Cours les réseaux WLAN avec infrastructure, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Topologies

Le réseau sans fil utilisant la norme 802.11 peut être déployé de deux manières différentes : Avec infrastructure ou sans infrastructure (mode Ad Hoc).

Réseaux WLAN avec Infrastructure 

Le réseau à infrastructure comprend des points d’accès ou Access Point qui gèrent l’ensemble des communications dans une même zone géographique sous la forme de cellule. Ce mode de gestion géographique ressemble un peu au modèle GSM ou UMTS. D’ailleurs il fonctionne de façon presque similaire, car les stations munies de carte WLAN peuvent se déplacer dans la zone de couverture de l’AP et effectuer un roaming entre les différents AP si la topologie le permet (chevauchement des cellules). Il faut remarquer que chaque AP possède une connexion LAN, ou un autre type de connexion lui assurant la connexion avec le réseau fixe.
Le réseau est alors formé de plusieurs BSS qui forment ensemble un unique EBSS.
Figure 2.2 : Réseau WLAN avec infrastructure

Réseau WLAN Ad Hoc 

Un réseau Ad Hoc ou encore IBSS (Independent Basic ensemble de stations possédant une carte WLAN sans la Contrairement au réseau à infrastructure, les stations dans communiquent directement entre elles.
Service Set) est un présence d’un AP. un réseau Ad Hoc
Figure 2.3: Réseau WLAN Ad Hoc

Architecture de la norme IEEE 802.11

La norme IEEE 802.11 définit les deux premières couches (basses) du modèle OSI, à savoir la couche physique et la couche liaison de données. Elle introduit des modifications sur la couche basse du niveau lien (donc niveau MAC) et sur le niveau physique avec le support de plusieurs méthodes d’accès radio (donc la définition de plusieurs couches physiques). Il est à noter que la nouvelle couche MAC est commune à toutes les couches physiques. La figure2.4 illustre l’architecture en couches de la norme IEEE 802.11.
Figure 2.4 : Description des couches IEEE 802.11
La couche physique définit la modulation des ondes radioélectriques et les caractéristiques de la signalisation pour la transmission de données, tandis que la couche liaison de données définit l’interface entre le bus de la machine et la couche physique, notamment une méthode d’accès proche de celle utilisée dans le standard Ethernet et les règles de communication entre les différentes stations.

La couche physique 

La norme IEEE 802.11 définit deux sous-couches physiques :
 PMD (Physical Media Dependant) : gère l’encodage des données et la modulation.
 PLCP (Physical Layer Convergence Procedure): s’occupe de l’écoute du support
et est directement reliée à la couche MAC pour lui signifier que le support de transmission est libre.
Figure 2.5 : Les deux sous couches physique du standard 802.11
Le standard 802.11 d’origine a défini trois couches physiques de base, FHSS, DSSS, IR, auxquelles ont été rajoutées trois nouvelles couches physiques Wifi (avec deux variantes au sein de la solution 802.11b) et Wi-Fi5 (802.11a/g).la figure suivante illustre ça :
Figure 2.6 : Les couches physique du standard 802.11

