Cours les réseaux sans fil
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Jérémie ANZEVUI
Université de Genève • 2006-2007
TM
Jérémie ANZEVUI • CUI • Université de Genève
1
SOMMAIRE
Introduction
3
Les réseaux câblés
5
Ethernet 802.3
5
Les trames Ethernet
6
L’adressage Ethernet
7
Le mécanisme CSMA/CD
7
Unicast, multicast et broadcast
8
Support de transmission partagé
8
Les LAN sans fil 802.11 (WLAN)
9
Les défis des WLAN
9
Les topologies de réseaux sans fil
9
L’accès au support
10
Les fonctions de la sous-couche MAC 802.11
11
La couche physique 802.11
13
Les trames 802.11
14
La sécurité des WLAN
17
Les failles du standard 802.11
20
Sujets annexes non développés
21
Le futur des WLAN: 802.11n et WiMAX
22
Conclusion
24
Bibliographie
25
Livres:
25
Sites Internet:
25
Glossaire
26
Jérémie ANZEVUI • CUI • Université de Genève
2
INTRODUCTION
“Alors qu'environ 200 millions de puces WiFi ont été vendues dans le monde
en 2006, l'institut ABI Research estime dans une récente étude que la barre
du milliard d'unités vendues par les différentes industries amenées à utiliser
la technologie WiFi devrait être franchie d'ici la fin 2008. Il va même jusqu'à
prédire que les livraisons annuelles de puces WiFi dépasseront le milliard de
pièces d'ici 2012 grâce à la démocratisation de cette technologie dans les té-
léphones mobiles et les appareils électroniques grand public, qui compteront
tous deux pour deux tiers du marché global du WiFi.
À l'heure actuelle, environ 500 millions de puces WiFi auraient déjà été
commercialisées dans le monde depuis l'essor de cette technologie, à laquelle
la plateforme pour ordinateurs portables Centrino d'Intel n'est, de l'avis gé-
néral, pas étrangère. L'arrivée prochaine de la norme 802.11n, qui standar-
disera l'utilisation de la technologie MIMO (Multiple In, Multiple Out) de-
vrait sans doute contribuer à faire progresser les ventes. En effet, le WiFi
802.11g et ses 54 Mbps montrent aujourd'hui leurs limites dans le cadre d'une
utilisation domestique, où la vidéo, les flux de télévision par ADSL et la haute
définition requièrent une bande passante de plus en plus importante.”
1 , 13 février 2007
Pratiquement inconnu, il y a encore quelques années, les réseaux sans fil
(WLAN ou Wi-Fi™)2 sont, aujourd’hui, omniprésents dans notre société. Uti-
lisant des ondes radio, les WLAN existent pourtant depuis des années, mais
l’augmentation de la bande passante et la baisse des coûts a fait exploser leurs
croissances. Il faut savoir que les premiers WLAN, comme Aloha, ARDIS et
Ricochet, offraient des débits inférieurs à 1Mbit/s. Puis vint le standard 802.11
ratifié en 1997. Celui-ci permis alors un d’atteindre un débit compatible entre
fabricants de 2Mbit/s. En 1999, on atteint la vitesse de 11Mbit/s grâce au
standard 802.11b. Les 54Mbit/s ont été franchis, en 2003, avec le standard
802.11g. En attendant le standard 802.11n, prévu pour 2007, qui permettrait
d’atteindre les 600 Mbit/s, un brouillon (“Draft-N”) a été ratifié début 2006
qui permet un débit théorique de 300 Mbit/s soit trois fois plus qu’un réseau
Fast Ethernet filaire dont le débit est de 100 Mbit/s.
1 Source:
2 cf. glossaire
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3
Les industries ont été les premières à utiliser les WLAN. Ce qui a eu comme
effet d’exposer les atouts des communications sans fil dont les coûts étaient
encore importants, il y a de ça quelques années. La vente de matériels néces-
saire aux WLAN ayant augmenté, les coûts ont fortement baissé rendant ac-
cessible cette technologie au grand public.
Les réseaux WLAN au standard 802.11 ont une topologie LAN, mais présen-
tent de nombreuses différences dues à leur technologie. Plusieurs nouveaux
points sont à prendre en considération lors de l’installation d’un WLAN, tels
que l’étude du site (zone à couvrir), la qualité de service (QoS), la sécurité (qui
à accès au réseau ?) et la mobilité des équipements réseau.
Ce projet parcourt les notions fondamentales qui permettent comprendre
comment fonctionnent ces WLAN. J’y aborderai ses avantages et ses inconvé-
nients.
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LES RÉSEAUX CÂBLÉS
Pour bien comprendre la technologie utilisée par les réseaux sans fil, je com-
mencerai par aborder quelques notions essentielles des réseaux locaux câblés
appelés Ethernet.
La plupart des réseaux utilisent une structure hiérarchique composée de trois
niveaux. Le paragraphe suivant, tiré du livre “Réseaux WiFi: notions fonda-
mentales” (cf. Bibliographie), les présente:
“
• Accès. Assure la connectivité des stations de travail avec le réseau.
