Le Wi-Fi 802.11 Les réseaux HiperLAN Les réseaux BlueToothLe Wi-Fi 802.11
Le terme Wi-Fi signifie "Wireless Fidelity" et s'utilise généralement pour faire référence à tous les réseaux sans fil basé sur les normes 802.11, dual-band, ... C'est une nomenclature qui est mise en avant par le consortium Wi-Fi Alliance.
Jusqu'à présent, le terme "Wi-Fi" était utilisé en lieu et place du standard 2.4GHz 802.11b, de la même manière qu'"Ethernet" est utilisé en lieu et place de IEEE 802.3.
Tous les produits testés et certifiés Wi-Fi certified™ sont interopérables entre-eux, même s'ils proviennent de fabricants différents. Quoi qu'il en soit, tout produit Wi-Fi utilisant la même fréquence de communication (i.e. 2.4GHz pour 802.11b/802.11g ou 5GHz pour 802.11a) devrait fonctionner avec n'importe quel autre du même standard.
Principe de la norme 802.11
La norme 802.11 propose deux architectures pour configurer un réseau : ad-hoc (point-à-point) ou infrastructure.
Dans le réseau ad-hoc, les ordinateurs n'utilisent pas de structure précise pour créer les chemins d'échange des données et chacun peut dialoguer avec tous les autres. C'est en quelque sorte un réseau créé "à la volée" et génère un brouhaha d'informations.
Avec l'architecture nommée infrastructure, les mobiles utilisent des points d'accès fixes pour dialoguer, ces derniers étant parfois connectés de manière filaire avec d'autres points d'accès afin d'élargir la portée du réseau. C'est une topologie très proche de celle utilisée dans les réseaux cellulaires actuels.
Les couches réseaux du standard 802.11
Les spécifications du 802.11 reposent à la fois sur les couches PHY (Physique) et MAC (Medium Access
Control) du modèle OSI. La couche PHY supporte la transmission de données entre les différents
noeuds du réseau et fonctionne dans les bandes de fréquence 2.4GHz - 2.4835GHz pour la transmission
par spectres (spread-spectrum transmission) et de 300MHz - 428MHz pour l'IR (Infra-Rouge).
L'IR est souvent considéré comme le parent pauvre des transmission sans fil car émetteur et récepteur
doivent être dans la même ligne de visibilité. Il peut également y avoir des interférences avec les
rayons lumineux. Les signaux radio, quant à eux, permettent d'atteindre le récepteur même à travers
un mur. En contrepartie, des personnes non autorisées peuvent récupérer les données en transit
relativement facilement.
La couche MAC regroupe un ensemble de protocoles responsables du maintien de l'ordre des informations envoyées et/ou reçues. Le standard 802.11 utilise le CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) que l'on connaît déjà avec le standard 802.3 (abusivement appelé Ethernet). Dans ce protocole, tout envoi d'information est d'abord soumis à un "renifflage" du réseau pour s'assurer que personne d'autre n'est en train d'émettre. Si le support est disponible, le paquet d'information est transmis. Sinon, il sera réémis ultérieurement avec un facteur "aléatoire" (backoff factor) déterminant le temps d'attente avant réémission. La raison pour cela est très simple : l'émetteur ne peut pas écouter par avance si d'autres données sont en cours de transmission puisque le signal qu'il génère annihile tous les autres signaux lui arrivant.
A chaque fois qu'un paquet est transmis, une suite d'informations est échangée par les deux appareils souhaitant communiquer (cf. schéma ci-contre). L'émetteur envoie d'abord un signal RTS (ready To Send) auquel le récepteur répond par un CTS (Clear To Send). L'émetteur envoie alors son paquet d'information auquel le récepteur répond par un ACK (ACKnowledge). Ce va-et-vient s'opère pour chaque paquet d'information, réduisant les pertes d'information lorsque plusieurs zones Wi-Fi se superposent.
Les différentes spécifications dans 802.11
Quand l'IEEE a ratifié les standards 802.11a et 802.11b en 1999, son but était de créer une technologie permettant de transmettre de l'information sur plusieurs fréquences et encodages, de la même manière que 802.3 le permet avec des débits de 10, 100 et 1000 Mbps sur fibre optique ou paire torsadée cuivre.
