Wifi Cours

Date : 15/03/2009

Version 1

Réseau Wireless

1.

Cours

DEFINITIONS ................................................... ........................................................... ................................................4

1.1. INTRODUCTION ...........................................................................................................................................................4 1.1.1. WPAN (Wireless Personal Area Network) Network) ................................................... ......................................................... 4 1.1.2. WLAN (Wireless Local Area Network)..................................................................................................................4 1.1.3. WMAN (Wireless Metropolitain Area Network)....................................................................................................4 1.1.4. WWAN (Wireless Wide Area Network)..................................................................................................................4

2.

LE WIFI.........................................................................................................................................................................5

2.1. INTRODUCTION ...........................................................................................................................................................5 2.2. LES NORMES ET STANDARD .........................................................................................................................................6 2.2.1. Qui normalise le sans fil ?.....................................................................................................................................6  2.2.2.  Les normes IEEE .................................................. ........................................................... ......................................6  2.2.3. Tableau comparatif ...............................................................................................................................................8 

3.

DIFFERENTS MODES DE FONCTIONNEMENT D’UN RESEAU SANS FIL...................................................9

3.1. INTRODUCTION ...........................................................................................................................................................9 3.2. LE MODE "AD HOC".....................................................................................................................................................9 3.3. LE MODE "INFRASTRUCTURE " ........................................................ ........................................................... ..................9 3.4. LES MODES DE FONCTIONNEMENT SUPPLEMENTAIRES D ’UN POINT D ’ACCES ............................................................10 3.5. FONCTIONNEMENT EN PONT .....................................................................................................................................11 3.5.1.  Exemple de configuration d’un pont point à point (Netgear WG102)........................................................... ......12 3.5.2.  Exemple de configuration d’un pont multi point (Netgear WG102).............................................................. ......12 3.6. FONCTIONNEMENT EN REPETEUR ..............................................................................................................................13 3.7. LE ROAMING (ITINERANCE).......................................................................................................................................14 3.8. FONCTIONNEMENT MULTI MODE ...............................................................................................................................14 3.9. LOAD BALANCING .....................................................................................................................................................15

4.

ASSOCIATION D’UNE D’UNE STATION STATION AU POINT D’ACCES ......................................................... ..........................15

4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

5.

LES TRAMES BEACON ...............................................................................................................................................15 PROCESSUS DE DETECTION DES RESEAUX PAR LA STATION .......................................................................................16 PROCESSUS D’AUTHENTIFICATION ............................................................................................................................16 REASSOCIATION ...........................................................................................................16 PROCESSUS D’ASSOCIATION / REASSOCIATION

MATERIELS...............................................................................................................................................................17

5.1. CARTE RESEAUX .......................................................................................................................................................17 5.2. POINT D'ACCES ..........................................................................................................................................................18 5.3. PONTS .......................................................................................................................................................................18 5.4. LES ROUTEURS ..........................................................................................................................................................19 5.5. SERVEURS D'IMPRESSION SANS FIL ............................................................................................................................19 5.6. CONTROLEUR WLAN .......................................................... ........................................................... ..........................19 5.7. MATERIELS POE (IEEE 802.3AF)..............................................................................................................................20 5.8. ANTENNES ................................................................................................................................................................20 5.8.1.  Le gain....... ........................................................... ........................................................... ....................................20 5.8.2.  Directivité et diagramme de rayonnement .................................................................................................... ......20

6.

CONFIGURATION RESEAU D’UN POINT D’ACCES........................................................................................22

6.1. 6.2. 6.3. 6.4.

7.

PARAMETRES LAN .................................................... ........................................................... ....................................22 PARAMETRES WIRELESS ...........................................................................................................................................22 CONFIGURATION AVANCEE – PERFORMANCE ............................................................................................................23 CONFIGURATION AVANCE DU WIFI ......................................................... ........................................................... ......23

CONFIGURATION DE LA SECURITE DES DONNEES.....................................................................................24

7.1. 7.2.

SECURISATION DU POINT D’ACCES............................................................................................................................24 FILTRAGE DES ADRESSES MAC ..................................................... ........................................................... ................24

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DEFINITIONS ................................................... ........................................................... ................................................4

1.1. INTRODUCTION ...........................................................................................................................................................4 1.1.1. WPAN (Wireless Personal Area Network) Network) ................................................... ......................................................... 4 1.1.2. WLAN (Wireless Local Area Network)..................................................................................................................4 1.1.3. WMAN (Wireless Metropolitain Area Network)....................................................................................................4 1.1.4. WWAN (Wireless Wide Area Network)..................................................................................................................4

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LE WIFI.........................................................................................................................................................................5

2.1. INTRODUCTION ...........................................................................................................................................................5 2.2. LES NORMES ET STANDARD .........................................................................................................................................6 2.2.1. Qui normalise le sans fil ?.....................................................................................................................................6  2.2.2.  Les normes IEEE .................................................. ........................................................... ......................................6  2.2.3. Tableau comparatif ...............................................................................................................................................8 

3.

DIFFERENTS MODES DE FONCTIONNEMENT D’UN RESEAU SANS FIL...................................................9

3.1. INTRODUCTION ...........................................................................................................................................................9 3.2. LE MODE "AD HOC".....................................................................................................................................................9 3.3. LE MODE "INFRASTRUCTURE " ........................................................ ........................................................... ..................9 3.4. LES MODES DE FONCTIONNEMENT SUPPLEMENTAIRES D ’UN POINT D ’ACCES ............................................................10 3.5. FONCTIONNEMENT EN PONT .....................................................................................................................................11 3.5.1.  Exemple de configuration d’un pont point à point (Netgear WG102)........................................................... ......12 3.5.2.  Exemple de configuration d’un pont multi point (Netgear WG102).............................................................. ......12 3.6. FONCTIONNEMENT EN REPETEUR ..............................................................................................................................13 3.7. LE ROAMING (ITINERANCE).......................................................................................................................................14 3.8. FONCTIONNEMENT MULTI MODE ...............................................................................................................................14 3.9. LOAD BALANCING .....................................................................................................................................................15

4.

ASSOCIATION D’UNE D’UNE STATION STATION AU POINT D’ACCES ......................................................... ..........................15

4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

5.

LES TRAMES BEACON ...............................................................................................................................................15 PROCESSUS DE DETECTION DES RESEAUX PAR LA STATION .......................................................................................16 PROCESSUS D’AUTHENTIFICATION ............................................................................................................................16 REASSOCIATION ...........................................................................................................16 PROCESSUS D’ASSOCIATION / REASSOCIATION

MATERIELS...............................................................................................................................................................17

5.1. CARTE RESEAUX .......................................................................................................................................................17 5.2. POINT D'ACCES ..........................................................................................................................................................18 5.3. PONTS .......................................................................................................................................................................18 5.4. LES ROUTEURS ..........................................................................................................................................................19 5.5. SERVEURS D'IMPRESSION SANS FIL ............................................................................................................................19 5.6. CONTROLEUR WLAN .......................................................... ........................................................... ..........................19 5.7. MATERIELS POE (IEEE 802.3AF)..............................................................................................................................20 5.8. ANTENNES ................................................................................................................................................................20 5.8.1.  Le gain....... ........................................................... ........................................................... ....................................20 5.8.2.  Directivité et diagramme de rayonnement .................................................................................................... ......20

6.

CONFIGURATION RESEAU D’UN POINT D’ACCES........................................................................................22

6.1. 6.2. 6.3. 6.4.

7.

PARAMETRES LAN .................................................... ........................................................... ....................................22 PARAMETRES WIRELESS ...........................................................................................................................................22 CONFIGURATION AVANCEE – PERFORMANCE ............................................................................................................23 CONFIGURATION AVANCE DU WIFI ......................................................... ........................................................... ......23

CONFIGURATION DE LA SECURITE DES DONNEES.....................................................................................24

7.1. 7.2.

SECURISATION DU POINT D’ACCES............................................................................................................................24 FILTRAGE DES ADRESSES MAC ..................................................... ........................................................... ................24

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7.3. PROTOCOLES DE SECURITE ........................................................................................................................................25 7.3.1. WEP (Wired Equivalent Privacy)........................................................................................................................25 7.3.2. WPA (Wi-Fi Protected Access)............................................................................................................................26  7.3.3. WPA2...................................................................................................................................................................26  7.4. MULTI SSID ET VLAN ........................................................ ........................................................... ..........................27 7.5. CONCLUSION.............................................................................................................................................................27

8.

