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Le Wi-Fi (également orthographié Wi-fi, WiFi, Wifi ou encore wifi, prononcé ) est une technologie de réseau informatique sans fil mise en place pour fonctionner en réseau interne et, depuis, devenue un moyen d'accès à haut débit à Internet. Il est basé sur la norme IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11).
Présentation
La norme IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11) est un standard international décrivant les caractéristiques d'un réseau local sans fil (WLAN). Le nom Wi-Fi correspond initialement au nom donné à la certification délivrée par la WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), l'organisme chargé de maintenir l'interopérabilité entre les matériels répondant à la norme 802.11. Par abus de langage (et pour des raisons de marketing) le nom de la norme se confond aujourd'hui avec le nom de la certification (c'est du moins le cas en France, en Espagne et aux États-Unis). Ainsi un réseau Wi-Fi est en réalité un réseau répondant à la norme 802.11. Dans d'autres pays (en Allemagne par exemple) de tels réseaux sont correctement nommés WLAN.
Grâce au Wi-Fi, il est possible de créer des réseaux locaux sans fil à haut débit. Dans la pratique, le Wi-Fi permet de relier des ordinateurs portables, des machines de bureau, des assistants personnels (PDA) ou même des périphériques à une liaison haut débit (de 11 Mbit/s en 802.11b à 54 Mbit/s en 802.11a/g) sur un rayon de plusieurs dizaines de mètres en intérieur (généralement entre une vingtaine et une cinquantaine de mètres). Dans un environnement ouvert la portée peut atteindre plusieurs centaines de mètres voire dans des conditions optimales plusieurs dizaines de kilomètres (pour la 'variante' WIMAX ou avec des antennes directionnelles).
Ainsi, des fournisseurs d'accès internet commencent à irriguer des zones à forte concentration d'utilisateurs (gares, aéroports, hôtels, trains, etc.) avec des réseaux sans fil connectés à Internet. Ces zones d'accès sont appelées « hot spots ».
Les iBooks d'Apple Computer furent, en 1999, parmi les premiers ordinateurs grand public à proposer un équipement Wi-Fi intégré (sous le nom d'Airport), bientôt suivis par le reste de la gamme. À partir de 2003, on voit aussi apparaître des modèles de PC portables bâtis autour de la technologie Intel Centrino, qui leur permettent une intégration similaire. Les autres modèles de PC doivent encore s'équiper d'une carte d'extension adaptée (PCMCIA, USB, Compact Flash, SD, PCI, MiniPCI, etc.).
Contrairement à une idée reçue, Wi-Fi n'est pas la contraction de Wireless Fidelity, rétro-acronyme n'ayant pas de signification idiomatique en anglais. Phil Belanger, un des fondateurs de la "Wi-Fi alliance" explique dans cet article (en Anglais) que cette signification est fausse et ne veut rien dire.
Structure
La norme 802.11 s'attache à définir les couches basses du modèle OSI pour une liaison sans fil utilisant des ondes électromagnétiques, c'est-à-dire :
- la couche physique (notée parfois couche PHY), proposant trois types de codage de l'information ;
- la couche liaison de données, constitué de deux sous-couches :
- le contrôle de la liaison logique (Logical Link Control, ou LLC) ;
- le contrôle d'accès au support (Media Access Control, ou MAC).
La couche physique définit la modulation des ondes radio-électriques 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 norme 802.11 propose en réalité trois couches physiques, définissant des modes de transmission alternatifs :
données (MAC)
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(PHY)
Il est possible d'utiliser n'importe quel protocole de transport sur un réseau sans fil WiFi au même titre que sur un réseau ethernet et internet.