- 802.11 -- bandes passantes de 1 et 2 Mbps dans la bande de fréquence des 2.4GHz en utilisant soit le FHSS (Frequence Hopping Spread Spectrum) soit le DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).
- 802.11a -- une extension du 802.11 qui permet d'atteindre 54 Mbps dans la bande de fréquence des 5GHz UNII (Unlicensed National Information Structure - Structure d'Information Nationale sans License). 802.11a utilise un encodage selon OFDM.
- 802.11b -- extension du 802.11 permettant des transmissions à 11 Mbps (avec des débits de retrait à 5.5 Mbps et 1 Mbps) dans la bande de fréquence des 2.4GHz ISM (Industrie, Scientifique et Médical).
- 802.11g -- extension du 802.11 permettant d'atteindre des débits de 20+ Mbps dans la bande de fréquence des 2.4GHz.
802.11a Vs. 802.11b
802.11b a été défini pour utiliser la bande de fréquence des 2.4GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) selon la technology de diffusion de spectre de fréquences. De son côté, 802.11a utilise une bande de fréquence nouvellement allouée dans les 5GHz UNII avec une propagation des informations par multiplexage dans le but d'être mieux intégré dans les environnements de bureau.
Dans le monde radio, ce que l'on gagne en vitesse se voit dépensé en énergie et en distance tolérée selon la loi bine connue du carré de l'inverse. Ainsi, en passant des 2.4GHz à 5GHz, les distances ont été réduites mais les débits multipliés par cinq. Pour ne pas réduire d'un facteur trop important les distances disponibles, les éléments utilisant les technologies 802.11a consomment davantage d'énergie. Les consommations peuvent aller jusqu'à 1 Watt mais restent très souvent en deçà pour des raisons de durée de vie des batteries ainsi que des problèmes de dissipation de chaleur. On considère qu'elles peuvent atteindre environ 50 mW ou 250 mW en fonction des plages de fréquences nécessaires.
802.11a, avec des débits théoriques de 54 Mbps, utilise la même couche MAC que 802.11b, aux débits théoriques de 11 Mbps mais ne propose pas le même principe d'encodage des informations. Cela rend donc impossible l'évolution d'un réseau 802.11b vers 802.11a sans en changer toute l'infrastructure. Cependant, rien n'empêche les deux technologies de coexister puisqu'elles ne partagent pas les mêmes plages de fréquence.
HiperLAN (HIgh PErformance Radio Local Area Network) est un ensemble de spécifications mises en place par l'Institut Européen des standards de Télécommunications pour la création de réseaux locaux sans fil. C'est relativement semblable à 802.11 mais plutôt orienté pour un usage Européen. Il existe deux types de spécifications :
- HiperLAN/1 -- Communications jusqu'à 20 Mbps sur la bande de fréquence des 5 GHz.
- HiperLAN/2 -- Communications jusqu'à 54 Mbps sur la bande de fréquence des 5 GHz.
Bluetooth est une méthode de radiocommunication utilisant de courtes distances
pour remplacer les câbles entre les divers périphériques gravitant autour des ordinateurs, ou bien pour relier
deux ordinateurs entre-eux. Ce projet a été initié par Ericsson Mobile Communication en 1994 et
vise bien sûr à l'éradication de toute la câblerie informatique entre périphériques qui pose
les problèmes bien connus que sont la multitude de types de câblages, un enchevêtrement de fils ainsi
qu'une certaine difficulté pour rendre les appareils mobiles.
Pour la petite histoire, le terme Bluetooth proviendrait de Harald Bluetooth, un Roi Scandinave
du 10ème siècle qui aurait réussi à unifier plusieurs royaumes barbares.
Les buts principaux de Bluetooth sont :
- Un usage global
- Le support de la voix et des données
- La possibilité d'établir des connexions ad-hoc (point-à-point)
- Peu sujet aux interférences générées par les autres moyens de communication dans les même bandes de fréquence
- Consommation électrique très faible et encombrement réduit par rapport aux périphériques standards
- Coût très faible des produits par rapport à ceux capables des mêmes actions mais non-bluetooth
Techniquement, la transmission d'informations aérienne de Bluetooth utilise le saut de fréquences avec 79 sauts décalés chacun de 1 MHz (de 2.402GHz à 2.480GHz). Les débits peuvent atteindre 1600 bonds par seconde maximum mais selon la législation en vigueur, chaque pays peut avoir des débits différents. La portée totale peut varier de 10 cm à 10 m mais pourrait être augmentée en augmentant la puissance du transmetteur, originellement à 100 mW maximum.
