.11 • Les différents standards ou groupes • 802.11e Qualité de service ( niveau MAC) • 802.11g couche physique sur la bande 2,4GHz Débits théorique 54 Mbit/s Compatibilité avec 802.11 b (2003) • 802.11 i Amélioration de la sécurité, nouveau chiffrement TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) et AES (Advanced Encryption Standard) (Juin 2004) • 802.11 f Interopérabilité entre les points d’accès de différents constructeurs : IAPP Inter access point protocol Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  11. Les standards 802.11 • Les différents standards ou groupes • 802.11 n • Groupe de travail créé début 2003 • STD prévu début 2006 • Évolution rétro compatible de 802.11g • 2,4 Ghz • débits 540 Mbit/s ? • Réduction de l’overhead ? • Débat sur la largeur des canaux 20 ou 40 Mhz ? • MIMO ( Multiple Input, Mûltiple output) plusieurs antennes sur émetteur et récepteur : 2-3-4 antennes … Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  12. Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  13. Sommaire • La Famille de standard 802. • Les standards 802.11 • Les architectures réseau 802.11 • Les couches physiques 802.11 • La couche MAC • Le protocole CSMA/CA • Les trames MAC • Scénario de connexion • Performance Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  14. Les architectures réseau 802.11 • Liaisons point à point • Utilisation de la radio sous forme de faisceau • Interconnections de deux réseaux locaux • Utilisation d’antennes spécifiques • Principes de ligne de vue et zone de Fresnel Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  15. Les architectures réseau 802.11 • Architecture cellulaires • Deux types d ’équipements : • station : ordinateur portable, téléphone, PDA … • point d ’accès : équivalent d ’un hub au niveau de la radio et de pont vers un réseau Ethernet (802.3) • Architecture IBSS « Ad hoc » • Architecture BSS « Infrastructure » • Architecture BSS + DS • Architecture EBSS • Architecture répéteur Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  16. Architecture IBSS Mode de communication IBSS (Independant Basic Service Set) : chaque station peut dialoguer avec plusieurs autres sans passer par un intermédiaire. Ce mode est aussi appelé « ad-hoc » Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  17. Architecture BSS Mode de communication BSS (Basic Service Set) : le point d ’accès sert de « hub radio » permet aux cartes WLAN ne supportant pas le mode précédent (rares aujourd ’hui) de pouvoir échanger des données. Ce mode est aussi appelé « infrastructure » Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  18. Architecture BSS + DS • le point d ’accès sert de « hub radio » et de pont 802.3 permet aux clients WLAN de pouvoir joindre des équipements situés sur le réseau local Ethernet de l ’entreprise. Mono-Cellule « DS – Distribution System » « BSS - Basic Service Set » Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  19. Multi-Cellules AccessPoint A AccessPoint B Channel 1 Channel 6 Architecture EBSS • Configuration avec plusieurs cellules • Plusieurs AccessPoint (plusieurs channels) • Couverture étendue • Mobilité = Roaming Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  20. Channel 1 Channel 1 Channel 1 AccessPoint A AccessPoint B AccessPoint C Architecture répéteur • Configuration d’un AccessPoint en répéteur • Permet d’étendre la zone couverte • Partage de la bande passante totale sur toute la zone Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  21. Ajustement de la vitesse • La vitesse de communication s’ajuste en fonction de la qualité du signal radio (SNR) • SNR (rapport signal/bruit) dépends : • Puissance du signal (dBm) • Niveau de bruit • Distance par rapport à l’Access point • Obstacles Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  22. Ajustement de la vitesse DBPSK : Differential Binary Phase Shift Keying (2 états) DQPSK : Differential Quadrature Phase Shift Keying ( 4 états) QAM : Quadrature Amplitude modulation 16 ou 64 états Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  23. Sommaire • La Famille de standard 802. • Les standards 802.11 • Les architectures réseau 802.11 • Les couches physiques 802.11 • La couche MAC • Le protocole CSMA/CA • Les trames MAC • Scénario de connexion • Performance Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  24. Les couches physiques 802.11 • FHSS ( Frequency Hopping Spread Spectrum) • La bande ISM est