• Distribution. Segmente le réseau en domaines de de niveau 2
par l’emploi de routeur ou de commutateur de niveau 3. Les services ré-
seau, tels que les listes de contrôle d’accès, ou ACL (Acces Control List), le
filtrage de routes et la traduction NAT (Network Address Translation), sont
appliqués à ce niveau.
• Dorsale (ou backbone). Achemine les trames2 aussi rapidement que
possible entre les niveaux de distributions. Aucun service réseau n’est habi-
tuellement impliqué ici. La raison à cela est que la plupart des services né-
cessitent un traitement des trames ou paquets, qui ralentit le débit. Ce ni-
veau peut être linéaire (couche 2 uniquement) ou hiérarchique (nécessitant
un adressage de couche 3).”
Ethernet 802.3
Dans ce chapitre, je vais me focaliser sur le niveau de l’accès et passer en revue
les standards 802.3.
Ethernet 802.3 est un protocole réseau permettant la communication de tou-
tes les machines d’un réseau local par une même ligne de communication. Il
appartient donc au niveau deux du modèle d’interconnexion des systèmes ou-
verts (ou OSI en anglais pour Open Systems Interconnexion). Ce niveau s’ap-
3,2 cf. glossaire
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5
pelle “couche de liaison de
données”. Il est composé des
deux sous-couches suivantes:
• MAC (Medium Acces
Control).
• LCC (Logical Link Con-
trol).
Modèle de référence OSI
La sous-couche MAC contrôle l’accès au support physique et gère les implé-
mentations spécifiques d’une topologie.
La sous-couche LCC fourni un protocole simple de livraison de trame en mode
sans connexion. La principale caractéristique est qu’elle n’offre aucun moyen
permettant à l’émetteur de savoir si la trame a bien été reçue.
Les trames Ethernet
Voyons maintenant le format des trames Ethernet 802.3. Elles se composent
de sept champs différents:
• Le préambule. Long de sept octets (un octet comporte 8 bits), il permet
d’indiquer à la station réceptrice qu’une trame est en cours de transmission
sur le support.
• Le SFD (Start of Frame Delimiter). Long de 8 bits, ce champ indique au
récepteur que le contenu de la trame suit immédiatement.
• L’adresse de destination. Long de six octets, ce champ représente
l’adresse de la station à laquelle la trame est destinée.
• L’adresse source. De la même longueur que l’adresse de destination, ce
champ représente l’adresse de la station qui émet la trame.
• Le TLV (Type/Length Value). Long de deux octets, ce champ identifie le
type de protocole de couche supérieure qui est encapsulé dans le champ de
données ou de charge utile. La valeur qu’il contient est qualifiée Ethertype.
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• Les données ou charge utile. Ici sont représentés des paquets de niveaux
supérieurs. Ce champ a une taille minimale de 46 octets et maximale de 1500
octets (1,5 Ko). Une taille minimale est requise afin que toutes les stations
aient une chance de recevoir la trame. Nous ne détaillerons pas ce sujet, mais
une recherche Internet avec les mots “diamètre de réseau” ou “timeslot
Ethernet” permet d’avoir des éléments de réponses. Au besoin, la station
émettrice complète le champ avec des bits de remplissage.
• Le FCS (Frame Chek Sequence). Ce champ contient une valeur permet-
tant de contrôler si la trame a été correctement envoyée (la valeur est calcu-
lée à partir de la séquence de bit de la trame et est comparée à l’arrivée par la
station réceptrice).
L’adressage Ethernet
Longue de 48 bits, une adresse Ethernet est une valeur qui identifie de façon
unique une station Ethernet sur un réseau local. Elle est composée de deux
parties: un identifiant de 24 bits (assigné par l’IEEE, Insitute of Electrical and
Electronics Engineers, au fabricant) et un identifiant assigné par le fabricant
du matériel. Étant donné que cet adressage renvoie à une interface physique,
on parle également d’adresse MAC. Ces adresses sont principalement expri-
mées sous forme hexadécimale.
Le mécanisme CSMA/CD
Étant donné que toutes les stations d’un réseau local sont sur le même sup-
port, il est nécessaire de contrôler l’utilisation de ce dernier. Ethernet emploie
donc une méthode d’accès partagé par écoute de la porteuse et détection de
collision, appelée CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acces with Collision De-
tection). Son principe est simple: attendre que le support soit libre pour
transmettre et détecter les collisions.
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Unicast, multicast et broadcast
Une station dispose de trois méthodes pour envoyer des trames:
• L’adressage broadcast. La trame est envoyée à toutes les stations du do-
maine de broadcast.
• L’adressage multicast. La trame est envoyée à un sous-ensemble de sta-
tions du domaine de broadcast qui appartiennent à un groupe prédéfini.
• L’adressage unicast. La trame est envoyée à une seule station spécifique.