FONCTIONNEMENT DES COUCHES BASES DU 802.11................. ........................................................... ......28

8.1. LES ONDES RADIO ET LE SPECTRE ELECTROMAGNETIQUE .........................................................................................28 8.2. LES BANDES DE FREQUENCES UTILISEES PAR LE WIFI .......................................................... ....................................29 8.3. PROBLEME DE CHEVAUCHEMENT DES CANAUX .........................................................................................................30 8.4. PROPAGATION DES ONDES RADIO ..............................................................................................................................30 8.4.1.  Rapport signal/bruit et atténuation ................................................................................. ....................................30 8.4.2.  Reflexion, réfraction ....................................................... ........................................................... ..........................31 8.4.3.  La diffraction ........................................................ ........................................................... ....................................31 8.4.4. Problème de chemins multiples .......................................................... ........................................................... ......31 8.5. COUCHE PHYSIQUE DE LA NORME 802.11 .......................................................... ....................................................... 31 8.6. LA PORTEE ET LES DEBITS .........................................................................................................................................32 8.7. COUCHE LIAISON DE LA NORME 802.11 ................................................... ........................................................... ......32 8.7.1. Principe de fonctionnement du mode DCF (CSMA/CA) ........................................................... ..........................33 8.7.2. Protocole RTS/CTS..............................................................................................................................................34 8.7.3.  Intégrité des données et fragmentation................................................................... .............................................34

9.

BIBLIOGRAPHIE : .................................................... ........................................................... ....................................35

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1. Définitions 1.1. Introduction Un réseau sans fil (wireless network) est un réseau dans lequel les machines ne sont pas raccordées entre elles par un média physique (câble en cuivre ou fibre optique) mais où la transmission des données se fait via des ondes hertziennes (radio, infrarouge). Les réseaux sans fil sont classés en fonction de leur domaine d’application, on distingue quatre grandes familles, voir tableau ci-dessous :

Normes

WPAN Bluetooth 802.15.1

WLAN Wireless 802.11

WMAN Wimax 802.16

WWAN GSM, CDMA, Satellite

Logo Vitesse

< 1Mbits/S

11 à 300 Mbits/S

10 à 100+ Mbits/S

Portée

Courte Poste à poste Périphérique à périphérique

Moyenne Réseau d’entreprise

Moyenne - longue Accès à la boucle local. Hot spots.

Applications

10 Kbits/S à 2 Mbits/S longue Téléphonie mobile GPS

1.1.1. WPAN (Wireless Personal Area Network) La principale technologie WPAN est la technologie  Bluetooth, lancée par Ericsson en 1994, elle a un débit théorique de 1 Mbps pour une portée maximale d'une trentaine de mètres. Le Bluetooth, connu aussi sous le nom IEEE 802.15.1 est très peu gourmand en énergie, il permet le remplacement des câbles de raccordement entre ordinateurs et périphériques, tels : les imprimantes, les scanners, les claviers, les souris, les téléphones portables, les PDA, les kits mains libres, etc..

1.1.2. WLAN (Wireless Local Area Network) Le Wifi (ou IEEE 802.11) permet de créer un réseau local d'entreprise, soit une portée d'environ une centaine de mètres, il offre des débits allant jusqu'à 248 Mbps. C’est ce type de réseau qui sera développé dans ce document.

1.1.3. WMAN (Wireless Metropolitain Area Network) Le réseau métropolitain sans fil est connu sous le nom de Boucle Locale Radio (BLR). Les WMAN sont basés sur la norme IEEE 802.16. La boucle locale radio offre un débit utile de 1 à 10 Mbit/s pour une portée de 4 à 10 kilomètres, ce qui destine principalement cette technologie aux opérateurs de télécommunication. La norme la plus connue est le WiMAX qui permet d'obtenir des débits de l'ordre de 70 Mbit/s sur un rayon de plusieurs kilomètres.

1.1.4. WWAN (Wireless Wide Area Network) Le réseau étendu sans fil est également connu sous le nom de réseau cellulaire mobile. Il s'agit des réseaux sans fil les plus répandus puisque tous les téléphones mobiles sont connectés à un réseau étendu sans fil. Les principales technologies de téléphonie mobile sont les suivantes : ème génération • GSM (Global System for Mobile) : téléphonie mobile de 2 • GPRS (General Packet Radio Service) : Le standard GPRS utilise l'architecture du réseau GSM pour le transport de la voix, et propose d'accéder à des réseaux de données (notamment internet) utilisant le protocole IP. • UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) : est l'une des technologies de téléphonie mobile de troisième génération (visiophonie).

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2. Le WiFI 2.1. Introduction Le WIFI est un réseau local de type Ethernet à accès sans fil qui permet d'obtenir des débits pouvant atteindre plusieurs dizaines de mégabits par seconde (Mbit/s) dans une bande de fréquences de 2,4 Ghz (802.11b et 802.11g) ou 5 GHz (802.11a). On parle aussi de "Ethernet sans fil" ou "d'Ethernet Radio" et de " RLAN". Le Wi-Fi, historiquement développé dans les entrepôts d'entreprises pour l'enregistrement automatisé des produits a aujourd'hui acquis un usage domestique. Mais aussi, des opérateurs commencent à irriguer des zones à fortes concentration d'utilisateurs en installant des bornes WiFi dans les lieux publics (gares, aéroports, hotels, trains, ...), permettant à chacun d'accéder à Internet même lors de déplacements. Ces points d'accès publics sans fil sont appelées "hotspots" (payants ou gratuits). En outre, la technologie des réseaux sans fil peut être utilisée pour interconnecter des réseaux locaux situés dans des bâtiments distants, éliminant les coûts de pose de câble. Avec des débits théoriques atteignant 11, 22, 54 Mbits/s, 300 Mbits/s (802.11n draft2) et même 600Mbits (802.11n quadri bande), les réseaux sans fil sont une excellente alternative aux réseaux Ethernet filaires. Leur mise en œuvre en entreprise nécessite, toutefois, une étude préalable pour palier à ses principaux défauts. 

Avantages du WIFI : • Mobilité. • Facilité d'installation et souplesse d'utilisation. • Ne nécessite pas un gros investissement. • Evolutif.



Inconvénients du WiFi : • Difficulté de contrôler la propagation du signal, d’où des risques d’intrusion dans le réseau local si la sécurité n’a pas été optimisée. • Chute rapide des débits en fonction de la distance. • Qualité et continuité du signal n’ont garanties du fait des problèmes provenant des interférences dû au matériel et aux obstacles rencontrés (murs, vitres teintées, étages,...). La mise en place d'un réseau sans fil au sein d'une entreprise nécessite une étude préalable au niveau radio, il faut prévoir les éventuelles perturbations radio afin de positionner les points d'accès et antennes de manière optimale. Cette étude doit définir l'organisation des canaux radio afin qu'il n'y ait pas de superposition de signaux, ainsi que le nombre de points d'accès en fonction du nombre de PC susceptibles de s'y connecter. • Portée réduite. • Une réglementation sur l’utilisation des ondes radio qui doit être respectée, en particulier les puissances d’émission.

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2.2. Les normes et standard 2.2.1. Qui normalise le sans fil ? •

•

•

IEEE Institute of Electrical and Electonics Engineeers : L’IEEE est une organisation à but non lucratif qui a pour objet de promouvoir la connaissance dans le domaine de l’ingénierie électrique (électricité et électronique). C’est elle qui, entre autre, établie les normes des couches bases du modèle OSI (802.3 ethernet, 802.11 wifi, 802.16 Wimax, etc.) ETSI European Telecommunications Standards Institute : L'ETSI est responsable de la normalisation des Technologies de l'information et de la communication (ICT) pour l'Europe en coopération avec le CEN et le CENELEC qui sont les instances Européennes représentant l'ISO et la CEI. WIFI alliance Wireless Ethernet Compatibility Alliance : C’est un organisme fondé en 99 qui regroupe les principaux acteurs du marché du sans fil, il a pour but de garantir la compatibilité des produits conforme à la norme IEEE 802.11. C’est produits portent le label Wi-Fi CERTIFIED™

2.2.2. Les normes IEEE La norme 802.11 définit les couches basses du modèle OSI. Pour le sans fil, le standard IEEE 802.11 d'origine a défini 3 types de couches physiques. Deux types utilisent les ondes radio et le troisième type utilise le signal infrarouge. De nouvelles techniques ont, depuis, été rajoutées et normalisées : 802.11b, 802.11a, 802.11g, voir le tableau ci-dessous. Normalisé IEEE Date Bande de fréquence Débit max théorique Débit effectif (distance de 2 à 18 mètres) Distance max (interieur/  extérieur) Largeur des Canaux Nombres de Canaux Nombres de Canaux (non recouvrant) Compatibilité Modulation

802.11b oui 1999

802.11a oui 1999

802.11g oui 2003

2.4 Ghz

5 Ghz

2.4 Ghz

11 Mbits/S

54 Mbits/S

54 Mbits/S

802.11n Non (draft 2.0) Prévu en 2009 Bi-bande 2.4 et 1 5 Ghz 300 Mbits/S

4 à 6 Mbits/S

4 à 30 Mbits/S

4 à 26 Mbits/S

100 Mbits/S

40/140 m

30/120 m

40/140 m

70/250 m

20 Mhz 13

20 Mhz 19

20 Mhz 13

20 ou 40 Mhz 3 13 ou 19

3

8

3

1 ou 8

aucune DSSS

aucune OFDM

802.11b DSSS ou OFDM

802.11g MIMO- OFDM

4

1

La plupart des produits802.11N draft 2 exploitent seulement la bande des 2.4 Ghz 20 si fonctionnement 802.11B u 802.11G et 40 si fonctionnement en 802.11N 3 13 canaux dans la bande des 2.4 Ghz et 18 canaux dans la bande des 5 Ghz 4 1 si fonctionnement dans la bande des 2.4 Ghz et 8 si fonctionnement dans la bande des 5 Ghz 2

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Standard IEEE 802.11b (1999) Utilise une onde porteuse située dans la bande des fréquences de 2,4 GHz (2.400-2.4835 GHz). Le débit théorique est de 11 Mb/s (6 Mb/s réel). Des replis sont possibles à 5.5, 2 et 1 Mb/s, pour agrandir la distance ou permettre une communication dans des environnements très perturbés.



