Cours le standard IEEE 802.11 tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

La trame MAC 802.11 :

La norme a défini 3 types de trames MAC :
•Les trames de données : pour véhiculer les données à transmettre.
•Les trames de contrôle : utiles dans la procédure d’accès au canal (RTS, CTS, ACK).
•Les trames de gestion : contiennent des informations de gestion et ne sont pas remontées au niveau OSI supérieur (trames Beacon contenant les informations de synchronisation).

• La trame de données MAC 802.11 :

Comme l’illustre la figure ci dessous, une trame de données MAC 802.11 est constituée de trois parties :
•Entête MAC.
•Données MAC : Données reçues des couches supérieures et à encapsuler.
•CRC: champ de 32 bits contenant la somme de contrôle de la trame.
Figure 2.12 : Format de la trame MAC 802.11
L’entête MAC comporte les 7 champs suivants :
 Frame Control (2 octets) : renferme des informations de contrôle concernant la trame : version utilisée, type de la trame, mode de gestion de puissance, type de cryptage …
Ce champ contient en particulier les sous-champs FromDS qui indique nt si la trame est reçue de la part d’un DS (système de distribution), et ToDS qui indique nt si la trame est destinée à un DS.
 Duration ID (2 octets) : Indique la durée calculée pour le NAV (Network Allocation Vector).
 Adresse 1 (6 octets) : Adresse de la station réceptrice. Si ToDS =1, alors c’est l’adresse de l’AP correspondant.
 Adresse 2 (6 octets) : Adresse de l’émetteur. Si FromDS =1, c’est l’adresse du point d’accès
 Adresse 3 (6 octets) : Adresse perdue, par exemple si FromDS = 1, Adresse 2 contient l’adresse du point d’accès et Adresse 3 celle de la station source d’origine
 Sequence Control (2 octets) : représente l’ordre des différents fragments d’une même trame. Ce champ permet aussi de reconnaître la duplication des paquets. Il est constitué de deux sous champs : Fragment Number et Sequence Number pour respectivement la trame et l’indice du fragment dans cette trame.
 Adresse 4 (6 octets) : Utilisée dans des cas spéciaux tels que la transmission entre points d’accès, quand les ToDS et FromDS sont à 1.

• Les trames de contrôle MAC 802.11

La norme a prévu d’autres formats pour les trames de contrôle, en particulier les trames RTS,CTS et ACK.
 Les trames RTS et CTS sont utilisées pour la réservation virtuelle des ressources dans le cadre de la procédure d’accès au support physique.
 La trame ACK est utilisée pour acquitter les transmissions réussies. Elle est envoyée par une station réceptrice, ayant correctement reçu une trame de données, à la station source.
Les trames RTS, CTS et ACK sont constituées chacune par un et un entête MAC. L’entête MAC comporte quelques différences suivant qu’il s’agisse de trames RTS, CTS ou ACK :
 L’entête de la trame RTS comprend les champs suivant :
• Frame Control : analogue au champ de la trame de données MAC.
• Duration : Durée à réserver.
• RA : Adresse de la station réceptrice.
• TA : Adresse de la station émettrice.
Figure 2.13: Format de la trame RTS
 L’entête de la trame CTS comprend les même champs que celui de RTS, hormis le champ TA. Le champ RA étant recopié à partir du champ TA de la trame RTS reçue.
Figure 2.14: Format de la trame CTS
 L’entête de la trame ACK possède un format similaire à celui de CTS. L’adresse RA est recopiée à partir du champ Adresse 2 de la trame MAC à acquitter.
Figure 2.15 : Format de la trame ACK

Protocoles d’accès au médium sans fil pour la norme IEEE 802.11 :

Comme mentionné plus haut, la principale fonctionnalité de la couche MAC 802.11 est de définir les mécanismes d’accès au support physique.
Le standard définit deux méthodes d’accès au support: DCF et PCF.
• Le Distributed Coordination Function (DCF) : [13], [19], [22], [24]
La technique DCF est basée sur le mécanisme CSMA/CA ou méthode d’accès multiple à détection de porteuse et évitement de collision. Cet algorithme distribué est exécuté localement sur chaque station afin de déterminer les périodes d’accès au médium.