Créer un réseau avec Bluetooth
Huit appareils Bluetooth au maximum peuvent être regroupés ensemble pour former ce que l'on appelle un réseau Piconet où la relation Maître-esclaves est mise en place. La topologie employée pour constituer un réseau Bluetooth peut être soit du point-à-point (ad-hoc), soit du point-à-multipoints. Toute unité d'un piconet peut établir une connexion avec une autre unité d'un autre piconet pour former un Scatternet.
La transmission de paquets d'information peut être faite en mode synchrone ou asynchrone. Chaque canal synchrone peut supporter des débits jusqu'à 64 Kbps, bien suffisant pour transporter de la voix. En mode asynchrone, le débit maximal est de 721 Kbps dans un sens et de 57.6 Kpbs dans l'autre sens (un débit de 432 Kbps est possible si le lien est symétrique). Tous ces paquets d'information utilisent des commutations de paquet ou de circuit, avec chaque paquet empruntant une fréquence différente (un "hop" par paquet). Le mode Synchrone (SCO - Synchronous Connection Oriented) est plutôt réservé pour la transmission de la voix. Le mode Asynchrone (ACL - Asynchronous ConnectionLess) est plutôt orienté données. Dans un Piconet, chaque paire Maître-esclave peut utiliser indifféremment SCO ou ACL et peut en changer à volonté. Enfin, c'est le Maître qui fixe les tours de parole pour chaque Esclave et peut envoyer un broadcast à tous ses esclaves en utilisant le lien ACL.
Le fait de changer de fréquence à chaque paquet transmis augmente la robustesse du principe de transmission aérien de Bluetooth. Le changement de fréquence suit, quant à lui, une suite pseudo-aléatoire accroissant la sécurité du transfert de l'information. Les connexions Bluetooth peuvent prendre les états suivants :
- Standby -- Les périphériques non connectés à un piconet sont en attente. Dans ce mode, ils attendent des messages chaque 1.28 secondes sur 32 "hops" (sauf en France, Espagne et Japon).
- Page/Inquiry -- Un périphérique souhaitant établir une connexion avec un autre périphérique envoie un signal Page - si l'adresse est connue - ou Inquiry - si l'adresse est inconnue.
- Active -- Une transmission de données est en cours.
- Hold -- Etat d'attente, initialisé par le maître ou l'esclave, dans lequel aucune information n'est transmise. Le but est de conserver de l'énergie. Dans le cas contraire, un échange de données est toujours réalisé entre les unités du réseau.
- Sniff -- Ce mode est réservé aux Esclaves pour l'économie d'énergie comme Hold mais en moins élaboré.
- Park -- Mode d'économie d'énergie le plus important dans lequel le périphérique est toujours synchronisé avec le Piconet mais ne prend plus part au traffic. Il se contente d'attendre un Broadcast du Maître.
Sécurité avec Bluetooth
3 types de correction d'erreur sont mis en place : 1/3 taux FEC (Forward Error Correction), 2/3 taux FEC et Requête de répétition Automatique (ARQ - Automatic Repeat Request). Les méthodes FEC permettent de réduire le nombre de retransmissions mais génèrent un overhead significatif donc ne sont généralement pas utilisées dans un environnement considéré comme étant sans-erreur et s'occupent peu des paquets d'entête. Le principe du ARQ nécessite que les données d'entête ainsi que les codes CRC soient valides sinon une retransmission est effectuée.
Trois moyens coexistent pour assurer une plus grande sécuriét des données :
- Saut de plages -- Saut de bandes de fréquences suivant un schéma pseudo-aléatoire réduisant grandement les tentavies d'écoute.
- Authentification -- Permet à un utilisateur de contrôler les accçs à certains périphériques.
- Cryptage -- Utilisation de clés de 1, 40 et 64 bits.