Standard IEEE 802.11a (1999) Utilise une onde porteuse dans la bande des fréquences de 5 GHz (5.150-5.250 GHz). Le débit théorique maximum est de 54 Mb/s (30 Mb/s réels), les replis sont à 48, 36, 24, 18, 12, 9 et 6Mb/s. Les antennes 802.11a sont incompatibles avec celles 802.11b.



Standard IEEE 802.11g (2003) Comme le 802.11b cette technique exploite la bande des 2,4 Ghz. Le débit théorique est au maximum de 54 Mb/s, (de 26 Mb/s réels), les replis sont les mêmes que pour le 802.11a. Le 802.11g est compatible avec le 802.11b, un poste équipé en 802.11g peut communiquer avec un poste en 802.11b, mais à la vitesse la plus faible. Par exemple, si un client 802.11b se connecte sur un point d’accès configuré en mode mixte, tous les clients 802.1g verront leur débit chuter. C’est la norme la plus utilisée actuellement.

•

•

•

Standard IEEE 802.1n (2007 draft 2 – normalisation 2009/2010) Cette technique nécessite plusieurs antennes et utilise les bandes 2,4 Ghz ou 5 Ghz. Différentes techniques, comme le regroupement de canaux (MIMO) et l’agrégation de paquet, permettent d’atteindre un débit théorique de 600 Mb/s (quadri bande), actuellement limité à 300 Mb/s (dual bande), (draft 2). Ce standard est rétro-compatible avec les normes 802.11 a, b et g ce qui permet la cohabitation avec des équipements existant. La possibilité de fonctionner dans la plage des 5 Ghz apporte de nombreux avantages : • Bande moins saturée que la bande des 2.4 Ghz, donc moins d’interférences. • 23 canaux non superposés contre 3 dans la bande de 23.4 Ghz. • Possibilité d’utiliser les 2 plages simultanément. Super G Il permet un taux de transmission brut de 108 Mb/s. Ce n’est pas une norme et il n’est pas garanti que des cartes de constructeurs différents puissent fonctionner entre elles. Super G est compatible avec les réseaux 802.11b et g. 802.11g+ Certains constructeurs, comme ZyXEL, proposent ce mode de fonctionnement qui offre un taux de transmission brut de 125 Mbps au maximum, il est compatible avec les réseaux 802.11b et g.

Autres normes : •

•

Standard IEEE 802.11f (2003) (Itinérance - roaming) Contrairement au réseau sans fil des téléphones portables où dès le début le roaming été implanté, la norme 802.1l initiale n’a pas prévu ce type de fonctionnalité. Certains constructeurs ont mis en place le roaming via des solutions propriétaires. La première s'est appelée IAPP pour Inter Access Point Protocol, l’IEEE c’est inspiré de ce protocole pour définir le standard 802.11f qui devait permette le roaming entre des points d’accès de différents constructeurs. Le désintérêt des constructeurs qui ont continués à développer leur propres techniques à contraint l’IEEE à retirer cette norme en 2006. Standard IEEE 802.3af (2003) Le Power over Ethernet (ou PoE) permet d’alimenter (jusqu'à 12 W de puissance voire plus) des périphériques via le câble réseau. Pour cela, on utilise une paire de fils inutilisés sur les 4 que contient un câble UTP ou STP. L'intérêt est de pouvoir installer des appareils tels Webcam, point d’accès, téléphone IP dans des endroits qui sont dépourvus de prise électrique.

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Standard IEEE 802.11i (2004) Egalement nommé WPA2, cette extension améliore la sécurité des transmissions en offrant de nombreuses améliorations sur la gestion des clés, le chiffrement et l’authentification. L’AES (Advanced Encryption Standard) est utilisé pour le cryptage des données, des méthodes d’authentification plus robustes, basées sur le 802.1x (authentification via un serveur Radius) peuvent être mise en œuvre. Standard IEEE 802.11e (2005) Amélioration de la qualité de service (QoS). Les protocoles 802.11 a, b ou g permettent d'adapter automatiquement le débit en fonction des conditions d'émission-réception, cette flexibilité a une contrepartie : l'impossibilité de garantir un niveau de service pour transmettre, par exemple, des données sensibles comme la voix ou la vidéo. C'est à cette problématique de qualité de service qu'entend répondre le protocole 802.11e Standard IEEE 802.11r (2008) Développé pour la VoIP via le WIFI. Avec cette technique il sera possible d’établir du roaming entre différents points d’accès WIFI, par exemple un utilisateur pourra passer d’un étage à l’autre sans qu’une conversation avec un interlocuteur ne soit interrompue. Les précédentes techniques mettaient 100 millisecondes pour passer d'un point d'accès à un autre, le WIFI « r » ne mettra que 50 millisecondes, ce qui est la limite de temps perceptible par l'oreille humaine.

2.2.3. Tableau comparatif  Le tableau ci-dessous permet de voir pour quel type d’utilisation les normes IEEE sont le plus adaptées Idéal pour

802.11 b

802.11 g

802.11 n

Le partage d'une connexion Internet haut débit







Le partage de fichiers et d'imprimantes de base







La transmission de fichiers audio







La transmission d'images fixes







Les jeux multijoueur sur Internet







Les appels téléphoniques sur Internet (VoIP)



1



La transmission de fichiers vidéo ou de séquences vidéo



1



L'utilisation d'Internet ou le partage de fichiers intensif par plusieurs utilisateurs



Les jeux multijoueur sur un réseau privé sans fil



Les environnements sans fil congestionnés (entassement de plusieurs réseaux sans fil ou périphériques 2,4 Ghz créant des interférences)



Maisons ou bureaux de grande superficie



Utilisation professionnelle intensive avec plusieurs utilisateurs



Vidéo en temps réel à haute définition



1 Avec qualité de service

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3. Différents modes de fonctionnement d’un réseau sans fil 3.1. Introduction Un réseau wifi est fondé sur une architecture cellulaire, mais la connexion au réseau ce fait de 2 façons différentes : • Sans Point d’accès (mode ad hoc) • Avec Point d’accès (mode infrastructure)

3.2. Le mode "ad hoc". Ce mode est aussi appelé "point à point" ou "ensemble de services de base indépendants" ( IBSS). Cette structure ne comporte que des ordinateurs équipés de carte réseau sans fil. Il n'y a pas de liaison avec un réseau LAN filaire ou optique. Il permet une communication entre postes dont les cellules se recouvrent. La mise en place d’un tel réseau se borne à configurer les machines en mode ad hoc (au lieu du mode Infrastructure), de sélectionner un canal et un nom de réseau (SSID) communs à tous. Actuellement, ce mode ne présente plus un grand intérêt même pour un réseau domestique, les modem/routeur des FAI peuvent tous jouer le rôle de point d’accès WIFI

3.3. Le mode "infrastructure" En mode infrastructure, chaque client se connecte au réseau à travers un point d'accès. L'ensemble formé par le point d'accès et les clients situés dans sa zone de couverture est appelé ensemble de services de base (BSS: basic service set). Chaque BSS est identifié par un BSSID, un identifiant de 48 bits (6 octets), par défaut l'adresse MAC du point d'accès. Les BSS peuvent être reliés entre eux par un DS (distribution system), ce qui forme un ensemble de service étendus (ESS: extended service set). Cet ensemble de services étendu est identifié par un ESSID (ESS identifier), très souvent appelé SSID (service set identifier). Le DS peut être un réseau filaire commuté ou un réseau sans-fil. Tous les points d'accès émettent cycliquement des trames balises (beacon) dans lesquelles ils fournissent leur BSSID, leurs caractéristiques et éventuellement leur SSID. Pour des raisons de sécurité on peut interdire la diffusion du SSID. Chaque client qui arrive dans un BSS diffuse sur chaque canal une requête de sondage (probe request) contenant le SSID pour lequel il est configuré.

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ESS

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La configuration du mode de fonctionnement coté station (XP) se fait via  Propriété de la connexion  réseau  Onglet Avancé Mode "Ad hoc" et mode "infrastructure"

Mode "Infrastructure".

Mode "Ad hoc"

3.4. Les modes de fonctionnement supplémentaires d’un point d’accès Les points d’accès proposent pour la plupart des modes de fonctionnement supplémentaires, à titre d’exemple ci-contre le menu Avanced d’un point d’accès DLINK DWL-2200AP :

•

Pont point à point

•

Pont multipoint

•

Répéteur

Autre exemple : DLINK 2100AP

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3.5. Fonctionnement en Pont Certains points d’accès offrent des fonctions de pont "bridge", les fabricants parlent aussi de WDS (Wireless Distribution Service). Les ponts permettent de faire communiquer entre eux deux ou plusieurs réseaux filaires via une liaison sans fil.