 Pourquoi CSMA/CA ?

Les réseaux locaux sans fils adoptent la méthode d’accès CSMA/CA au lieu de la méthode CSMA/CD généralement utilisée dans les réseaux LANs classiques.
La méthode CSMA/CD consiste, pour une station désirant transmettre des données, à écouter le canal. Si le canal est libre alors la station peut transmettre. Sinon, elle attend que le canal redevienne libre. La station doit pouvoir détecter d’éventuelles collisions. Elle avortera dans ce cas la transmission et tentera de réémettre ultérieurement.
L’utilisation de cette méthode s’avère très coûteuse pour des réseaux sans fils. En effet, pour pouvoir implémenter la méthode CSMA/CD on doit disposer d’un circuit full duplex pour la détection de collision.
Ainsi, la méthode CSMA/CA a été retenue pour les WLANs puisque le canal varie au cours du temps. Cette méthode abandonne la détection de collisions, tout en renforçant les mécanismes pour les éviter. Dans un environnement radio-mobile, ce n’est pas possible d’appliquer le CSMA/CD.

 Description générale du mécanisme DCF :

Avant chaque émission, la station désirant émettre écoute le support. S’il est libre pendant une certaine durée DIFS (démontrer plus bas), la transmission est possible. Si le support est occupé, une procédure de Backoff est enclenchée.
Figure 2.16: Accès au médium en mode DCF
Une station ayant correctement reçu un paquet, renvoie un accusé de réception (ACK) à la station émettrice. L’ACK indique à l’émetteur qu’aucune collision n’a eu lieu. Par contre, si l’émetteur ne reçoit pas d’acquittement au bout d’un certain temps, le fragment est retransmis jusqu’à réception d’un acquittement par le récepteur.
Enfin, si après un nombre défini de retransmissions, aucun accusé de réception n’est reçu, l’émission est abandonnée.

 IFS (Inter-Frame Space) :

Un espace inter-trames IFS est la durée pendant laquelle une station doit attendre avant de transmettre sur le canal. Pour définir les différentes sortes d’IFS, la norme a tout d’abord introduit la notion de Time Slot comme étant l’intervalle de temps qui permet à une station de savoir si une autre station a accédé au canal au début du slot précédent. La valeur d’un Time Slot dépend de la couche physique utilisée. Pour la couche PMD à étalement de spectre à séquence directe, cette valeur est 20 μs.
A partir de la notion de Time Slot, la norme a ensuite introduit 4 types d’espaces inter trames, définis comme suit :

• Short Inter-Frame Spacing (SIFS):

Est le plus court des IFS. Il est utilisé pour séparer les différentes trames transmises au sein d’un même dialogue comme par exemple, entre des données et leurs acquittements ou entre différents fragments d’une même trame ou pour toute autre transmission relative à un même dialogue (question-réponse).

• DCF Inter-Frame Spacing (DIFS) :

Est le temps que doivent attendre les autres stations avant d’émettre un paquet en mode DCF. La valeur du DIFS est égale à celle d’un SIFS augmentée de deux times slot.

• PCF Inter-Frame Spacing (PIFS) :

Est le temps que doit attendre les autres stations avant d’émettre un paquet en mode PCF. La valeur est inférieure au DIFS, pour permettre de favoriser ce mode. Le mode PCF est expliqué dans la partie suivante.

• Extended Inter-Frame Spacing (EIFS) :

Est le plus long des IFS. Lorsqu’une station reçoit une trame erronée, elle doit attendre pendant un EIFS l’acquittement de cette trame.

 L’algorithme de Backoff :

La procédure de Backoff est un mécanisme simple, basé sur le calcul d’un temporisateur gérant les transmissions et les retransmissions. Il permet de réduire la probabilité de collision sur le canal en essayant de minimiser les chances d’avoir plusieurs stations qui accèdent au support en même temps.