Les couches physiques de base 

• FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum): La technique FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum, en français étalement de spectre par saut de fréquence ou étalement de spectre par évasion de fréquence) consiste à découper la large bande de fréquence en un minimum de 75 canaux (hops ou sauts d’une largeur de 1MHz), puis de transmettre en utilisant une combinaison de canaux connue de toutes les stations de la cellule. Dans la norme 802.11, la bande de fréquence 2.4 – 2.4835 GHz permet de créer 79 canaux de 1 MHz.
La transmission est ainsi réalisée en émettant successivement sur un canal puis sur un autre pendant une courte période de temps (d’environ 400 ms), ce qui permet à un instant donné de transmettre un signal plus facilement reconnaissable sur une fréquence donnée. L’émetteur et le récepteur s’accordent sur un schéma de saut, et les données sont envoyées sur une séquence de sous-canaux. Chaque conversation sur le réseau 802.11 s’effectue suivant un schéma de saut différent, et ces schémas sont définis de manière à minimiser le risque que deux expéditeurs utilisent simultanément le même sous-canal.
L’étalement de spectre par saut de fréquence a originalement été conçu dans un but militaire afin d’empêcher l’écoute des transmissions radio. En effet, une station ne connaissant pas la combinaison de fréquence à utiliser ne pouvait pas écouter la communication car il lui était impossible dans le temps imparti de localiser la fréquence sur laquelle le signal était émis puis de chercher la nouvelle fréquence. Aujourd’hui les réseaux locaux utilisant cette technologie sont standards ce qui signifie que la séquence de fréquences utilisées est connue de tous, l’étalement de spectre par saut de fréquence n’assure donc plus cette fonction de sécurisation des échanges.
FHSS est désormais utilisé dans le standard 802.11 de telle manière à réduire les interférences entre les transmissions des diverses stations d’une cellule.
Les techniques FHSS simplifient — relativement — la conception des liaisons radio, mais elles sont limitées à un débit de 2 Mbps, cette limitation résultant essentiellement des réglementations de l’ETSI qui restreignent la bande passante des sous-canaux à 1 MHz. Ces contraintes forcent les systèmes FHSS à s’étaler sur l’ensemble de la bande des 2,4 GHz, ce qui signifie que les sauts doivent être fréquents et représentent en fin de compte une charge importante.
En mode FHSS les données sont émises au moyen d’une modulation GMSK.
L’un des avantages du FHSS est qu’il permet, théoriquement, de faire fonctionner simultanément 26 réseaux 802.11 FHSS (correspondant aux 26 séquences) dans une même zone, chaque réseau utilisant une des séquences prédéfinies.
Un autre avantage du FHSS est sa résistance face aux interférences, comme le système saute toutes les 300 ms d’un canal à un autre sur la totalité de la bande, si des interférences surviennent sur une partie de la bande ISM (un ou plusieurs canaux), cela n’engendre pas de trop importantes pertes de performances.
Figure 2.7 : Changement de fréquence dans FHSS
Une trame au niveau physique est composée de trois parties. Elle débute par un préambule, suivi d’un entête et terminée par la partie donnée :
Figure 2.8 : Structure de la trame 802.11 au niveau physique pour le FHSS Chaque champ de chaque partie possède un rôle spécifique :
 Le préambule :
• La synchro est une séquence de synchronisation qui est composée d’une suite de 80 bits constitués en alternance de 0 et de 1. Elle permet à la couche physique de détecter la réception d’un signal. Elle permet accessoirement aussi, de choisir la meilleure antenne de réception si le choix existe.
• Le Start Frame Delimiter (SFD) est l’identificateur de trame. Il est constitué par la suite de bits suivants : 0001100101101101.
 L’entête :
• Le PSDU Length Word (PLW) est un paramètre passé par la couche MAC qui indique la longueur de la trame. C’est donc la longueur de la partie de donnée dans cette trame.
• Le PSF est un champ sur 5 bits qui permet de définir la vitesse de transmission. Le premier bit est toujours à 0. Les bits 1, 2 et 3 sont réservés et définis par défaut à zéro. Le 4ème et dernier bit, indique la vitesse de transmission. A 1Mb/s s’il est à 0 et à 2Mb/s s’il est à 1.
• Le CRC de l’entête est le champ de contrôle d’erreur de l’entête, composé de 16bits.
 La partie donnée : La Trame MAC contient les données relatives à la couche MAC.
• DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): [13], [15], [22], [20], [23] Dans le but de lutter contre les interférences importantes mais n’affectant que des plages
de fréquences assez étroites, il existe la technique de l’étalement de spectre.
Comme le FHSS, le DSSS divise la bande ISM en sous bandes. Cependant la division se fait ici en 14 canaux de 20 MHz chacun. La transmission ne se fait que sur un canal donné. La largeur de la bande ISM étant égale à 83.5 MHz, il est impossible d’y placer 14 canaux adjacents de 20 MHz. Les canaux se recouvrent donc, comme illustré à la figure suivante.