Modes
Infrastructure
Le mode Infrastructure est un mode de fonctionnement qui permet de connecter les ordinateurs équipés d'une carte réseau Wi-Fi entre eux via un ou plusieurs Point d'accès (AP) qui agissent comme des concentrateurs (exemple : Hub/Switch en réseau filaire). Ce mode est essentiellement utilisé en entreprise. La mise en place d'un tel réseau oblige de poser à intervalle régulier des bornes (AP) dans la zone qui doit être couverte par le réseau. Les bornes, ainsi que les machines, doivent être configurées avec le même SSID (nom de réseau) afin de pouvoir communiquer. L'avantage de ce mode est de garantir un passage obligé par l'AP. Il est donc possible de vérifier qui entre sur le réseau. En revanche, le réseau ne peut pas s'agrandir, hormis en posant de nouvelles bornes.Ad-Hoc
Le mode « Ad-Hoc » est un mode de fonctionnement qui permet de connecter directement les ordinateurs équipés d'une carte réseau Wi-Fi, sans utiliser un matériel tiers tel qu'un Point d'accès (Acces Point * en Anglais). Ce mode est idéal pour interconnecter rapidement des machines entre elles sans matériel supplémentaire (exemple : échange de fichiers entre portables dans un train (TGV…), partage de son accès à Internet dans sa maison, dans la rue, au café, chez des amis…). La mise en place d'un tel réseau se borne à configurer les machines en mode Ad-Hoc (au lieu du mode Infrastructure), la sélection d'un canal (fréquence) et d'un SSID (nom de réseau) communs à tous. L'avantage de ce mode est de s'affranchir de matériels tiers coûteux et est plus facile à mettre en œuvre. Grâce à l'ajout d'un simple logiciel de routage dynamique (exemples : OLSR, AODV…), il est possible de créer des réseaux maillés autonomes dans lesquels la portée ne se limite pas à ses voisins (tous les participants jouent le rôle de routeur).Les différentes normes Wi-Fi
La norme IEEE 802.11 est en réalité la norme initiale offrant des débits de 1 ou 2 Mbit/s. Des révisions ont été apportées à la norme originale afin d'optimiser le débit (c'est le cas des normes 802.11a, 802.11b et 802.11g, appelées normes 802.11 physiques) ou bien préciser des éléments afin d'assurer une meilleure sécurité ou une meilleure interopérabilité. Voici un tableau présentant les différentes révisions de la norme 802.11 et leur signification :
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Linksys, la division grand public de Cisco Systems, a développé la technologie SRX pour "Speed and Range Expansion" (Vitesse et Portée Etendue). Celle-ci superpose le signal de deux signaux 802.11g pour doubler le taux de transfert des données. Le taux maximum de transfert des données via un réseau sans fil SRX400 dépasse donc les capacités d'un réseau filaire Ethernet 10/100 que l'on trouve dans la plupart des réseaux.
Sécurité
L'accès sans fil aux réseaux locaux rend nécessaire l'élaboration d'une politique de sécurité dans les entreprises et chez les particuliers. Il est notamment possible de choisir une méthode de codage de la communication sur l'interface radio. La plus commune est l'utilisation d'une clé dite Wired Equivalent Privacy (WEP), communiquée uniquement aux utilisateurs autorisés du réseau. Toutefois, il a été démontré qu'une telle sécurité était facile à contourner. De nouvelles solutions sont désormais recommandées, comme les méthodes Wi-Fi Protected Access (WPA) ou plus récemment WPA2 depuis l'adoption de la norme 802.11i. Ceci peut être combiné avec un accès sécurisé VPN (Virtual Private Network) au réseau dans une entreprise pour limiter le risque d'intrusion. Il est à noter qu'il existe encore de nombreux Points d'Accès non sécurisés chez les particuliers. Plus de 20 pour cent des réseaux ne sont pas sécurisés.
D'autres méthodes de sécurisation existent, avec, par exemple, un serveur Radius chargé de gérer les accès par mot de passe et/ou nom d'utilisateur, des accès autorisés à partir d'une liste d'adresse MAC...
Interrogations
La technologie Wi-Fi apparaît au moment où se développent les interrogations quant à l'impact des technologies de communication sans fil sur la santé de l'homme. Des débats scientifiques se sont multipliés autour du téléphone portable et commencent aujourd'hui à toucher l'ensemble de la technologie Wi-Fi.
Une telle démarche s'avère opportune dans l'hypothèse probable où cette technologie pourrait prochainement être omniprésente dans l'environnement humain, que ce soit au travail comme au domicile.
Toutefois, il est à relever que la puissance émise par les équipements Wi-Fi (~30 mW) est trente fois moindre que celle émise par les téléphones portables (~1 W). En outre, le téléphone est généralement tenu à proximité immédiate du cerveau, ce qui n'est pas le cas des équipements de Wi-Fi ; et à une dizaine de centimètres, la puissance du signal est déjà fortement atténuée (inversement proportionnel au carré de la distance). Ainsi, même si les ondes émises par les téléphones portables étaient nocives pour la santé, les effets des signaux Wi-Fi resteraient négligeables.
Il est cependant intéressant de noter qu'un téléphone en règle général ne transmet de l'informations que pendant un appel, tandis qu'un point d'accès wifi ou des machines en ad-hoc transmettent des trames de balise toutes les 125ms, soit en permanence. Il faut aussi noter que les fréquences utilisées par les équipements wifi (2.4Ghz) contiennent la fréquence de résonance de l’eau qui constitue l’essentiel du corps humain. C'est cette fréquence qui est utilisée dans les fours à micro-ondes.