Support de transmission partagé
Ethernet suit plusieurs modèles de câblage, dont 10Base2, 10Base5, 10BaseT,
100BaseTX ect... Les stations sont raccordées physiquement à un équipement
d’interconnexion (switch, routeur,...) pour former une topologie physique en
étoile. Limité, au début, à une vitesse de 10 Mbit/s, la bande passante d’Ether-
net passe à 100 Mbit/s, en 1995, avec la publication du standard 802.3u, puis
à 1000 Mbit/s, en 1999, avec le standard 802.3z. Je n’entrerai pas dans les dé-
tails, mais il est important de signaler que ces standards jouissent une compa-
tibilité descendante (une station au standard 802.3u peut communiquer avec
une station 802.3z).
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LES LAN SANS FIL 802.11 (WLAN)
Le marché des produits dotés d’une technologie WLAN est en plein essor. Au-
jourd’hui, les ordinateurs portables, un nombre croissant de téléphones mobi-
les et les consoles de jeux sont dotés de cette technologie. Tous les fournis-
seurs d’accès à Internet proposent des solutions domestiques sans fil. La prin-
cipale raison de cette forte croissance est la facilité d’implémentation d’un ré-
seau sans fil, et la baisse des coûts de cette technologie.
Je vais maintenant explorer la technologie qui se cache derrière le très popu-
laire “Wi-Fi™”, nous verrons que son architecture est loin d’être évidente.
Les défis des WLAN
Nous avons vu, dans le chapitre précédent, que les réseaux Ethernet sont
pourvus d’une technologie (CSMA/CD) pouvant détecter les collisions. Les
stations 802.11 n’en sont pas pourvues. Il faut donc mettre en place une autre
technique afin d’éviter que deux stations “se parlent” en même temps. La sous-
couche MAC, doit elle aussi fournir un accès équitable au support sans fil et
doit donc offrir davantage de fonctions tout en restant évolutive.
La sécurité est le problème crucial des réseaux sans fil : n’importe quel appa-
reil équipé, se trouvant dans la zone de couverture d’un réseau sans fil, peut
capter les trames transmises sur le support radio. Des systèmes d'authentifica-
tion et de chiffrement, que nous évoquerons plus loin, sont indispensables.
Les topologies de réseaux sans fil
Les WLAN de norme 802.11 offrent trois types de topologies pour concevoir
un WLAN:
• L’IBSS (Independent Service Set)
• Le BSS (Basic Service Set)
• L’ESS (Extended Service Set)
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Un ensemble de service (Service Set) consiste en un groupement logique
d’équipements.
Dans un réseau sans fil, les données sont transmises sur une porteuse radio. Il
est fréquent d’une station réceptrice d’une groupe se trouve dans la même
plage de fréquence de plusieurs stations émettrices d’autres groupes. Afin de
trier les signaux reçus, la station émettrice préfixe un identifiant de service set,
appelé SSID (Service Set Identifier), aux données à transmettre.
Un IBSS est un ensemble de stations communiquant directement entre elles.
Un WLAN IBSS (aussi appelé ad hoc) est donc formé par au moins deux sta-
tions, et représente un réseau autonome. Les clients sont directement reliés les
uns aux autres. La synchronisation est gérée par les clients eux-mêmes, je ne
détaillerai pas ce processus ici. Ce genre de réseau est généralement petit et
n’est utilisé, en général, que pour l’échange occasionnel de fichiers.
Un BSS est un ensemble de stations communiquant entre elles via l'intermé-
diaire d’une station spéciale, appelée AP (Acces Point ou point d’accès). L’AP
peut disposer d’une connexion (uplink) vers un réseau câblé, on est alors dans
le cas d’un BSS d’infrastructure. Cette topologie est généralement utilisée pour
un réseau domestique.
Un ESS est un ensemble de BSS interconnecté via un système de distribution
(DS pour Distribution System). La plupart du temps, le DS est un réseau câ-
blé. Cette topologie est notamment utilisée à l’Université de Genève.
L’accès au support
Pour détecter les collisions, les WLAN 802.11 utilisent une méthode proche de
celle des réseaux Ethernet 802.3: l’accès partagé par l’écoute de la porteuse, ou
CMSA/CA (CMSA with Collision Avoidance). Cela consiste, pour une station,
à écouter le support pour détecter s’il y a un signal porteur et attendre, si c’est
le cas, qu’il soit libre avant de transmettre. Sur un réseau Ethernet, lorsque
deux stations émettent simultanément, le niveau du signal sur le câble aug-
mente, leur indiquant qu’une collision à lieu. Les WLAN n’ayant évidemment
pas cette capacité, le mécanisme d’accès est pensé pour éviter les collisions.
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Si nous comparions le principe CMSA/CA à une audioconférence, voici com-
ment, selon le livre “Réseaux WiFi: notions fondamentales”, (cf. Bibliogra-
phie), elle se déroulerait cette dernière:
“
• Avant de prendre la parole, un participant indique pendant combien de
temps il compte occuper le canal, donnant une idée aux autres participants
de leur durée d’attente avant de pouvoir s’exprimer à leur tour.
• Aucun participant ne peut intervenir avant que le temps de parole du parti-
cipant en cours soit écoulé.
• Un participant ne peut savoir que sa voix a été entendue par les autres par-
ticipants que s’il en reçoit la confirmation.
