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Cours: serveur, réseau et communication
YBET    

11. Réseau sans fils

1. Bluetooth - 2. IEEE 802.11 - 3. IEEE 802.11 a - 4. IEEE 802.11 b - Wifi - 5. IEEE 802.11 B+ - 6. Réseau sans fils 802.11 G et G+ - 7. 802.11N - 8. 802.11ac - 9. Wimax - 10. Connexion Infrarouge - 11. Sécurité des communications

Cette partie pourrait être repris dans les réseaux Ethernet. Néanmoins, comme les connexions sans fils (Wireless) sont spécifiques, je rassemble ici: réseaux sans fils (WIFI), Wimax (y compris 4G puisqu'il en fait partie, communications infra-rouges, ...

Les connexions sans fils permettent de connecter différents appareils ... sans câble. La liaison peut-être soit de type hertzienne, soit par lumière infra-rouge. Pour les liaisons infra rouge, l'émetteur et le récepteur doivent être face à face. Ces connexions étaient utilisées (sans grand succès) pour le claviers et les souris et dans certaines imprimantes. Les connexion Internet par satellite sont vues dans un autre chapitre.

En utilisant les transmission hertziennes, les liaisons sans fils permettent la connexion simultanée de plusieurs appareils entre eux: PC en réseaux (Wlan - Wireless Lan), imprimantes (principalement la technologie AirPrint d'Apple), GSM et périphériques divers ou même de réseaux (appelés ). La difficulté de mise en oeuvre tient de la zone de réception, liée à la puissance de l'émetteur, à la détection du récepteur (d'où un protocole définissant clairement celui-ci) et de la sécurité des données transmises (cryptage des informations). Rien ne sert de sécuriser un réseau câblé si un simple récepteur hertzien pourraient pomper toutes les données circulant sur le réseau.

Les solutions hertzienne posent des problèmes d'environnement que peu de constructeurs signalent. Il n'y a qu'à se promener dans un bâtiment industriel (en tôle) pour se rendre compte que l'environnement pose quels problèmes de liaisons GSM par exemple. Les distances maximales fournies par les constructeurs parlent de terrains découverts, ce qui est rarement le cas dans les habitations ou entreprises, même s'il est possible d'installer des antennes externes dans de nombreux cas. Les environnements perturbés par des champs électromagnétiques (machines électriques de fortes puissances) posent les mêmes problèmes que dans les câblages réseaux classiques. Souvent, il faudra mélanger des solutions avec câblage réseau et liaison hertzienne.

1. Bluetooth

Ce type de liaison sans fils permet de relié deux appareils via une liaison hertzienne. Ces appareils peuvent être des appareils photo numériques, des PDA, imprimantes, .. Bluetooth exploite la gamme de fréquence des 2,45 Ghz ISM (Industrial, Scientific & Medical) qui est normalement libre de droit pour la majorité des pays. Le nombre de fréquences distinctes utilisées est de 79. Vous pourriez donc utiliser 79 réseaux différents dans la même pièce. Le débit de la connexion est de maximum 1 Mb/s pour des périphériques distants de maximum 4 mètres et 75 kb/s pour des distances supérieures. La distance maximum est de 10 mètres, mais peut atteindre dans certains cas 100 mètres. En effet, la technologie Bluetooth définit 2 catégories de puissances radio-fréquence pour les réseaux personnels, la plage courte (0 dBm) qui autorise des distances jusqu'à 10 mètres et la plage moyenne (+ 20 dBm) qui porte jusqu'à 100 mètres. La liaison radio soutient à la fois la transmission de données et vocale avec une vitesse maximum de données de 72 kb/s, ce qui est en pratique le taux maximum.