Cohabitation
Le Wi-Fi utilise une bande de fréquence étroite dite ISM, 2,4 à 2,4835 GHz, de type partagée avec d'autres colocataires conduisant à des problèmes de cohabitation qui se traduisent par des interférences, brouillages causés par les fours à micro-ondes, les transmetteurs domestiques, les relais, la télé-mesure, la télé-médecine, les caméras sans fil et les émissions ATV, etc.
En Wifi on évite d'utiliser les mêmes, ou trop proches fréquences, que celles utilisées par les caméras sans fil et transmetteurs, à savoir, 2412, 2432, 2452 et 2472 Mhz (+/- 2 Mhz) ce qui correspond respectivement à la présélection, 1, 2, 3 et 4 parfois 2, 3, 4 et 1. ( ou A, B, C et D)
Faudra-t-il trouver d'autres fréquences gratuites pour certaines de ces applications, ou le wifi doit-il migrer vers une autre bande moins encombrée ?
- voir aussi : Liste des canaux Wifi
Les antennes Wi-Fi
Voici les 5 principales catégories d'antenne 2,4 GHz du commerce utilisées par les wifistes, les radioamateurs et les diverses applications dans la bande ISM :
- le dipôle, qui ressemble à un stylo, est l'antenne tige basique (1/4 d'onde), la plus rencontrée. Elle est omnidirectionnelle, 0 dBd de gain, et est dédiée à la desserte de proximité. Elle équipe aussi la caméra sans fil numérique Wifi 2.4 GHz (conforme "CE") permettant une PIRE maximale autorisée de 100 mW, 20 dBm. (D standard indicatif = 500 m à vue)
- l'antenne tige extérieure, (technologie antenne colinéaire) souvent installée sur le toit. Elle est omnidirectionnelle, son gain, 7 à 15 dBi, est lié à sa dimension verticale pouvant atteindre 2 m. Le gain (en émission) peut ne plus être compatible avec la PIRE autorisée.
Ces 2 premières descriptions, fonctionnant en polarisation V, peuvent être considérées comme des antennes station d'accueil ou de base puisque compatibles avec un environnement 360°.
- L'antenne panneau dite aussi plate (technologie interne antenne quad ou antenne patch, réseau de dipôles. Le gain commence vers 8 dBi (8 x 8 cm) pour atteindre 21 dBi (45 x 45 x 4.5 cm). C'est l'antenne qui présente le meilleur rapport gain/encombrement et aussi le meilleur rendement, qui tourne autour de 85 à 90 %. Au-delà de ce gain maximum, elle n'est plus fabriquée, car surgissent les problèmes de couplage (pertes) entre étages des dipôles et il faudrait en plus envisager le doublement de la surface. Le volume d'une antenne panneau est minimal.
- L'antenne type parabole pleine ou ajourée (grille). Son intérêt d'emploi se situe dans la recherche du gain obtenu à partir d'un diamètre théorique d'approche suivant :
18 dBi = 46 cm, 19 dBi = 52 cm, 20 dBi = 58 cm, 21 dBi = 65 cm, 22 dBi = 73 cm, 23 dBi = 82 cm, 24 dbi = 92 cm, 25 dBi = 103 cm, 26 dBi = 115 cm, 27 dBi = 130 cm, 28 dbi = 145 cm, 29 dBi = 163 cm, 30 dbi = 183 cm.
Le rendement de la parabole est moyen, 45/55%. Le volume de l'antenne, qui tient compte de la longueur du bracon, donc de la focale, est significatif.
Nota : n'importe quelle parabole (ex. TPS/CS sans tête 11-12 GHz) est exploitable en Wifi, à condition de prévoir une source adaptée : cornet, patch ou quad mono ou double, etc.
- L'antenne à fentes, sectorielle, à gain.
Les antennes à gain directionnelles ou omnidirectionnelles sont destinées à la « plus longue portée », possible, quelques kilomètres.
Les antennes panneaux et paraboliques sont uniquement directionnelles, c’est-à-dire quelles favorisent une direction privilégiée (plus ou moins ouverte) au détriment d'autres non souhaitées.
Panneau ou parabole :
On retient que les antennes panneaux sont souvent préférées (voire préférables) lorsque le bilan de liaison est favorable, mais, dès que le système doit être plus performant, les paraboles deviennent nécessaires. Le point d'équilibre, à 21 dBi, se fait avec d'un côté un panneau carré de 45 cm et de l'autre une parabole d = 65 cm.