• Si deux participants parlent en même temps, ils l’ignorent. Le fait de ne par
recevoir de confirmation leur indique toutefois qu’ils n’ont pas été entendus.
• Lorsqu’un participant ne reçoit pas de confirmation, il patiente pendant
une durée aléatoire puis tente de parler de nouveau.”
Une collision est donc détectée implicitement lorsque l’émetteur ne reçoit pas
l'acquittement de son envoi. Je ne détaillerai pas l’implémentation relative-
ment complexe de CMSA/CA car elle prendrait deux fois la taille de ce projet.
Une autre caractéristique importante des réseaux sans fil est la fragmentation
des trames qui est une fonction de la sous-couche MAC, elle vise à augmenter
la fiabilité des transmissions en décomposant chaque trame en fragment plus
petit envoyé individuellement. Le principe étant qu’un petit fragment a plus de
chances d’être transmis correctement. De plus, si un fragment subit une alté-
ration ou une collision, seul le fragment, et non la trame entière, doit être re-
transmis.
Les fonctions de la sous-couche MAC 802.11
Nous savons maintenant comment les stations 802.11 se partagent l’accès au
réseau sans fil. Voyons a présent comment les stations 802.11 choisissent un
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AP et communiquent avec lui et comment fonctionne le mode d’économie
d'énergie.
Voici les trois échanges requis entre une station est un AP pour communiquer:
• Le processus de sondage, ou probe;
• Le processus d’authentification;
• Le processus d’association.
Le processus de sondage, consiste généralement, à émettre une trame de re-
quête probe sur chaque canal (1 à 13 en Europe). Cette trame contient notam-
ment des informations sur la station émettrice (les plus importantes sont les
débits supportés (IE Supported Rates et l’ensemble de services auquel elle
appartient (IE SSID)). Ce processus à pour but de permettre à la station de
connaître les AP qui se trouvent à proximité.
Lorsqu’un AP reçoit une telle requête, il répond par une trame de réponse
probe dont les champs principaux sont:
• Le Timestamp:c’est la valeur du temporisateur TSF qui sert à synchroni-
ser l’horloge de la station avec celle de l’AP
• Le Beacon Interval: contient le nombre d’unités de temps entre les trames
de balisage.
• Le Capability Information: contient les informations sur les capacités
des couches MAC et PHY.
• L’IE SSID: contient le SSID avec lequel l’AP est configuré.
• L’IE Supported Rates: indique les débits supportés par l’AP.
• L’IE PHY Parameters: fourni à la station des informations spécifiques à
la couche PHY.
Lorsque la station reçoit les trames de réponse probe des AP, elle peut, suivant
la configuration, se connecter automatiquement à un AP ou alors attendre la
décision de l’utilisateur de la station.
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Le processus d’authentification est très important dans les WLAN, il permet
de déterminer qui est autorisé à accéder au réseau. Le standard 802.11 pos-
sède deux modes différents: Open System et Shared Key que j’aborderai plus
tard. Pour simplifier, la station envoie une requête d’authentification et l’AP
lui renvoie une réponse d’authentification.
Le processus d’association autorise ou non un AP à assigner un port logique à
la station sans fil. Il est initié par la station au moyen d’une trame de requête
et se termine par une réponse de l’AP lui indiquant le succès ou l’échec.
Une des fonctions intéressantes de la sous-couche MAC 802.11, mais que je ne
détaillerai pas, est l’économie d’énergie. Le principe est simple; la station dés-
active son dispositif sans fil. L’AP auquel elle est associée met alors les trames
destinées à la station dans un tampon. À intervalles réguliers, la station réac-
tive le dispositif radio et attend l’arrivée d’une trame beacon d’AP lui indi-
quant la présence de trames à son intention. En mode unicast, un intervalle
d’écoute ou de réveil est défini par le client.
La couche physique 802.11
La couche physique (couche 1 du modèle OSI) est chargée de gérer les con-
nexions matérielles. Elle est divisée en deux parties: PLCP (Physical Layer
Convergence Protocol) et PMD (Physical Medium Dependant).
L’encapsulation4 des informations fournies par la couche liaison de données
est réalisée par la sous-couche PMD grâce à deux méthodes: il faut, en premier
lieu, choisir une méthode de transmission des informations, puis une méthode
de codage.
Pour que les stations puissent communiquer entre elles, le standard 802.11
définit trois couches physiques:
• Le FHSS (Frenquency Hopping Spread Spectrum)
• Le DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
• L’IR (Infra-Red) que nous ne détaillerons pas.
4 cf. glossaire
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La technique DSSS consiste à émettre sur plusieurs fréquences données, on
appelle cela “étalement du spectre”. La bande allant de 2’400 à à 2’483,5 MHz
est divisée en quatorze canaux de 20 MHz chacun. L’émetteur et le récepteur
communiquent sur un canal sélectionné (donc sur plusieurs fréquences). C’est
sur cette technique que s’appuie la norme 802.11. Elle a pour avantage d’aug-
menter le débit en utilisant, au mieux, la bande passante, mais est très sensible
aux interférences. La grande popularité des appareils Wi-Fi™ a eu pour effet,
selon la presse spécialisée, de générer des saturations dans les WLAN de plu-
sieurs zones urbaines, leurs utilisateurs souffrent alors d’un débit amoindri.