Sécurisée, cette connexion est transparente uniquement si les deux appareils se connaissent. Chaque périphérique est reçoit un code à la fabrication sur six octets: les trois premiers désignant le constructeur et les trois autres la machine. En effet, chaque appareil bluetooth peut être désactivé pour une connexion automatique ou activé pour seulement certains appareils. Les périphériques utilisent donc des systèmes de protection évitant le transfert de données non autorisées. Néanmoins, la sécurité est souvent désactivée par défaut et le piratage est donc possible pour récupérer par exemple les données du carnet d'adresse d'un GSM ou d'un PDA à partir d'un autre appareil ou utiliser le GSM du voisin pour une connexion INTERNET.

Au sein d'un réseau bluetooth, un appareil sert de maître et jusque 7 périphériques esclaves qui se partagent la bande passante. Il est possible en théorie de faire communiquer jusque 10 groupes d'appareils, soit 80 appareils.

    Au contraire des liaisons IEEE 802.11, ce type de connexion n'est pas dédié pour les liaisons réseaux (même si c'est possible). Il permet par exemple de connecter un PDA ou un GSB directement à un Notebook ou un ordinateur portable.

2. IEEE 802.11

Liaison hertzienne utilisant également la bande de fréquence des 2,45 Ghz (ISM). Le débit maximal est de 2 Mb/s sur une distance maximum de 100 mètres. Les spécificités un peu vieillottes de ce standard de réseaux sans fils datent de 1997. Elle n'est plus utilisée actuellement.

3. IEEE 802.11a

Cette norme opère dans la bande de fréquence 5-6 Ghz. Le schéma de modulation utilisé est le "orthogonal frequency-division multiplexing" (OFDM). Dans ce type de modulation, le signal est découpé et envoyé sur plusieurs de fréquences différentes. Ceci limite les interférences et rend possible des vitesses de transmission de données allant jusqu'à 54 Mb/s (soit environ 6 MB/s), mais plus généralement les communications se passent à 6 Mb/s, 12 Mb/s ou 24 Mb/s. 

La distance maximale entre le point central (qui fonctionne comme un Hub) et les stations est de 366 m à 6 Mbps en extérieur et de 91 m à 6 Mbps en intérieur. Pour de faibles distances, il est plus rapide que le 802.11B Wifi.

Cette norme est parfois appelée Wifi5. Elle est peu utilisée en Europe mais très implantée aux Etats-Unis.

4. IEEE 802.11b - Wifi - IEEE 802.11 HR

Dérivé du IEEE 802.11 (1999), cette liaison hertzienne utilise la bande de fréquence des 2,4 Ghz. Elle est utilisée comme connexion réseau via des cartes réseaux spécifiques et un appareil central  appelé point d'accès (Access Point) fonctionnant comme un hub (la bande passante totale est donc partagée entre les différents PC. Cette connexion permet un débit maximum de 11 Mb/s sur un rayon d'une centaine de mètres mais la portée dépend fortement de l'environnement (murs ou cloisons, ...). Le nombre de périphérique est limité à 10 par stations.

La connexion utilise les 2 couches basses du modèle OSI qui servent au transport. Chaque PC, portable et périphérique inclus une carte réseau de type WIFI avec une antenne. Un concentrateur (HUB, switch ou même routeur) sert de point central pour le partage ou éventuellement pour une connexion vers un concentrateur classique.

La méthode de prise de ligne est de type CSMA/CA, identique aux réseaux Ethernet. Lorsqu'une station émet sur un câble, elle est à l'écoute de toutes les stations sur le câble, ce qui pourrait ne pas être le cas dans une liaison hertzienne. En effet, le fait que 2 stations puissent se raccorder sur le noeud central n'inclut pas que les stations puissent communiquer directement entre elles si la distance est trop importante. Pour cela, on utilise le mécanisme de "Virtual Carrier Sense". Une station voulant émettre transmet un petit paquet appelé RTS (Request To Send), qui indique la source, la destination et la durée de la transmission. La station répond, si elle est libre, par un paquet de contrôle appelé CTS (Clear To Send) qui inclue les mêmes informations de durée. Toute les stations qui reçoivent un RTS ou un CTS déclenchent un indicateur de Virtual Carrier Sense (appelé NAV - Network Allocation Vector) pour une certaine durée.