LAN 3 Pont multi point : interconnexion de 3 réseaux filaires via des ponts WIFI

WLAN 3

AP3 (client) WLAN 1

WLAN 2

AP1 (Root)

AP2 (client)

  2   N   A   L

  1   N   A   L

Pont point à point : Les 2 points d’accès sont configurés de façon à accepter des clients WIFI

AP4 WLAN 4

AP5 WLAN 5 Exemple d’utilisation de la fonction pont

Note : Pour des ponts qui connectent 2 bâtiments il faudra choisir des antennes spécifiques de type directionnelles. Note : Ce type de pont ne peut être utilisé que pour relier quelques machines, la bande passante d’un réseau WIFI est relativement faible (54 Mb/s à comparer avec les 100 Mb d’un réseau filaire)

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3.5.1. Exemple de configuration d’un pont point à point (Netgear WG102) Interconnexion de 2 réseaux filaires via un pont WIFI, voir ci-dessous (source Netgear)

Exemple netgear WG 102 Ci-dessous configuration du premier WG102 Cocher l'option Enable Wireless Bridging and Repeating. Configurer le mode Wireless Point-to- Point Bridge.

Configurer l'adresse MAC du second WG102

Note : Les 2 WG102 doivent être configurés avec le même nom SSID le même canal. 3.5.2. Exemple de configuration d’un pont multi point (Netgear WG102) Interconnexion de 3 réseaux filaires via un pont WIFI, voir ci-dessous (source Netgear)

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Ci-dessous la configuration du second WG102

Cocher l'option Enable Wireless Bridging and Repeating.

Configurer le mode Wireless Point to Multi-Point Bridge.

Indiquer les adresses MAC du premier et du troisième WG102

Note : Il faut configurer le premier et le troisième point d’accès en mode Wireless Point-to-Point Bridge. Tous les WG102 doivent être configurés avec le même nom SSID et le même canal. 3.6. Fonctionnement en répéteur

On utilise ce mode de fonctionnement lorsqu’un ou plusieurs périphériques ou stations WIFI sont hors de portée. Comme un répéteur filaire le répéteur amplifie le signal et le transmet au point d’accès. Dans la figure ci-contre 2 portables sont rattachés au réseau via 1 répéteur, AP3 doit être configuré en mode répéteur.

Notes : Cette configuration nécessite un recouvrement de 50% entre le point d'accès relié au backbone et le répéteur. L'association client est assignée au point d'accès racine/réseau câblé (AP1) et non avec le point d'accès qui agit comme un répéteur (AP3). Il est préférable d’utiliser des matériels de même marque pour avoir un fonctionnement optimum.

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LAN 1 AP1 Mode point d’accès

AP3 Mode répéteur

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3.7. Le roaming (itinérance) Pour des réseaux où les utilisateurs doivent se déplacer certains points d’accès permettent la prise en charge du "roaming" ou "handover". Le roaming représente l'action qui consiste pour une station à changer de point d'accès (AP) sans perdre sa connectivité réseau . La plupart des fabricants de point d’accès offre cette fonctionnalité sur des points d’accès de leur gamme en utilisant des techniques propriétaires. L’IEEE a proposé en 2003 une spécification, le 802.11f, dont le but était de normaliser la prise en charge du roaming, ce fut un échec, à tel point qu’elle a été abandonnée en 2006 par l’IEEE. La raison principale, sa lenteur qui ne permet pas de mettre en œuvre des applications telles la VoIP. Une nouvelle norme le 802.11r est apparue récemment

La prise en charge de la mobilité nécessite une superposition d’au moins 15 % des 2 cellules

Principe de fonctionnement du 802.1f : •

• •

•

•

Le client envoie une requête pour une association et reçoit immédiatement une réponse de tous les points d'accès qui sont à l'intérieur de la zone de couverture. Le client s’associe avec le point d’accès qui possède la meilleure qualité de signal. Lors de l’association, l'adresse MAC du client est mise en cache dans le point d'accès sélectionné. Si la réception du signal se dégrade, le client se connectera à un autre point d'accès. Si aucun autre point d'accès n'est disponible, le client essaiera de maintenir la connexion en diminuant le débit de transmission des données. Lorsque le client se connecte à un autre point d'accès, son adresse MAC est récupérée dans le cache du nouveau point d'accès, celui émet une trame de diffusion indiquant que le client d’adresse MAC = xxxxxxxx c’est connecté sur lui. Le point d'accès d'origine transmet alors les données qu'il a en sa possession vers l'autre point d'accès, lequel répond en envoyant ces données au client. Le transfert des données entre points d’accès utilise des paquets multicasts, sur le port 3517 (UDP ou TCP).

3.8. Fonctionnement multi mode Avec ce type de matériel on peut configurer par exemple un pont en 802.11a et un point d’accès en 802.11g

Mac pont distant

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3.9. Load balancing Si le nombre d’utilisateurs qui doivent se raccorder au réseau via le sans fil est trop important, certains points d’accès permettent de mettre en œuvre une fonction d’équilibre de charge. Dans ce cas, plusieurs points d’accès sont installés dans le local avec le même SSID mais avec des canaux non recouvrant (par exemple : 1,6, 11). Nombre d’utilisateur à partir duquel la fonction est mise en œuvre

4. Association d’une station au point d’accès L’une des principales étapes du processus 802.11 est celle qui consiste à découvrir un réseau local sans fil et ensuite à s’y connecter. Les principales composantes de ce processus sont les suivantes : • Trames balises (Beacon) - Trames utilisées par le réseau local sans fil pour annoncer sa présence. •  Analyseurs - Trames utilisées par les clients des réseaux locaux sans fil pour trouver leur réseau. •  Authentification - Processus correspondant à un objet représentatif de la norme 802.11 d’origine mais qui reste exigé par la norme. •  Association - Processus visant à établir une liaison de données entre un point d’accès et un client de réseau local sans fil.

4.1. Les trames Beacon Les trames Beacon permettent aux stations déjà connectées de se synchroniser sur le point d’accès et aux stations qui désirent se connecter de connaître les paramètres utilisés par l’AP : • BSSID (adresse MAC de l’AP), • débit utilisé sur le réseau, • SSID (nom du réseau) si l’option SSID Broadcast est activée, • type de sécurité mis en œuvre, • des informations complémentaires implémentées par les constructeurs (disponibilité, charge, etc.).

Le point d’accès émet périodiquement une trame Beacon

Les clients captent la trame

Coté client dans les Propriétés connexion réseaux sans fil

Liste des réseaux disponibles

Liste des réseaux sélectionnés avec possibilité de modifier l'ordre de préférence

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4.2. Processus de détection des réseaux par la station Deux cas sont possibles : la station connaît (active) ou ne connaît pas (passive) le nom du réseau (SSID) auquel elle veut se connecter. 

Détection passive : La station écoute sur tous les canaux et attend la réception d’une trame de balise, elle détecte ainsi, sans envoyer aucune trame, les réseaux Wi-Fi qui sont à sa portée. L’utilisateur n’a plus qu’à choisir celui sur lequel il veut se connecter. Dans ce mode de détection, tous les réseaux organisés autour d’un AP qui envoient le SSID dans leurs trames balises sont affichés.



Détection active :

Une station qui veut se connecter à un réseau dont elle connaît le SSID va envoyer des trames de "sondage" sur tous les canaux possibles. Ces trames contiennent le nom du réseau (SSID) et les débits auxquels elle peut fonctionner. L’AP ayant le SSID correspondant lui répond alors par une trame Requête d’analyse "probe response". Le dialogue peut alors se poursuivre. La détection active reste Réponse à la requête opérationnelle même si l’AP ne diffuse pas son SSID. 4.3. Processus d’authentification Une fois le réseau détecté et l’AP contacté, deux cas sont possibles : • le réseau n’est pas sécurisé par une clé (WEP ou WPA) : on parle d’authentification ouverte; aucune authentification n’est demandée à la station par l’AP pour joindre le réseau; • le réseau est sécurisé par une clé : on parle d’authentification à clé partagée (Pre-Shared Key, PSK) car la clé doit être renseignée sur l’AP et sur toutes les stations Demande d’authentification : du réseau. L’AP envoie à la station qui veut Type (ouverte ou clé) s’authentifier un défi ou challenge, un nombre Clé (si le type est clé) aléatoire de 128 bits que la station doit crypter Réponse à la requête : avec sa clé et renvoyer à l’AP. Le point d’accès Réussite ou Echec central peut alors vérifier que le résultat est juste en décryptant le message avec sa clé et en le comparant au message initial qu’elle a émis; l’authentification est alors acceptée ou non.