En conclusion, en directionnel, ou point à point, il est plus intéressant de s'équiper d'abord d'un panneau, puis, si les circonstances l'exigent, d'une parabole.
Les antennes Wi-Fi sont généralement dotées de connecteurs SMA, RP-SMA ou N selon le constructeur.
Attention : les antennes à gain (exprimé en dBi ou en dBd) employées à l'émission (réception libre) doivent respecter la réglementation PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente).
Nota : il existe d'autres antennes, moins connues, et celles conçues par les wifistes, comme l'antenne cornet, l'antenne cornet-entonnoir, les Yagi, les cornières, les dièdres, les discones etc., mais seules les tiges, les panneaux et les paraboles sont significativement utilisées.
Quant aux antennes facilement bidouillables, ce sont surtout les quads et cornets.
Les applications
Une telle technologie ne peut qu'ouvrir les portes à une infinité d'applications pratiques.
Le développement de nouveaux algorithmes distribués tels que le présente l'article "New Distributed Algorithm for Connected Dominating Set in Wireless Ad Hoc Networks"de K. Alzoubi, P.-J. Wan et O. Frieder.
Ou encore, l'Acces Sans Fil à Internet (ASFI en français ou WIA en anglais), qui est aujourd'hui l'utilisation la plus courante du WI-FI
L'un des exemples les plus aboutis d'ASFI est "Ozone". Ozone déploie depuis 2003 un réseau, notamment à Paris, construit à base de technologie Wi-Fi. "OzoneParis" propose, en effet, à tous les Parisiens particuliers comme entreprises un accès à haut débit à l’Internet sans fil. Les utilisateurs peuvent se connecter au réseau d’OzoneParis, accéder à l’Internet mais aussi bénéficier de tous les services liés à l'Internet (toile, courriel, téléphonie, téléphonie mobile, téléchargements etc.). Cet accès est utilisable de façon fixe comme en situation de mobilité. Ce réseau est aussi appelé Réseau Pervasif.
En anglais « pervasive » signifie « omniprésent ». Le Réseau Pervasif est un réseau dans lequel nous sommes connectés, partout, tout le temps si nous le voulons, par l’intermédiaire de nos objets communicants classiques (ordinateurs, PDA, téléphones) mais aussi, demain, grâce à des objets multiples équipés d’une capacité de mémoire et d’intelligence : walkmans, systèmes GPS de voitures, jouets, lampes, appareils ménagers, etc… Ces objets dits « intelligents » sont d’ores et déjà présents autour de nous et le phénomène est appelé à se développer avec le développement du Réseau Pervasif. À observer ce qui se passe au Japon, aux USA mais aussi en France, l’objet communicant est un formidable levier de croissance pour tout type d’industrie. Un des exemples d'objets communicants de grande consommation nous vient de France avec "Nabaztag", un lapin connecté à l'Internet en Wi-Fi.
En parallèle des accès classiques de type hotspot, le Wi-Fi peut être utilisé pour la technologie de dernier kilomètre dans les zones rurales, couplé à des technologies de collecte de type satellite, fibre optique, Wimax ou liaison louée. Le Wi-Fi, par ailleurs, commence à s'intégrer de plus en plus dans des solutions mobiles tel les GSM et propose ainsi l'exploitation de réseaux sans-fil comme complémentarité à la téléphonie mobile classique.
Voir aussi
- Liste des systèmes de transmission d'informations
- Wired Equivalent Privacy (WEP)
- Wi-Fi Protected Access (WPA)
- Wimax
- Antenne cornet de type "Antenne Ricoré" pour les réseaux wifi.
- Réseaux sans fil communautaires
- Wifipicning
Liens externes
- Fédération France Wireless regroupant la majeure partie des associations de promotion du wifi communautaire
- Monter un réseau Wi-Fi
- Planet Wifi, Tests et dossiers concernant du matériel Wi-Fi
- Canard Wifi, actualités concernant le Wi-Fi
Certains passages de cet article, ou d'une version antérieure de cet article, sont basés sur l'article Introduction au Wifi (802.11) du site Web Comment ça marche ?. L'article d'origine porte la notice de copyright suivante : « © Copyright 2003 Jean-François Pillou - Hébergé par Web-solutions.fr. Ce document issu de CommentCaMarche.net est soumis à la licence GNU FDL. Vous pouvez copier, modifier des copies de cette page tant que cette note apparaît clairement. ».
Protocole de télécommunication
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