divisée en canaux de 1Mhz • Nombre de canaux dépend de la législation • Le signal radio saute de canal en canal suivant un ordre définit Au Etats Unis  Jeu 1 : (0 3,6,9,12,15,18,21,24,27,30,33,36,39,42,45,48,51,54,57,60,63,66,69,72,75) Jeu 2 : (1,4,7,10,13,16,19,22,25,28,31,34,37,40,43,46,49,52,55,58,61,64,67,70,73,76) Jeu 3 : (2,5,8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,38,41,44,47,50,53,56,59,62,65,68,71,74,77) • Durée d’utilisation d’un canal 400 ms • Utilisation d’une modulation par fréquence : GFSK ( Gaussian Frequency Shift Keying) Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  25. Les couches physiques 802.11 • FHSS ( Frequency Hopping Spread Spectrum) • Immunité au bruit • Difficile à intercepter • Limitée au niveau débit (2 Mbit/s) Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  26. Interférences en FHSS Temps Interférence sans conséquence Emission FHSS … Saut 5 Saut 4 Saut 3 Saut 2 Saut 1 Interférence entraînant un changement de fréquence 1234567 … Fréquences Les couches physiques 802.11 • FHSS :Robustesse physique aux interférences Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  27. Les couches physiques 802.11 • DSSS ( Direct Sequence Spread Spectrum) • Débit 2 Mbit/s repli à 1 Mbit/s • Modulation de phase DBPSK (Differential Binary Phase shift Keying) à 1 Mbit/s • Modulation de phase DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) • DBPSK / DQPSK codage de 1 ou 2 bit sur le même signal Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  28. Les couches physiques 802.11 • 802.11 b • Extension de la norme 802.11 • Bande ISM 2,4 Ghz • Ajout des débits 11 et 5,5 Mbit/s • Modulation CCK ( Complementary Code Keying) • Modulation de phase avec 4 déphasages • débit global maxi de 33 Mbit/s Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  29. Les couches physiques 802.11 • DSSS ( Direct Sequence Spread Spectrum) • La bande ISM est divisée en canaux de 22 Mhz • 14 canaux de 22 MHz (13 en France, 11 aux US) Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  30. Les couches physiques 802.11 • DSSS ( Direct Sequence Spread Spectrum) • 3 canaux disjoints (1, 6 et 11) • 3 points d’accès peuvent couvrir le meme zone: débit global maxi de 3 x vitesse maxi ( 3x6, 3x11, 3x54) • Les données sont envoyées uniquement sur un canal Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  31. Utilisation des canaux en DSSS • Recouvrement de plusieurs canaux sur la même zone • Chaque canal va offrir 11 Mbps, soit un total de 33 Mbps • Le client détermine le meilleur AP suivant le signal et la charge de l’AP Channel 1 Débit Global 3 x 11 Mbps Channel 6 Channel 11 Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  32. Utilisation des canaux en DSSS 1 canal à 100mW, 2 canaux à 10mW Channel 1 Débit Global 3 x 11 Mbps Channel 6 Channel 11 Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  33. Les couches physiques 802.11 • Choix puissance radio Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  34. Données avant étalement Données aprèsétalement T T 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 Les couches physiques 802.11 • DSSS : Robustesse logicielle aux interférences • Technique de « Chipping » pour le contrôle d’erreur • Les données 0 et 1 à transmettre ont des signaux étalés complémentaires • Support jusqu’à 50 % de bits erronés • Fiabilité assuré par une redondance Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  35. Les couches physiques 802.11 • Comparaison FHSS et DSSS (année 2000) Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  36. Les couches physiques 802.11 • Comparaison FHSS et DSSS (année 2000) Le gagnant : DSSS Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  37. Les couches physiques 802.11 • Infrarouge Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  38. OFDM • Orthogonal Frequency Division Multiplexing • Utilisée aussi pour l’ADSL • Divise une bande de fréquence (ici un canal de 22 Mhz) en petites bandes (sous-porteuses) • Chacune des petites bandes est considérées comme un émetteur (parallélisassions) • Sur chaque émetteur on choisit une technique de modulation Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  39. GHz 5,15 5,18 5,2 5,22 5,24 5,26 5,28 5,3 5,32 5,35 Les couches physiques 802.11 • 802.11 a (Wifi 5) • Bande U-NII 5Ghz • Etalement de spectre OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing) • Divise la bande UNII-1 et UNII-2 en 8 