4.4. Processus d’association/réassociation Une fois l’authentification réalisée, la station envoie une requête d’association à l’AP qui lui fournit un 5 identifiant d’association (AID ) et conserve ses caractéristiques en mémoire. La station fait partie du réseau, les échanges de messages peuvent commencer. Une station vérifie régulièrement la présence d’AP plus disponibles ou plus proches. Elle peut alors se dissocier de sa première AP pour se réassocier avec une AP plus intéressante. Dans ce cas, les AP s’échangent des informations sur la station et les données qui lui sont destinées. Ce mécanisme est complètement transparent et permet de changer d’AP tout en gardant une connexion stable.

Demande d’association

- Adresse MAC du client - BSSID du point d’accès - Identificateur ESS

Réponse à la demande

- « Réussite » ou « Echec » - Identificateur d’association si l’association réussit

5

L’AID équivaut à un port de commutateur

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5. Matériels 5.1. Carte réseaux Tous les portables actuels intègrent un contrôleur WIFI, certaines cartes mères intègrent aussi en plus du contrôleur Ethernet un contrôleur WIFI. Pour les stations non équipées, il faut installer un adaptateur de réseau sans fil, on trouve différents types d’adaptateurs. Voici quelques exemples : 

Les cartes PCMCIA Pour les portables non équipés, ces cartes sont prévues pour être utilisées dans les emplacements PCMCIA de type II. On portera son attention au moment de l'achat sur l'existence du driver compatible avec le système d'exploitation utilisé sur la station de travail.



Les cartes PCI

802.11n draft - Linksys

.

802.11 n (pci-express) dlink 



Les adaptateurs USB Ces adaptateurs présentent l'avantage de ne pas avoir à démonter le capot de l'ordinateur pour les installer. Ils sont donc très pratiques pour des installations provisoires ou temporaires. Ils ne peuvent cependant être utilisés qu'avec des systèmes d'exploitation qui reconnaissent l'USB. L'installation d'un driver est nécessaire.



Les cartes Flash Elles permettent la connexion des PDA (Assistants Personnels Digitaux) au format Compact Flash Type 1. Certains PDA intègrent directement cette fonctionnalité.

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Adaptateur client Ethernet filaire/WIFI Ce type d’adaptateur permet de transformer tout équipement équipé d’une interface réseau Ethernet (port RJ45) en matériel WIFI. Très pratique, par exemple, pour connecter une imprimante réseau non WIFI.

5.2. Point d'accès Le point d'accès est l'équipement qui permet de connecter un réseau Wireless à un réseau LAN filaire. Il comporte donc une prise RJ45 qui permet de le relier à un commutateur ou à un concentrateur. Les points d’accès actuels intègrent un serveur DHCP

5.3. Ponts Les ponts permettent de faire communiquer entre eux deux ou plusieurs réseaux sans fil. La fonction point d'accès est souvent intégrée dans ces équipements, si bien que le réseau sans fil peut aussi être connecté à un réseau LAN filaire et permet l'accès des stations au réseau sans fil.

Ce pont peut être installé en extérieur et doit être équipé d’antennes

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5.4. Les routeurs Les routeurs sont des équipements qui permettent de connecter un réseau interne Wireless d'une petite entreprise à un réseau WAN de type Internet en utilisant une liaison câble ou ADSL. Le routeur est souvent équipé d'un commutateur 10/100 Mb/s qui permet de connecter des postes non Wireless. Ils possèdent un serveur DHCP et pour certains des fonctions VPN. Le modem ADSL peut être intégré au routeur. La configuration de l'ensemble se fait en utilisant le navigateur Internet d'une station, un serveur Web étant implémenté dans le routeur.

Les "box" des FAI intègrent un modem/routeur et un point d’accès WIFI 5.5. Serveurs d'impression sans fil Ce type d'équipement permet de relier des imprimantes traditionnelles à un réseau sans fil. Les boîtiers sont équipés d'une antenne et de une ou plusieurs prises parallèles ou port USB. Ces matériels doivent être disposés à proximité d'un ou plusieurs points d'accès, routeurs sans fil, ou station sans fil. Ils supportent les modes d'interconnexion "infrastructure" ou "ad hoc". Ils sont compatibles aussi bien avec le protocole TCP/IP qu'avec IPX ou NetBeui., voire AppleTalk.

Avec un port USB

Avec trois ports USB

Interne pour imprimante HP

5.6. Contrôleur WLAN Certains constructeurs comme Cisco proposent des contrôleurs WLAN afin de centraliser la gestion des points d’accès. Ce type de matériel offre des fonctionnalités comme : 

la gestion des ressources radio, qui permet de gérer : • L’allocation dynamique des canaux • L’équilibrage de charge entre les points d’accès afin d’optimiser les performances du réseau dans les périodes de fortes activités • La détection et réparation des trous de couverture, le système essaye de corriger le problème en réglant la puissance de sortie des points d’accès. • Le contrôle dynamique de la puissance de sortie des points d’accès Voir le livre blanc Cisco pour plus de détail : Ressources_radio.pdf 



Le contrôleur gère aussi le roaming et la qualité de service facilitant la mise en place d’application temps réelles comme la VoIP et le multimédia.



Gestion centralisée de la sécurité

Si vous voulez allez plus loin : voir le document (Cisco) : Reseau_unifie.pdf  AFPA -PC

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5.7. Matériels PoE (IEEE 802.3af) Pour alimenter des points d’accès situés dans un lieu dépourvu de prise électrique cette norme permet d’alimenter l’AP via le câble réseau, deux offres : •

Switch possédant des ports PoE

•

Boîtier de raccordement (injecteur)

Commutateur non PoE

Commutateur PoE Vers le point d’accès

Connexion PoE via un switch qui implémente la norme 802.3af 

Vers le commutateur

Connexion via un injecteur PoEe

5.8. Antennes Lors de la mise en œuvre d’un réseau WIFI une attention particulière doit être portée sur la qualité de la transmission radio, il est parfois nécessaire de choisir une autre antenne que celle qui est livrée avec le matériel. Ce chapitre n’est pas un cours sur les antennes mais devrait vous permettre de comprendre et de choisir une antenne appropriée à vos besoins. Une antenne wifi se définit par les caractéristiques suivantes : • Bande de fréquences d'utilisation (2.4 Ghz pour le 802.11b et g ou 5Ghz pour le 802.11a) • Gain en émission (exprimée en dBi) • Directivité et diagramme de rayonnement • Type d'antenne (omnidirectionnelle, directionnelle, sectorielle, etc) Dimensions et forme de l'antenne wifi (patch, Yagi, parabolique) • Polarisation (horizontale et verticale) •

5.8.1. Le gain Une façon pratique de comprendre ce qu'est le gain d'une antenne, exprimé en dbi, est de faire un parallèle avec une lampe de poche. L'ampoule nue rayonne dans toutes les directions (ou presque), le flux lumineux est le même quelque soit la direction. Si on place un réflecteur derrière cette ampoule, les rayons lumineux vont être concentrés vers une direction privilégiée. La puissance dissipée est la même mais l'éclairement dans l'axe du réflecteur sera plus élevé au détriment des autres directions, en particulier de l'arrière du réflecteur. Pour les antennes, un phénomène identique se produit, le fait de concentrer l'énergie rayonnée dans une ou plusieurs directions privilégiées a le même effet qu'une augmentation de la puissance émise. Pour matérialiser, ce phénomène, les fabricants d’antenne expriment généralement le gain d'une antenne en dBI (décibel isotrope). Une antenne isotrope est un modèle théorique qui rayonnerait de façon homogène dans toutes les directions, son gain est de 1, soit 0 dBi. Ce gain permet de mesurer la capacité d’une antenne à concentrer les ondes radio dans une direction donnée. Plus le signal est concentré dans un faisceau étroit, plus le gain de l’antenne sera fort, et inversement, par exemple : - une antenne directionnelle ayant un gain de 20 dBi aura un faisceau d’antenne très concentré; - une antenne omnidirectionnelle, qui si elle était parfaite ne devrait pas avoir de gain, apporte tout de même un gain, 2 à 3 dBi, situé sur l’horizontale, là où la sphère de rayonnement est aplatie. 5.8.2. Directivité et diagramme de rayonnement Afin d’atténuer le phénomène d’affaiblissement on cherchera à concentrer l’énergie émise par l’antenne, c’est la directivité. Une antenne isotrope n’existe pas, dans la pratique, l’énergie rayonnée par les antennes est répartie inégalement dans l’espace, certaines directions sont privilégiées : ce sont les lobes de rayonnement . Le diagramme de rayonnement permet de visualiser ces lobes dans le plan horizontal et vertical. AFPA -PC

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Une antenne omnidirectionnelle rayonne de la même façon dans toutes les directions du plan horizontal tandis qu’une antenne directive possède un ou deux lobes nettement plus importants que les autres qu'on nomme "lobes principaux". Elle sera d'autant plus directive que le lobe le plus important sera étroit. Les figures ci-dessous représentent le diagramme de rayonnement de 3 antennes directives Zyxcel:

65 °- 9dbi

30°- 14dbi

15°- 18dbi

Tableau comparatif d’antenne (source Zyxcel) En fonction du diagramme de rayonnement de l’antenne, on distingue 3 types d’antenne : 

Les antennes omnidirectionnelles : Elles émettent dans toutes les directions, dans la pratique, ce t ype d’antenne concentre plutôt un signal fort à « l’horizontale », le rayonnement 3 D ressemble à un ballon basket écrasé. Elles sont utilisées lorsque les stations peuvent être situées n’importe où par rapport au point d’accès. En revanche, la distance maximale reste limitée en comparaison avec d’autre type d’antennes.