La distance maximale est de 503 mètres à 1 Mbps en extérieur et de 152 m en intérieur dans un mode particulier. Peu de cartes ou de points d'accès sont compatibles avec cette fonctionalité.

Un routeur WIFI peut servir de routeur ou de pont. Il utilise généralement 2 antennes directionnelles. Les cartes réseaux sont spécifiques, avec une antenne extérieure.

5. IEEE 802.11B+

Le 802.11 B+ est dérivé du 802.11 B. Il utilise la même gamme de fréquence mais avec des particularités d'en cryptage spécifiques puisque celui-ci se fait sur 64, 128 ou même 256 bits. Pour rappel, les versions actuelles d'Internet Explorer ne cryptent que sur 128 bits. Ce système permet des débits de 22 Mbps, soit le double de 802.11b, en compressantles données.

Il est tout à fait compatible descendant avec le 802.11B standard. Un périphérique 802.11B+ acceptera donc la connexion avec les périphériques 802.11B. Par contre, ce standard n'a jamais été réellement normalisé. Des appareils 802.11B+ de fabricants différents peuvent ne pas être compatibles.

6. Réseau sans fils 802.11 G et 802.11G+

Même si la normalisation date de mai 2003, quelques appareils sont sortis avant. Les premiers appareils réellement à la norme sont sortis début juillet 2003. Cette norme wireless permet des liaisons à 54 Mbps en utilisant la gamme de fréquence des 2,4 Ghz (idem que le 802.11 b). Cette utilisation de la même zone de fréquence devrait permettre de mélanger des points d'accès 802.11 B et 802.11 B+ (dans la même marque). Le point central adapte sa vitesse en fonction du périphérique connecté, permettant à des clients 802.11 B de se connecter.

La série How to reprend la configuration d'un routeur 802.11G DI-624

La version G+ est une amélioration du 802.11G sortie début 2004. Elle double la vitesse de connexion des 802.11G pour atteindre 108 Mb/s en compressant les données. Cette vitesse est donc plus théorique que pratique. Un exemple de configuration d'un pont D-link DWL-2100AP

7. IEEE 802.11N

En cours d'élaboration en 2006 (version draft), ce norme est seulement normalisée depuis 2009. La vitesse maximum théorique est de 150 (version N-150) à 300 Mb/s (version N-300) pour 54 Mb/s en 802.11G. Cette vitesse est celle de transport et ne tient pas compte des codes de contrôles, cryptage, ... inclus dans le message. En pratique, le débit effectif est compris entre 100 et 200 Mb/s.

Le 802.11N utilise le MIMO (Multiple Input Multiple Output) qui permet d'envoie et réceptionne en utilisant trois antennes simultanément. En modifiant le positionnement des 3 antennes du point d'accès comme de la carte réseau, on augmente la distance maximum (mais toujours sous les 100 mètres). Cette solution ne permet pas non plus de "passer les murs" mais permet dans certains cas de les contourner. 

Le 802.11N utilise en même temps la bande de fréquences 2,45 Ghz - ISM et la bande des 5 Ghz (utilisée par le 802.11a). 8 canaux peuvent être utilisés (23 ou 3 est le nombre d'antennes) pour un seul dans les autres connexions.

8. 802.11ac

Normalisée début 2014, cette nouvelle version n'utilise plus la gamme de fréquence ISM mais uniquement la gamme comprise entre 5 et 6 Ghz. De nouveau, cette version utilise le MIMO pour amméliorer le rapport signal / bruit et rassemble des canaux adjacents (chaque canal utilise une plage de 20 Mhz). Si un seul canal est utilisé, le débit est de 96 Mbits/s, avec deux, il est de 200 Mbits/s, 433 Mbits/s avec 3 canaux et 866 Mbis/s avec 4 canaux. Les constructeurs de cartes réseaux intègrent le plus souvent une version G pour assurer la compatibilité avec les anciens points d'accès qui n'utilisent que la gamme 2.45Gh.