La technique FHSS, quant à elle, consiste à découper la bande de fréquence en
septante-neuf canaux afin de “sauter” d’une fréquence à une autre. Ce décou-
page nécessite de l’AP et de la station une synchronisation sur une séquence de
sauts précise. Ces derniers s’effectuent, en général, toutes les 300 à 400 ms.
L’objectif étant la diminution de collisions de trames lorsque plusieurs sta-
tions sans fil sont dans la même zone géographique. Beaucoup moins sensible
aux interférences, cette technique est notamment utilisée par la technologie
Bluetooth™5.
Les WLAN 802.11b utilisent le DSSS haut débit (HR-DSSS) en utilisant des
techniques de modulations supplémentaires pour arriver à un débit de
11Mbit/s.
Les WLAN 802.11g introduisent la couche ERP (Extended Rate Physical) pour
atteindre des débits atteignant 54Mbit/s. Diverses autres techniques de modu-
lation sont utilisées pour arriver à un tel débit.
Les trames 802.11
Nous abordons ici brièvement l’aspect des trames 802.11 DSSS.
Elles contiennent quatre champs principaux:
• Le préambule. Il contient deux éléments différents: Synch. qui est une sé-
quence de 128 bits utilisée pour la détection et la synchronisation et SFD
(Start Frame Delimiter) qui détermine le début de la trame.
5 cf. glossaire
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• L’en-tête PCPL. Contient quatre sous-champs. Le premier, appelé Signal,
indique la modulation qui doit être utilisé pour la transmission et la récep-
tion des données MAC. Le second, nommé Service, n’est pas encore utilisé
par le standard 802.11. Le troisième champ, intitulé Lenght, indique le nom-
bre d’octets que contient la trame. Enfin, le dernier champ appelé CRC (Cy-
clic Redundancy Check), permet la détection d’erreurs de transmission.
• Les données MAC. Cette partie sera détaillée ci-dessous.
• Le CRC. Contient un code binaire généré pour l’envoi afin de détecter la
présence d’erreurs survenues lors de la transmission.
A noter que dans la cas du DSSS, le préambule peut être court ou long et que
les trames PLCP sur FHSS sont légèrement différentes.
Les trames 802.11 au niveau de la couche MAC sont divisées en trois grandes
parties:
• L’en-tête. Il contient le Contrôle de trame (que nous détaillerons plus loin),
la Durée/ID qui indique la valeur d’une durée ou l’ID de la station dans le
cas d’une trame de pooling, Adresse 1 qui est l’adresse du récepteur, Adresse
2 qui est l’adresse de l'émetteur, Adresse 3 qui est l’adresse de l’émetteur
original ou celle de destination, le Contrôle de séquence qui est utilisé pour
représenter l’ordre des différents fragments appartenant à la même trame et
reconnaître des objets dupliqués, et, enfin, Adresse 4 qui est utilisée lors
d’une transmission d’un AP à un autre.
• Le corps de la trame. Contient des informations sur couche supérieure.
• CRC. Calculé à partir de l’en-tête MAC afin de détecter d’éventuelles erreurs
de transmission.
Le Contrôle de trame est utilisé pour définir le type d’information envoyé.
Voyons à présent de quoi est constitué.
• Version de protocole. Ce champ contient 2 bit qui pourront être utilisés
pour reconnaître des versions futures possibles du standard 802.11. Dans la
version actuelle, la valeur est fixée à 0.
• Type et sous-type. Ils définissent le type et sous-type des trames.
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• ToDS. Bit, dont la valeur est 1 lorsque la trame est adressée à l’AP pour qu’il
la fasse suivre au DS (Distribution System).
• FromDS. Bit dont la valeur est 1 lorsque la trame provient du DS.
• More Fragments. Bit, dont la valeur vaut 1 lorsque d’autres fragments sui-
vent le fragment en cours.
• Retry. Ce bit indique si le fragment est une retransmission.
• Power Management. Ce bit indique si la station sera en mode d’économie
d'énergie après la transmission de cette trame.
• More Data. Également utilisé pour la gestion de l’énergie, ce champ est
employé par l’AP pour indiquer que d’autres trames sont stockées dans la
mémoire tampon pour cette station.
• WEP. Ce bit indique si le corps de la trame est sécurisé ou non.
• Order. Ce bit indique si cette trame est envoyée en utilisant la classe de ser-
vice strictement ordonnée. Cette classe est définie pour les utilisateurs qui ne
peuvent accepter de changement d’ordre entre les trames unicast et multi-
cast.