Les antennes directionnelles (yagi ou parabole) : Elles concentrent le signal dans une direction donnée; la concentration du signal permet d’atteindre des points d’accès plus éloignés. Ce type d’antennes est employé pour créer des liaisons point à point (pont, répéteur), où seulement deux appareils Wi-Fi sont associés.



Les antennes sectorielles (patch) : Elles se situent entre les 2 types d’antennes précédentes, elles diffusent le signal sur un grand angle (60 à180°) avec un gain souvent élevé. On les emploie lorsque la zone à couvrir est confinée (une pièce, un amphi), par exemple, pour couvrir un amphithéâtre de façon optimale, il est conseillé d'installer une antenne sectorielle avec un angle d'ouverture de 120 degrés fixée au milieu du mur latéral. Ce type d’antenne peut aussi être utilisé pour les liaisons pont de type point à multipoints. Il existe aussi des antennes de plafond.

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6. Configuration réseau d’un point d’accès Pour illustrer mes propos j’ai utilisé, la plupart du temps, des copies d’écran de matériel Dlink, les paramètres se retrouvent chez les autres constructeurs, il suffit de transposer.

Note : Dlink propose sur son site FTP : ftp://ftp.dlink.fr/ dans le dossier : Emulateur, les sites WEB de configuration de plusieurs de leurs matériels. Il peut être client DHCP

6.1. Paramètres LAN Les points d’accès intègrent, pour la plupart, un serveur WEB via lequel ils peuvent être administrés, ce qui nécessite une adresse IP.

Note : Un point d’accès est un dispositif de niveau 2, pas de confusion ce n’est pas un dispositif  de niveau 3, l’adresse IP ne sert qu’à l’administrer. Dans l’exemple ci-contre l’erreur serait de mettre comme passerelle par défaut de la station sans fil l’adresse du point d’accès, cela paraît évident mais il n’y a qu’à voir certains forums sur Internet pour s’apercevoir qu’elle est courante.

192.168.1.1

192.168.1.254 192.168.1.10 Passerelle par défaut 192.168.1.1

6.2. Paramètres Wireless

Sélection du mode de fonctionnement, voir chapitre 3 Définition du SSID Sélection du canal, par défaut c’est le canal 6 qui est activé, on peut choisir un autre canal, surtout s’il y a déjà un point d’accès à proximité qui l’utilise

Paramètres de sécurité, voir chapitre 7

WMM (WI-FI Multimédia), offre une fonctionnalité de qualité de service pour les réseaux sans fil en attribuant un niveau de priorité au trafic provenant des différentes applications. AFPA -PC

Activation du signal radio Activation du mode super G (108 Mb/s)

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6.3. Configuration avancée – performance Notes : Ces options permettent de modifier le mode de fonctionnement de la couche liaison du WIFI, il est préférable de les laisser par défaut : Par défaut le point d’accès émet toutes les 100 millisecondes une trame Beacon

Frament Length : seuil à partir duquel la trame de données sera fragmentée RTS Length : seuil au dessous duquel le mode de fonctionnement RTS/CTS sera désactivé Transmit Power : permet de régler la puissance d’émission de l’antenne Si on active cette option, aucune connexion en 802.11b ne sera acceptée

Note : Pour plus de détail voir les chapitres 8.7.2 et 8.7.3 page 34 6.4. Configuration avancé du WIFI

Certains points d’accès sont bi-bande, ils peuvent fonctionner en 802.11g ou en 802.11a, ils possèdent 2 antennes, une pour chaque bandes de fréquence. Par défaut un canal est sélectionné : canal 6 pour le 802.11g et canal 52 pour le 802.11a

La vitesse de transmission peut être sélectionnée, Laissez Auto.

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7. Configuration de la sécurité des données Les réseaux sans fil, de part leur mode de fonctionnement, sont plus vulnérables que les réseaux traditionnels, de fait, il est difficile voir impossible d’éviter que le signal se propage au-delà des limites des locaux de l’entreprise. De même un visiteur muni d’un portable peut facilement se connecter au réseau de l’entreprise si la sécurisation n’a pas été bien conçue.

7.1. Sécurisation du Point d’accès. Plusieurs actions à réaliser avant toutes choses : • Désactiver, si possible, les méthodes d’accès non utilisées, SMTP, Telnet, … (les constructeurs proposent • Mettre à jour son firmware régulièrement des mises à jour qui apportent des solutions à des problèmes de sécurité et parfois des services nouveaux). •

Changer le mot de passe par défaut.

•

Changer le SSID par défaut,

•

•

Supprimer la diffusion du SSID Cette action ne doit pas être prise comme une méthode de sécurisation fiable , une personne mal intentionnée peut en écoutant le réseau récupérer le SSID Régler, si le point d’accès le permet , la puissance d’émission des bornes de façon à ne pas trop "inonder".

7.2. Filtrage des adresses MAC Il est possible de mettre en place un système de filtrage d'accès basé sur les adresses MAC. Seules les stations dont les adresses MAC figurent dans la liste de filtrage peuvent se connecter au point d'accès. Ce dispositif est très contraignant pour l'administrateur du réseau, car il doit les rentrer manuellement, toute nouvelle station doit être ajoutée à la liste et toute station n'existant plus doit être supprimée de la liste. De plus, cette technique est non fiable, car une écoute du trafic permet de récupérer les adresses MAC valides et de les utiliser pour se connecter (technique du MAC spoofing). Exemple de filtrage sur un point d’accès DLINK

Dans cet exemple seule les trois stations dont les adresses MAC on été définies peuvent s’associer au point d’accès

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7.3. Protocoles de sécurité La protection d'un réseau local sans fil a pour objectif de : • •

•

Permettre l'authentification des clients qui se connecte au réseau.

Garantir la confidentialité des données , ce qui nécessite un cryptage (chiffrement) du trafic du réseau sans fil. Garantir l’intégrité des données , soit s’assurer qu’aucune modification volontaire ou accidentelle n’a eu lieu entre l’émission et la réception.

7.3.1. WEP (Wired Equivalent Privacy) Le WEP est inclus dans la norme IEEE 802.11 initiale, il utilise le protocole de chiffrement RC4 pour assurer la confidentialité et un contrôle de redondance cyclique CRC-32 pour assurer l'intégrité des données, de plus la clé peut aussi servir de pseudo authentification si l’on choisit le mode "shared-key". La clé de chiffrement doit être entrée manuellement sur le ou les points d'accès ainsi que sur tous les clients du réseau sans fils. La longueur de la clé peut être de 64, 128 ou 256 bits, auxquels il faut enlever les 24 bits du "vecteur d'initialisation" propre au RC4.

Le mode Open a été sélectionné pour l’authentification, l’alternative est le mode Shared key ou la clé partagée est utilisée pour l’authentification

L’administrateur peut paramétrer 4 clés et sélectionner celle qui est utilisée à un ème instant donné, ici la 2 . Tous les clients doivent utiliser la clé sélectionnée dans le point d’accès.

Remarquer que seulement 5 octets soit 40 bits ont été entrés, 3 octets soit 24 bits sont utilisés par le vecteur d’initialisation du chiffrement RC4

Les faiblesses du WEP : • La gestion et la distribution des clés. Un administrateur devra configurer la même clé WEP sur tous les clients Wifi d'un réseau local, ce qui s’avère très lourd. Dans la pratique la clé est fournie à tous le monde et n’est pratiquement jamais changée. •

Les failles de l’algorithme RC4, en particulier le vecteur d’initialisation.

•

Lorsque l’on utilise le mode Shared key pour l’authentification, le point d’accès émet un message en clair vers le client qui le crypte en utilisant la clé WEP puis le renvoi. Le point d’accès, après décryptage, peut vérifier si le client possède la bonne clé. Les échanges nécessaires pour ce processus facilitent la tâche d’un hacker potentiel.

Note : On trouve sur Internet des programmes qui permettent de cracker une clé WEP relativement facilement.

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7.3.2. WPA (Wi-Fi Protected Access) En 2003, la Wi-Fi Alliance a mis au point un protocole de cryptage plus robuste, le WPA. Deux modes sont proposés : 

WPA-PSK (Pre Shared Key) ou WPA-Personal pour les particuliers ou les entreprises qui ne peuvent pas mettre en œuvre l’autre solution. Ce mode ne permet pas l’authentification Le WPA utilise toujours le chiffrement par flot RC4, avec une clé de 128 bits. L’amélioration majeure par rapport à WEP est le protocole TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), qui permet le changement dynamique de la clé. L’intégrité des données à elle aussi été renforcée. L’intérêt de cette norme est qu’elle est utilisable sur les bornes d'accès de première génération (de type 802.11a et 802.11b), moyennant un upgrade du firmware .

Note : Sur les points d’accès récents, on peut choisir AES à la place de TKIP. 