9. Wimax

Le Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) est une connexion sans fils haut débit et longue distance. Elle autorise un débit de 70 Mb/s sur maximum 50 km. C'est une liaison point à point. Cette solution est en cours d'implantation en Belgique (2008) et en France depuis fin 2006, mais peu suivie car en concurrence avec le réseau 3G basé sur les transmissions GSM.

Ce n'est pas un WIFI, il n'utilise pas la gamme de fréquence ISM (libre d'utilisation) et une autorisation préalable est obligatoire. Différentes versions sont utilisées:

Le Wimax utilise le multiplexage OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexage) qui utilise plusieurs plages de fréquence différentes en même temps, séparant les applications.

10. Connexion infra-rouge.

Ce type de connexion va disparaître et remplacé par des connexions hertzienne vues plus haut. Le premier problème de ce type de connexion vient de son mode de fonctionnement, la lumière. Les appareils connectés doivent être parfaitement en face l'un de l'autre, ce qui n'est pas toujours aisés. De plus, de nombreuses solutions ont été proposées. Même si la liaison IrDA (installé dans les imprimantes HP990CXi par exemple) a pris plus d'ampleur que les autres liaisons, cette multitude de système à fortement réduit le champs d'activité.

La liaison infra-rouge IrDA permet une connexion de 1 mètres pour une vitesse maximum de 16 Mb/s

11. Sécurité des réseaux sans fils.

Et oui, si vous pouvez vous connecter sur votre réseau sans connexion physique jusque une certaine distance, d'autres le peuvent aussi. Pour éviter que d'autres ne mettent leur nez dans votre réseau ou utilisent votre bande passante pour télécharger de la musique ou autres exploits de hackers en herbe, votre connexion sans fils doit être sécurisé.

Le premier protocole de sécurisation utilisé est le WEP (Wired Equivalent Privacy). Il date de 1999 et ses caractéristiques sont relativement faibles. WEP est implanté par défaut dans les anciens routeurs ADSL mais facilement décodable par de petits outils logiciels. Il utilise une clé connue des deux points de connexion de longueur fixe sur:

La solution suivant en 2003 passe par le protocole de sécurité 802.11i. Les retards pris par l'élaboration de la norme ont conduit à l'utilisation du WPA (Wi-Fi Protected Access), une version allégée avec un cryptage de 128 bits. Dans ce cas la clé n'est plus fixe mais peut être directement une phrase.

Deux méthodes sont utilisées:

La norme 802.11i est associée au protocole WPA2 mais est peu installée dans les équipements sans fils standards. Ici aussi, les deux modes existent. Comme différence par rapport à la première version, le cryptage est passé sur 256 bits et la méthode de chiffrement a été complètement modifiée. Cette solution pose encore de nombreux problèmes d'interconnexion entre équipements en absence de normalisation complète du WPA-2.

Deux autres méthodes sont utilisées. La première est de cacher le SSID du réseau. Comme le point d'accès n'émet pas de nom, celui-ci doit donc être connu de l'ordinateur pour pouvoir se connecter. Intéressant puisque les personnes extérieures ne détectent même pas un réseau sans fils, mais peut être détecté par différents logiciels ou même Seven et Vista mais sans connaître le nom à utiliser.

La dernière méthode passe par un filtrage par adresse MAC des cartes réseaux. Seules les cartes réseaux (et donc les ordinateurs) dont l'adresse MAC est reprise dans la liste sont autorisées à se connecter. C'est la solution de sécurité la plus sûre actuellement, surtout lorsqu'elle est utilisée en même temps que les autres méthodes ci-dessus.

En complément:

La suite du cours Hardware 2 > Chapitre 12: Protections électriques, onduleur
< 10. Connexion à distance par Internet
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Le cours Hardware 1: PC et périphériques, le cours Hardware 2: Réseau, serveur et communication.

Pour l'ensemble du cours hardware.

Révision, le 02/11/2015

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