Voici la représentation graphique d’une trame 802.11 DSSS:
Trame 802.11 DSSS
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La sécurité des WLAN
La sécurité est le plus gros problème des réseaux sans fil. Les équipements
802.11 communicants par onde radio, ils couvrent une zone plus étendue
qu’on ne le désirerait. Les AP transmettent les données en broadcast dans l'es-
poir que la station réceptrice opère dans la même plage de fréquences, n’im-
porte quelle autre station opérant dans cette même plage reçoit aussi ces don-
nées. Bon nombre de personnes ayant acquis un équipement 802.11, ne sa-
chant pas sécuriser leurs réseaux, laissent une porte grande ouverte à leurs
voisins. Il est, en effet, on ne peut plus simple de se connecter à un réseau dit
“ouvert” pour utiliser la connexion internet ou encore explorer le contenu des
ordinateurs attachés à ce réseau.
Deux composants sont requis pour assurer une sécurité minimale à un WLAN:
• Un moyen de déterminer qui peut exploiter le WLAN.
• Un moyen de garantir la confidentialité des données transmises.
La première exigence est assurée par des mécanismes d’authentification per-
mettant le contrôle d’accès au réseau local. La seconde est satisfaite par des
algorithmes de chiffrement. Les spécifications 802.11 définissent plusieurs al-
gorithmes de chiffrement, dont WEP (Wired Equivalent Privacy) et WPA (Wi-
Fi Protected Acces) qui sont les plus populaires, ainsi que deux méthodes d’au-
thentification: Open System Authentification et Shared Key Authentification.
Les algorithmes WEP et WPA utilisent un algorithme de chiffrement par flot
RC4. Également utilisé dans SSL, cet algorithme fonctionne de la façon sui-
vante6: “la clef RC4 permet d’initialiser un tableau de 256 octets en répétant
la clef autant de fois que nécessaire pour remplir le tableau. Par la suite, des
opérations très simples sont effectuées : les octets sont déplacés dans le ta-
bleau, des additions sont effectuées, ect. Le but est de mélanger autant que
possible le tableau. Au final, on obtient une suite de bits qui parait tout à fait
aléatoire. Par la suite, on peut extraire des bits par conséquent pseudo-aléa-
toires.”
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Je ne détaillerai pas le processus de chiffrement et de déchiffrement WEP et
WPA, mais voici quand même un tableau récapitulatif représentant le proces-
sus dans le cas du WEP (IV est le vecteur d’initialisation et ICV sert à contrôler
l’intégrité de la trame):
Processus de chiffrement WEP
Processus de déchiffrement WEP
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Abordons maintenant les deux mécanismes d’authentification spécifiés par le
standard 802.11. L’authentification Open System repose sur un algorithme qui
accepte toutes les requêtes d’authentification. Le contrôle d’accès, avec l’au-
thentification Open System, s’appuie sur la clé WEP ou WPA utilisée par l’AP
et le client. Ils ne peuvent communiquer que s’ils ont la même clef, dans le cas
contraire, les trames sont supprimées par le client et par l’AP. Si ce dernier n’a
pas été configuré pour utiliser une clef de chiffrement, n’importe quel équipe-
ment peut accéder au WLAN et les trames sont transmises sans être cryptées.
L’authentification Shared Key exige que le chiffrement soit activé avec une
même clef sur le client et l’AP. Voici les étapes du processus tiré du livre “Ré-
seaux WiFi: notions fondamentales” (cf. Bibliographie):“
1. Le client envoie à l’AP une requête pour l’authentification Shared Key.
2. L’AP répond avec un texte-challenge en clair.
3. Le client chiffre le texte-challenge et place le résultat dans une trame de
réponse.
4. Si l’AP peut déchiffrer la trame et extraire le texte-challenge initial, le
client reçoit un message de réussite.
5. Le client peut accéder au WLAN.”
Contrairement à l’authentification Open System, le mode Shared Key requiert
que le chiffrement soit activé sur l’AP et la station pour permettre au client de
s’associer.
En complément à ces deux modes d’authentification spécifiés par le standard
802.11, de plus en plus de fabricants proposent l’authentification par adresse
MAC. Le principe est simple; il consiste à configurer l’AP avec une liste des
adresses MAC des stations autorisées à accéder au réseau. Lors de l’authentifi-
cation, l’AP compare l’adresse MAC du client effectuant la requête avec celles
étant dans sa liste des adresses autorisées, le processus d’authentification con-
tinue uniquement si l’adresse du client est présente dans cette liste.
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Les failles du standard 802.11
Nous venons de survoler les différentes stratégies de sécurités des WLAN.
Elles n’en restent, cependant, pas inviolables. En voici, d’ailleurs, les différen-
tes vulnérabilités de ces mécanismes.
L’authentification Open System, comme cela a déjà été dit, ne permet pas de
vérifier si un client voulant se connecter à l’AP est autorisé à le faire. N’im-
porte qui peut donc accéder au réseau.
Plus ennuyeux, l’authentification Shared Key présente une faille importante.