WPA ou WPA- EAP qui nécessite une infrastructure réseau importante avec la présence d’un serveur Radius qui permet l’authentification.

7.3.3. WPA2 WPA2 est la version de la norme IEEE 802.11i certifiée par la Wi-Fi Alliance. En particulier, WPA2 6 7 utilise le protocole CCMP qui utilise l’algorithme de cryptage AES pour chiffrer les données qui transitent entre le client et le point d’accès. Ce chiffrement qui utilise des clés de 256 ou 512 bits est très robuste et pratiquement incassable. Deux modes sont proposés : 

WPA-PSK



WPA2-EAP

Note : Windows XP SP2 ne prend pas en charge le WPA2, il faut passer au SP3 ou installer une mise à jour : http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?displaylang=fr&FamilyID=662BB74DE7C1-48D6-95EE-1459234F4483 6 7

Counter-Mode/CBC-MAC protocol Advanced Encryption Standard, plus de details http://fr.wikipedia.org/wiki/Advanced_Encryption_Standard

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7.4. Multi SSID et VLAN

Certains points d’accès offrent la fonctionnalité de multi SSID et VLAN. Cela permet de sécuriser le réseau en affectant les stations dans des VLAN distincts, lors de la connexion au réseau. Par exemple, un SSID peut être configuré pour les « invités » avec comme option : aucune sécurité et N° de VLAN 10 et un autre pour les utilisateurs de l’entreprise avec une sécurité renforcée (WPA2-PSK) et N° de VLAN 20.

SSID1 VLAN1

Mode trunk 802.1q SSID2 VLAN2

7.5. Conclusion. Avec le mode PSK le cryptage est assuré par des clés qui sont dérivées d’un secret partagé entre tous les clients et le point d’accès ce qui fait que cette méthode est non applicable dans un environnement professionnel, par contre à privilégier chez un particulier. Le mode entreprise, basé sur 802.1X et EAP, allié aux algorithmes de cryptage TKIP ou AES, offre la garantie d'une sécurité optimale, il est donc à privilégier en entreprise.

Voir le document  cwifi-sec-v2.doc pour la mise en œuvre de la sécurité pour un réseau WIFI en entreprise.

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8. Fonctionnement des couches bases du 802.11 Il est nécessaire d'avoir une culture minimum sur la propagation des ondes hertziennes afin de mettre en place une architecture réseau sans fil, et notamment de disposer les bornes d'accès de façon à obtenir une portée et un débit maximal. Pour plus de détails voir le Cursus Cisco Wireless : chapitre 3

8.1. Les ondes radio et le spectre électromagnétique Une onde électromagnétique se déplace, dans le vide, à la vitesse de la lumière, soit 300 000 kilomètres par seconde elle est caractérisée par sa longueur d'onde et sa fréquence. La lumière visible n'est qu'un cas particulier d'onde électromagnétique. Chaque type de rayonnement est caractérisé par une gamme de fréquence, c'est ce qu'on appelle le spectre électromagnétique. Les scientifiques distinguent généralement 6 gammes de longueurs d’onde :

• •

•

•

•

•

Les rayons

ɣ

: Radio activité, très nocifs.

Les rayons-X : Utilisés en médecine pour voir à travers le corps humain, ils sont un peu moins nocifs que les rayons gamma, mais restent dangereux même à faible dose. Les ultraviolets : Près de 5% de l'énergie du soleil est émise sous forme de rayonnement UV. Ce sont eux qui provoquent le bronzage mais aussi certains cancers de la peau. Le domaine visible : correspond à la partie du spectre visible par notre œil. L’infrarouge : Les infrarouges sont utilisés, entre autre, pour la communication à courte distance entre les ordinateurs et leurs périphériques. Les appareils utilisant ce type de communication sont généralement conformes aux standards publiés par l'Infrared Data Association (IrDA).

Le domaine radio : Comprise entre 9 kHz et 3 000 GHz, elles sont utilisées pour toutes les radiocommunications (radio, télévision, téléphone sans fil, radar, etc.) et sont réglementées par l'Union internationale des télécommunications (UIT). Les ondes utilisées pour les communications WIFI font parties de cette catégorie d’ondes.

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8.2. Les bandes de fréquences utilisées par le WIFI Le Wi-Fi utilise deux bandes de fréquences, la bande ISM (Industrial, Scientific and Medical), située dans les 2,4 GHz, pour 802.11b, 802.11g et 802.11n , et la bande U-NII (Unlicensed-National Information Infrastructure), située dans les 5 GHz, pour 802.11a et 802.11n.

8

Ces fréquences sont reconnues par les organismes réglementaires internationaux tels que la FCC 9 (Etats-Unis), l’ETSI (Europe) pour utilisation sans licence, ce qui signifie qu’il n’y a pas d’autorisation à demander ni d’abonnement à payer pour les utiliser si l’on respecte les puissances autorisées, voir tableau ci-dessous. La bande ISM va de 2,4 à 2,4835 GHz et se subdivise en 13 canaux en Europe, 11 en Amérique du Nord. Son utilisation est réglementée, en France, par l’ART (Autorité de régulation des télécommunications). Canaux

Fréquences (MHz)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

2402-2422 2407-2427 2412-2432 2417-2437 2422-2442 2427-2447 2432-2452 2437-2457 2442-2462 2447-2467 2452-2472 2457-2477 2462-2482

Puissance autorisée (par l’ART) Intérieur Extérieur 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 100 mW 10/100 mW 100 mW 10/100 mW 100 mW 10/100 mW 100 mW 10 mW 100 mW 10 mW 100 mW 10 mW

10 mW= 10 dBm - 100 mW = 21 dBm 8 9



Plusieurs points d’accès peuvent être installés pour couvrir une large distance ou augmenter la bande passante, mais les points d’accès dont la couverture se chevauche doivent utiliser des canaux différents.

Puissance max du signal WIFI au niveau de l’antenne .

FCC= Federal Communications Commission ETSI = European Telecommunications Standards Institute

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Pour la bande U-NII, seules les bandes 5.150 à 5.250 Ghz et 5.250 à 5350 Ghz sont autorisées en France en intérieur avec une puissance maximum de 200 mW.

8.3. Problème de chevauchement des canaux Chaque canal occupe une largeur de bande de 22 Mhz et la fréquence centrale d’un canal n’est séparée que de 5 MHz du canal suivant de sorte que 2 canaux contigus se chevauchent. Or, il y a des cas où la mise en œuvre d’un réseau sans fil nécessite plusieurs points d’accès dans un même espace, la méthode recommandée est l’utilisation de canaux non recouvrant. Par exemple, s’il existe 3 points d’accès dans 10 un même local, on peut utiliser les canaux 1, 6 et 11. S’il en existe 4, on peut utiliser les canaux 1, 5, 9 et 13 dont le recouvrement est minimal.

Canaux 1

2

3

4

5

6

5 Mhz

9 10 11 12 13

25 Mhz

25 Mhz

1

7 8

6

11

22 Mhz

2.412

2.437

2.462

Certains points d’accès sont en mesure de sélectionner automatiquement un canal en fonction de l’utilisation de canaux adjacents. D’autres produits surveillent constamment l’espace radio pour ajuster dynamiquement les paramètres des canaux en réponse aux changements intervenant dans l’environnement. Dans l’exemple ci-contre il suffit d’activer l’option : Auto Channel Scan

8.4. Propagation des ondes radio Une onde radio se propage à partir de l’antenne de l’émetteur et se diffuse dans toutes les directions les signaux émis sont captés par toutes antennes calée sur la même fréquence situées dans un périmètre (cellule) dont la taille dépend de la puissance d’émission. Le problème c’est que le signal émis subit différentes perturbations telles que : l’atténuation, la réflexion, la réfraction, la diffraction et des interférences. 8.4.1. Rapport signal/bruit et atténuation Le signal s’atténue naturellement dans l’air, au fur et à mesure qu’il s’éloigne de la source d’émission, l'atténuation est mesurée en décibel (dB). Lors de la traversé d’obstacle (mur, cloison, plafond, être humain) celui-ci absorbe une partie du signal et donc l’atténue, la valeur de l'atténuation dépend du matériau composant l'obstacle, voir tableau ci-dessous

Matériaux Air Bois sec (Porte, cloison, plancher, …) Vitre non teintée Plâtre, brique Béton (mur porteur, dalle pilier, ..) Métal (béton armé, armoire métallique, pilier,) Eau - Corps humain (90 % d’eau)

10

Affaiblissement Très faible faible faible Moyen Elevé Très élevé Moyen

Autres possibilités 2,7,12 ou 3,8,13

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Le bruit rassemble l’ensemble des ondes radio qui peuvent interférer avec le signal, si le rapport entre le signal émis et le bruit devient trop faible le signal n’est plus exploitable. Il se mesure en dB, pour 11 pouvoir fonctionner à un certain débit de données, le système aura besoin d'un rapport S/B minimum, exemple carte WIFI PCMCIA : Orinoco PCMCIA Silver/Gold: 16 dB=>11Mbps; 11 dB=>5.5 Mbps; 7 dB=>2 Mbps; 4 dB=>1 Mbps. Les sources principales de bruits sont : Un autre réseau WIFI dont la bande de transmission est la même ou voisine, • Le Bluetooth, • Pour l’anecdote les fours à micro onde. • Etc, •

8.4.2. Reflexion, réfraction Lorsqu'une onde radio rencontre un obstacle, une partie de son énergie peut être : • absorbée et transformée en énergie, • en partie réfléchie, • peut continuer à se propager en traversant l’obstacle avec changeant de direction (réfraction) ou pas.