canaux de 20 Mhz • Cache canal est divisé en 52 sous-canaux de 300 Mhz • 48 sous canaux pour la transmission de données • 4 sous canaux pour la correction d’erreurs Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  40. Les couches physiques 802.11 • 802.11 a (Wifi 5) • Transmission en parallèle sur plusieurs sous canaux • L’assemblage des sous canaux  canal haut débit • Consommation électrique élevée Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  41. Les couches physiques 802.11 • 802.11 a (Wifi 5) • Débits théorique 54 Mbit/s, repli à 48 – 36 – 24 – 18 – 12 – 9 – 6 • Modulation au niveau des sous canaux dépendant du débit : • 64 QAM (64 level Quadrature Amplitude Modulation) 1,125 Mbit/s • 16 QAM (16 level Quadrature Amplitude Modulation) • QPSK (Quadrature Phase shift Keying) • BPSK (Binary Phase shift Keying) Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  42. 802.11g 20–50 MB 11 MB 802.11g 802.11b Les couches physiques 802.11 • 802.11 g • Extension de 802.11 b utilisant les techniques 802.11a(OFDM) • Bande 2,4 Ghz • Compatible avec 802.11 b • Modulation : • BPSK = 1Mbit/s • QPSK = 2Mbit/s • CCK = 5,5Mbit/s, 11Mbit/s • OFDM : BPSK 6-9 Mbit/s • BPSK 6-9 Mbit/s • QPSK 12-18 Mbit/s • 16 QAM 24-36 Mbit/s • 64 QAM 48-54 Mbit/s Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  43. Sommaire • La Famille de standard 802. • Les standards 802.11 • Les architectures réseau 802.11 • Les couches physiques 802.11 • La couche MAC • Le protocole CSMA/CA • Les trames MAC • Scénario de connexion • Performance Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  44. La couche MAC • Un rôle similaire à celle d’Ethernet (802.3) • Assure l’accès de plusieurs stations à un support partagé • Principe d’écoute avant émission • Grosse différence : chaque trame est acquittée • Fonctionnalités • Contrôle d’accès au support • Adressage et formatage des trames • Contrôle d’erreur • Fragmentation, ré assemblage … Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  45. La couche MAC • Deux méthodes d’accès • PCF ( Point Coordination Function) • Gestion centralisée sur le point d’accès • Pas de collisions • Similaire aux principes de jeton ( Token ring …) • Impossible en mode « Ad-hoc » • Méthode d’accès optionnelle dans le standard • Assez rarement mise en oeuvre • DCF ( Distributed Coordination Function) Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  46. La couche MAC • Deux méthodes d’accès • DCF ( Distribited Coordination Function) • Répartition de la gestion de l’accés au media à l’ensemble des participants ( équipements) • Gestion de l’accés au média sans gestion de priorité • S’appuie sur le protocole CSMA/CA ( Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) et sur un algorithme de back-off • 802.11 e (Qualité de service niveau MAC) • HCF (Hybrid coordination function) • Algorithme d’ordonnancement en fonction d’un taux moyen d’arrivée des données Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  47. Sommaire • La Famille de standard 802. • Les standards 802.11 • Les architectures réseau 802.11 • Les couches physiques 802.11 • La couche MAC • Le protocole CSMA/CA • Les trames MAC • Scénario de connexion • Performance Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  48. CSMA/CA • Le CSMA (Carrier Sense Multiple Access ) • Technique d’accès aléatoire ( chance équitable) • Écoute de la porteuse (Carrier Sense) • Évite que plusieurs transmissions aient lieu simultanément sur un même support • Réduit le nombre de collisions • N’évite pas complètement les collisions Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  49. CSMA/CA • En cas de collision ? • CSMA/CD : Collision détection, Ethernet, détection et traitement des collisions • CSMA/CA : Collision avoidance, éviter les collisions plutôt que de les traiter • La détection des collisions nécessite la faculté d’écoute et de transmission simultanée ( pb radio) • Si un émetteur radio ne détecte pas une collision, il continue d’émettre : monopolise le support pour rien • Prévient des collisions mais ne les évite pas complètement Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk

  50. CSMA/CA • Le CSMA/CA utilise des techniques : • D’écoute du support • Algorithme de Back-off • Mécanismes optionnels de réservation • Trames d’acquittements : Paquet ACK est émis par la station qui vient de recevoir une trame pour confirmer qu’elle est bien arrivée Janvier 2006 Dominique Skrzypezyk