Comme cela a été exposé préalablement, il y a, durant l’authentification,
transmission en clair d’un texte challenge par l’AP, celui-ci est ensuite renvoyé
chiffré par le client. N'importe quelle station, se trouvant dans la zone de cou-
verture peut recevoir ces deux textes. Il a aussi été dit que la séquence clef et le
texte sont combinés au moyen d’un “ou exclusif” (l’opérateur booléen XOR)
dans le processus de chiffrement WEP. Si l’attaquant capture le texte challenge
et le texte chiffré, il lui suffit d’appliquer l’opération XOR pour découvrir la sé-
quence clé. Il peut alors déchiffrer les trames de même longueur que la sé-
quence, à condition que le vecteur d’initialisation (IV) utilisé pour produire
cette dernière soit le même que celui ayant servi à chiffrer la trame.
L’authentification par adresse MAC n’est pas infaillible non plus. Les adresses
MAC sont transmises en clair dans les trames 802.11. Lorsqu’un client a accès
au réseau, il est alors possible de connaître son adresse MAC en collectant une
trame. Certaines cartes réseau 802.11, permettent de remplacer l’adresse MAC
imposée par le fabricant (UAA - Universally Administered Address) par une
adresse voulue (LAA - Locally Administered Address). Il s’agit donc d’usurpa-
tion de l’adresse MAC d’un client valide.
Le problème de sécurité le plus important concerne le chiffrement WEP. Il est
en effet possible, en collectant passivement quelques centaines de milliers de
trames d’un WLAN, de connaître la clef WEP de ce dernier. Sur un WLAN à
fort trafic, cette opération peut être faite en quelques heures. Cette faille a trait
à la façon dont WEP implémente un des algorithmes de RC4. Un certain nom-
bre de vecteurs d’initialisation (IV) permettent d’obtenir des octets de la clef
WEP par analyse statistique. Il existe, aujourd’hui, des programmes collectant
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automatiquement le nombre de trames nécessaire et délivrant instantanément
la clef WEP.
Pour pallier à ces problèmes, l’IEEE a développé des extensions améliorant la
sécurité au sein des WLAN. Inclus dans la norme 802.11i ratifiée en 2003, le
WPA est une solution pour corriger les problèmes du WEP. Il est maintenant
supporté par tous les fabricants d’équipement WLAN.
Sans entrer des les détails, l’implémentation WPA a été prévue pour être utili-
sée avec un serveur d’identification 802.1X distribuant différentes clefs à cha-
que utilisateur. Il peut aussi être utilisé en mode PSK (Pre-Shared Key), mode
dans lequel une clef partagée est utilisée. Il utilise, comme WEP, un chiffre-
ment par flot RC4 avec une clef de 128 bits et un vecteur d’initialisation (IV)
de 48 bits. Le principal atout du WPA est le protocole TKIP (Temporal Key
Integrity Protocol) qui a pour but d’échanger dynamiquement les clefs lors
d’une utilisation du système. De plus, WPA possède un algorithme d’intégrité
des données amélioré qui permet à un récepteur de détecter les altérations po-
tentielles du contenu d’une trame depuis son émission. Le WPA comporte
malgré tout des faiblesses: il est possible de contourner le protocole TKIP,
mais cela nécessite une importante quantité de calcul (de l’ordre de 30’000
jours sur un Pentium 4)7.
Dernière évolution en matière de chiffrement: le WPA2. Il utilise un chiffre-
ment plus poussé basé sur AES plutôt que sur RC4.
Sujets annexes non développés
Il existe d’autres sujets concernant les WLAN que je vais citer à présent.
La mobilité figure parmi les concepts fondamentaux des WLAN. Elle désigne
la capacité des hôtes à se déplacer. Le terme roaming est utilisé pour qualifier
les déplacements. Il existe deux types de roaming: le roaming tranparant et le
roaming nomade. Le premier est celui que l’on rencontre dans les réseaux de
téléphonie cellulaire (GSM). Le second s’applique à des équipements dans un
7 Source:
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environnement 802.11: l’utilisateur n’exploite le service réseau que lorsqu’il
atteint sa destination, et non pendant son déplacement.
Autre caractéristique importante des WLAN: la qualité de service (QoS). In-
dispensable pour la transmission de flux audio ou vidéo, il s’agit donner la
priorité à ce type de données qui sont sensibles aux retards de transmission.
Autres sujets non évoqués, mais qu’il est tout de même important de nommer
ici: les notions essentielles sur la transmission radio afin de comprendre et
d’évaluer les informations de niveau physique et le déploiement des WLAN, la
variation automatique de débit, les autres normes 802.11 moins répandues
ainsi que l’impact sur la santé des ondes radio.
Le futur des WLAN: 802.11n et WiMAX
Promis pour 2007 8, le standard 802.11n implémente la technologie MIMO
(Multiple Input Multiple Outpout) afin de promettre un débit de l’ordre des
600 Mbits/s et une portée améliorée par rapport au standard 802.11g. Des fa-
bricants proposent, depuis plusieurs mois déjà, des produits “Draft-N”. Ce
standard devrait vite remplacer le 802.11g dans les réseaux domestiques.