Onde réfléchie

Paroi

Onde réfractée 100 mW

50 mW

Ces phénomènes dépendent de la nature du matériau et de son épaisseur. Par exemple une surface métallique ainsi que le béton sont plus absorbants que le verre qui est plus réfléchissant, le corps humain est tant qu’a lui très absorbant.

8.4.3. La diffraction C’est une zone d’interférence entre l’onde directe d’une source et l’onde dont la direction a été modifiée par un obstacle. Ces 2 ondes, issues de la même source, interfèrent entre elles de manière à ce que l’on se retrouve soit avec une augmentation du signal, soit avec une diminution importante du signal.

obstacle

Zone de diffraction

8.4.4. Problème de chemins multiples En plus de la diminution de la portée du signal, ces phénomènes entrainent ce que l’on appelle : chemins multiples. Pour une seule source d'émission, le récepteur va recevoir plusieurs fois la même information, plus ou moins atténuée et plus ou moins décalée dans le temps.

3       2

1

8.5. Couche physique de la norme 802.11 La couche physique de la norme 802.11 définit plusieurs techniques de transmission permettant de limiter les problèmes dus aux interférences. 12 • La technique à étalement du spectre par saut de fréquence (FHSS ), plus utilisée actuellement en WIFI, le Bluetooth l’utilise encore. 13 La technique à étalement du spectre par séquence directe (DSSS ), utilisée par le 802.11b. • La technologie infrarouge. (non utilisée pour le WIFI). • 14 La technique de multiplexage des composantes fréquentielles orthogonales OFDM , introduite • avec le 802.11a et reprise pour le 802.11g. 11

SNR (Signal to Noise Ratio) Frequency Hopping Spread Spectrum 13 Direct Sequence Spread Spectrum 12

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8.6. La portée et les débits Le débit ainsi que la portée du WLAN dépend de plusieurs facteurs, dont : • le nombre d’utilisateurs (partage du débit du point d'accès) • la puissance d'émission des matériels • la distance entre les équipements • les interférences (autres matériels travaillant dans les mêmes bandes de fréquences – Bluetooth, fours micro-ondes, téléphones DECT, ...) • la propagation du signal (chemins multiples du aux phénomènes de réflexion sur les obstacles) • la mise en œuvre ou non du cryptage Le tableau ci-dessous montre la variation de la bande passante en fonction de la distance entre le point d’accès et le récepteur, ceci pour différent milieu, débits constatés en 802.11b.

Débits en Mb/s Bureaux cloisonnés

Espace ouvert

Locaux semi-clos Distance en mètres Un équipement près du point d'accès dispose du débit maximum (11 Mbit/s), puis, lorsqu'il s'éloigne, celui-ci passe à 5,5 Mbit/s, 2 Mbit/s, et finalement 1 Mbit/s au fur et à mesure que le signal s'affaiblit et se dégrade.

8.7. Couche liaison de la norme 802.11 La couche liaison est subdivisée en 2 sous-couches : la sous-couche LLC (commune à toutes les technologies Ethernet) et la couche MAC propre à chaque technologie. La norme 802.11 définie une sous-couche MAC intégrant des mécanismes répondants aux particularités des liaisons radio. Un des rôles de la couche liaison est de contrôler l’accès et le partage du média. Sur les réseaux filaires Ethernet l’accès au média se fait par une écoute du signal et l e partage par une technique reposant sur la 15 détection des collisions, ce protocole se nomme CSMA/CD . Dans un réseau sans fil, la détection des collisions est impossible : pour détecter une collision, une station doit être capable de transmettre et d’écouter en même temps. Or, dans les systèmes radio, il ne peut y avoir transmission et écoute simultanée sur un même canal. La couche MAC 802.11 définie 2 16 méthodes d’accès : le mode DCF qui utilise un mécanisme d’évitement de collisions : le 17 18 CSMA/CA . Et le mode PCF ou c’est le point d’accès qui gère l’accès au média nous ne traiterons pas de ce mode de fonctionnement qui n’est pratiquement pas utilisé sur les points d’accès. De plus, la couche MAC 802.11 intègre des fonctionnalités liées à l’intégrité des données et de fragmentation qui sont normalement dévolues aux couches supérieures, respectivement à la couche transport (TCP) et réseau (IP).

14

Orthogonal Frequency Division Multiplexing Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection 16 Distributed Coordination Function 17 Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance 18 Point Coordination Function 15

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8.7.1. Principe de fonctionnement du mode DCF (CSMA/CA) Le principe utilisé pour l’accès au média est basé sur des temporisations prédéfinies : Une trame à transmettre

Report de transmission

DIFS PIFS SIFS

Activité canal

Temps aléatoire

Transmission

Pour illustrer le fonctionnement en mode DCF, voyons comment fonctionne un transfert entre 2 stations 1) Avant d’émettre une station écoute le canal, s’il est occupé l’émission est retardée, cas des stations B et C. Quand le support se libère, les stations, désirant émettre, attendent un temps prédéfini 19 20 appelé DIFS puis un temps aléatoire calculé par un algorithme , la station chanceuse (C) peut alors émettre. DIFS

DIFS

Station A Trame de la station A

Station B report

report

Temps aléatoire

Station C

Trame de la station B

La figure page précédente

report Trame de la station C

Temps aléatoire

montre comment le DIFS et le temps aléatoire solutionne l’accès au média lorsque plusieurs machines souhaitent transmettre dans un même laps de temps

2) La station réceptrice après avoir vérifié le CRC envoie une trame d’accusé de réception (ACK), ce qui permet à la station émettrice de savoir que tout s’est bien passé. Il y a juste un petit problème il faut pour que le système fonctionne, privilégier une trame de contrôle par rapport à une trame de données, le schéma ci-dessous montre la solution adoptée : Station source

DIFS

DIFS

Temps aléatoire

Trame

Destination

Temps aléatoire

SIFS ACK Une trame à transmettre

DIFS report

DIFS

Temps aléatoire

Trame

Autre Station

19 20

Distributed Inter Frame Space : temps d'attente avant d'émettre une nouvelle trame de données Pour la petite histoire : algorithme de Backoff 

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Le protocole définit un autre temps spécifique : le SIFS qui est plus court qu’un DIFS, ainsi une trame ACK est toujours plus prioritaire qu’une trame de données. Sur la figure ci-dessus, l’autre station qui désire transmettre ne pourra le faire qu’après que la station destinatrice ait émis l’ACK.

8.7.2. Protocole RTS/CTS Le mode DFS ne permet pas de résoudre le cas où des stations ne se "voit" pas. Prenons le cas de la figure ci-contre, 2 stations sont situées de part et d’autre d’un point d’accès de sorte que leur cellule ne se recouvre pas, dans ce cas si une station transmet une trame vers le point d’accès l’autre ne peut pas le détecter, donc elle émettra et provoquera une collision. Pour pallier à ce problème un mécanisme de réservation du canal peut être mis en œuvre, voir figure ci-dessous : Station source

DIFS

Temps aléatoire

RTS

DIFS

DONNEES

Temps aléatoire

Destination

SIFS

CTS

SIFS

SIFS

ACK

attente avant transmission (stations qui on reçu le RTS)

DIFS

DIFS

Temps aléatoire

Attente avant transmission (stations qui on reçu le CTS)

Autres Stations

La station qui désire émettre transmet une trame appelé RTS (Request To Send), cette trame contient, entre autre la durée nécessaire à la transmission des données. Le point d’accès répond en envoyant un CTS (Clear To Send), qui contient la même information de durée pour autoriser la transmission. La station peut alors émettre ses données. Parallèlement, toutes les stations qui désirent émettre ont écouté le canal et donc reçu le RTS ou pour les stations cachées le CTS, elles se mettent en attente. Le protocole RTS/CTS ajoute du trafic et augmente la charge du réseau, c’est pour cette raison qu’il est réservé pour le transfert des trames de taille importantes, un seuil est défini dans le point d’accès au dessus duquel se mécanisme est activé. Exemple : sur un point d’accès DLINK le seuil est configuré à 2346 octets, par défaut

8.7.3.Intégrité des données et fragmentation Contrairement au réseau Ethernet filaire la couche liaison 802.11 offre des mécanismes garantissant l’intégrité des données : 

21

les sommes de contrôle CRC Pour chaque trame émise un CRC est calculé et transmis avec la trame, le même calcul est effectué à la réception s’il diffère l’ACK n’est pas transmis, l’émetteur ne recevant pas d’accusé de réception réémet la trame ou bout de plusieurs essais infructueux la transmission est abandonnée.

Short Inter-Frame Spacing

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