WiMAX9 (Worldwide Interoperability for Microwave Acces) est une famille
de normes, dont certaines sont encore en discussion. Elle regroupe des stan-
dards de réseaux sans fil et promet des débits de plusieurs dizaines de méga-
bits par seconde sur des rayons de couvertures de plusieurs dizaines kilomè-
tres. WiMAX utilise des technologies hertziennes destinées principalement à
des architectures point-multipoint : à partir d’une antenne centrale, on cher-
che à toucher de multiples terminaux. Le paragraphe suivant, emprunté à Wi-
kipedia, donne les utilisations prévues de WiMAX:
“WiMAX est envisagé à la fois pour les réseaux de transport et de collecte, et
pour les réseaux de desserte. Dans le cas de la collecte, il s'agit du backhau-
ling de hotspots, c'est-à-dire la liaison des hotspots Wi-Fi à Internet non pas
par des dorsales filaires (ADSL notamment), mais par une dorsale hert-
8 Source: ?2006/08/16/1566-retards-pour-la-norme-80211n
9 Source:
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zienne. Dans le cas de la desserte, c'est l'idée, et notamment pour les aspects
mobilité de WiMAX, que des hotspots (des hotzones, en fait) soient déployées
sous technologie WiMAX.”
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CONCLUSION
La technologie des réseau Wi-Fi™ est une véritable révolution dans le monde
de l’informatique. Pouvoir être connecté à un réseau, connu ou non, sans avoir
à se soucier du câblage est, en effet, un atout indéniable.
Depuis l’an 2000, l’Université de Genève déploie une structure WLAN dans
ses bâtiments, celle-ci est d’ailleurs utilisée par un nombre considérable d’étu-
diants et de professeurs. Cette solution est plus aisée et moins onéreuse à met-
tre en place que l’installation de prise dans chaque espace de travail.
L’essort de cette technologie dépasse nos frontières, une communauté à
l’échelle mondiale (FON10) à même été fondée afin de permettre le partage des
connexions internet domestiques, cela via un réseau Wi-Fi™.
Certains produits, comme les “Media Center” 11, ont d’ailleurs vu leurs ventes
augmenterIl faut également noter que les équipements Wi-Fi™ à usage domestique doi-
vent leurs démocratisation en grande partie à leur simplicité d’utilisation.
Si le Wi-Fi™ a encore de beaux jours devant lui, il ne présente, pour autant,
pas que des avantages. Son utilisation présente de gros risque au niveau de la
sécurité rendant ce type de communication peu sûr. Lorsqu’il s’agit de transfé-
rer ou conserver des données sensibles sans cryptage particulier (numéros de
carte de crédit, e-banking, emails confidentiels), il vaut mieux préférer le bon
vieux câble réseau.
Fait non évoqué dans ce projet, la différence entre le débit théorique et le débit
effectif, qui peut être importante, dépend de nombreux paramètres. Il est, par
exemple, difficile de faire du streaming vidéo haute définition en utilisant un
réseau 802.11g, alors que son débit théorique le permet parfaitement. La paire
torsadée a donc, elle aussi, un avenir certain et cela principalement dans le mi-
lieu professionnel.
10
11 cf. glossaire
12 Exemple avec l’Apple TV:
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BIBLIOGRAPHIE
Livres:
Pejman Roshan, Jonathan Leary. Réseaux WiFi: notions fondamentales. Cisco
Press, 2004
Thibaud Schwartz. Réseaux Wi-Fi. Micro Application, 2003.
Paul Mühlethaler. 802.11 et les réseaux sans fil. Eyrolles,2002.
Matthew S. Gast. 802.11 : réseaux sans fil : la référence. O'Reilly, 2005
Andrew A. Vladimirov, Konstantin V. Gavrilenko, Andrei A. Mikhailovsky. Wi-
Foo : piratage et défense des réseaux sans fil. CampusPress, 2005.
Sites Internet:
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GLOSSAIRE
Bluetooth™: Emprunté à Wikipedia: “Bluetooth est une spécification de
l'industrie des télécabineommunications. Elle utilise une technologie ra-
dio courte distance destinée à simplifier les connexions entre les appa-
reils électroniques. Elle a été conçue dans le but de remplacer les câbles
entre les ordinateurs et les imprimantes, les scanners, les claviers, les
souris, les téléphones portables, les PDAs et les appareils photos numéri-
ques.”
Encapsulation: Procédé consistant à inclure les données de la couche d'un pro-
tocole donné afin que la couche d'un protocole de plus bas niveau en face abs-
traction. Par exemple13, un fragment de donnée est encapsulé dans un data-
gramme UDP (User Datagram Protocol) qui lui même est encapsulé dans un
paquet IP, ce dernier étant alors envoyé via un protocole de la couche de liai-
son , comme par exemple Ethernet.
IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers. C’est une organisation
qui a pour but de promouvoir la connaissance dans le domaine de l’ingénierie
électrique.
LAN: Local Area Network
Media Center: Système, généralement équipé Wi-Fi™, dont la fonction est la
lecture de fichier multimédia.
Streaming: Lecture en continu.
Trame: paquet d'information véhiculé au travers d'un support physique.
Wi-Fi™: Wireless Fidelity
WLAN: Wirless Local Aera Network
13 Emprunté à Wikipedia
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