Paul Mühlethaler

802.11 et les réseaux sans fils

© Groupe Eyrolles, 2002 ISBN : 2-212-11154-1

Avant-propos

Après des débuts difficiles au début puis au milieu des années 90, les réseaux sans fildécollent en ce début des années 2000.

Avec des débits de 11 Mbit/s pour les produits standards actuels (IEEE 802.11b) etjusqu’à 50 Mbit/s pour les produits les plus avancés (IEEE 802.11a), la technologie offredes performances voisines de celles des réseaux traditionnels. Dans le même temps, leprix des produits tend à diminuer considérablement et la technologie se banalise. Déjàplus de 10 millions de cartes IEEE 802.11b auraient été vendues de par le monde.

Il est important de remarquer que cette technologie non seulement progresse rapidementdans son domaine initial du réseau local mais déborde ce dernier en s’immisçant danscelui des techniques d’accès.

Dans les réseaux locaux, qu’ils soient d’entreprise ou domestiques, les réseaux sans filviennent naturellement compléter les réseaux existants en offrant plus de souplesse et dela mobilité. Ils permettent de surcroît de couvrir des lieux où le câblage est difficile et cher.

Dans le domaine des réseaux d’accès, nous assistons à l’avènement de nouveaux opéra-teurs, appelés WISP (Wireless Internet Service Provider), qui déploient des réseaux sansfil de type IEEE 802.11, ou Wi-Fi (Wireless-Fidelity), dans des lieux de fort passage,appelés hotspots, tels que gares, aéroports, hôtels, cafés, etc. Ces déploiements permet-tent aux abonnés de passage dans ces lieux d’accéder à Internet et à d’autres services parune liaison 802.11 Wi-Fi.

À côté de ces déploiements commerciaux, nous assistons à des initiatives spontanées dedéploiement. Aux États-Unis surtout, dans de nombreuses villes, des individus se regrou-pent pour coordonner le déploiement de réseaux IEEE 802.11. Ces réseaux permettent departager une même connexion à Internet et de tisser des réseaux métropolitains.

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802.11 et les réseaux sans filXIV

Ce succès simultané dans le domaine du réseau local et du réseau d’accès préfigure peutêtre un succès plus large encore. Certains pensent à des technologies de typeIEEE 802.11 associées à des standards IP (Internet Protocol) pour bâtir les réseauxd’accès de quatrième génération. Devant les problèmes rencontrés par l’UMTS (Univer-sal Mobile Telecommunications System), certains songent à passer directement à cesréseaux.

Dans ce climat de franc succès, il nous est apparu que les acteurs du domaine, qu’ilsproviennent du monde de l’informatique ou de celui des télécommunications, devaientpouvoir disposer d’une compréhension aussi complète que possible de la technologie desréseaux sans fil et de la norme IEEE 802.11.

Quels sont les objectifs de cet ouvrage ?Le premier objectif de cet ouvrage est de fournir au lecteur les clés de compréhension desprincipales questions techniques relatives aux réseaux sans fil. Cette compréhensionpasse par une approche des mécanismes de base que sont la transmission d’un signalnumérique dans un canal radio et le partage de ce dernier au sein d’un réseau et par uneprésentation détaillée de la norme IEEE 802.11 et de ses différentes extensionsIEEE 802.11a, b, e, f, g, h, i.

Nous consacrons également d’importants développements aux normes concurrentesd’IEEE 802.11, telles les normes européennes HiperLAN types 1 et 2 et la norme deréseau sans fil personnel Bluetooth.

Le second objectif de l’ouvrage est de fournir toutes les clés d’utilisation et de déploie-ment des réseaux sans fil et spécialement des produits IEEE 802.11b de type Wi-Fi :problèmes de sécurité et plus particulièrement du système WEP (Wired EquivalentPrivacy) d’IEEE 802.11, aspects réglementaires, composants, produits, logiciels, etc.Nous décortiquons le concept Wi-Fi, qui allie les fonctions de marque et de normed’interopérabilité des produits 802.11.

C’est donc une part très importante de cet ouvrage que nous consacrons aux problèmesde déploiement, couvrant toutes les situations possibles et proposant des déploiementstypes. Dans le dernier chapitre, orienté prospective, nous envisageons, en présentant destravaux de recherche actuellement menés à l’IETF (Internet Engineering Task Force), laconception d’une architecture de réseau sans fil routé. Cette architecture, similaire à celledu réseau mondial Internet, constitue la généralisation ultime des architectures de réseausans fil.

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Avant-proposXV

À qui s’adresse l’ouvrage ?Ce livre s’adresse à tout lecteur souhaitant acquérir une vision approfondie du domainedes réseaux sans fil et de la norme IEEE 802.11.

Il vise en premier lieu les professionnels amenés à utiliser la technologie des réseauxsans fil, tels les décideurs chez les opérateurs, les directeurs informatiques, les directeursde système d’information ou les administrateurs réseau. Il s’adresse aussi à ceux qui sontamenés à effectuer des développements ou à bâtir des solutions intégrant la technologiedes réseaux sans fil et la norme IEEE 802.11, tels les consultants, concepteurs d’architec-ture réseau, chefs de projet ou ingénieurs développement.

L’approche de cet ouvrage est didactique, et il n’est requis qu’un minimum de connais-sance pour sa lecture. Quand l’exposé implique l’introduction d’une notion importante,indirectement liée aux réseaux sans fil, cette dernière est expliquée, et des références sontfournies au lecteur souhaitant approfondir le sujet. De même, la présentation des réseauxsans fil et des normes afférentes est progressive, de façon à permettre au lecteur d’acqué-rir toutes les notions nécessaires. Elle s’accompagne également de références utiles. Cetype d’approche destine cet ouvrage tout particulièrement aux étudiants dans le domainedes réseaux.

Organisation de l’ouvrageCe livre couvre les aspects à la fois théorique, technique et pratique des réseaux sans fil :

• L’aspect théorique est relatif aux bases mêmes des réseaux sans fil et concerne lesrésultats théoriques employés, les limites atteintes et les points qui restent à étudier ouà améliorer.

• L’aspect technique s’attache à montrer comment les spécifications des réseaux sans filont d’abord vu le jour en tant que réponses techniques avant d’être adoptées par lesstandards dans les différents pays.

• L’aspect pratique concerne les conditions d’emploi techniques et réglementaires, ainsique le déploiement et l’optimisation des réseaux sans fil.

Organisation en parties

À partir de cette trame, l’ouvrage est organisé en trois parties :

1. La première partie étudie les deux problèmes fondamentaux qu’il faut résoudre pourbâtir des réseaux sans fil : comment utiliser le canal radio pour la transmission numé-rique et partager le canal radio au sein du réseau.

2. La partie II présente en détail la norme IEEE 802.11 et ses extensions. Cette partieprésente également succinctement les normes concurrentes.

3. La partie III est dédiée à tous les problèmes pratiques concernant la technologieIEEE 802.11 : réglementation, produits, déploiement, sécurité, etc.

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Organisation en chapitres

L’ouvrage est composé de 10 chapitres, aux contenus suivants :

• Le chapitre 1 sert d’introduction générale au livre. Il présente les principales applica-tions qui ont suscité la technologie des réseaux sans fil et introduit succinctement lesprincipales architectures de réseau sans fil, ainsi que l’aspect réglementaire et les prin-cipales normes du domaine.

• Le chapitre 2 concerne la transmission numérique radio. Son objectif est de présenter leproblème de la transmission dans un canal radio, ainsi que les différents types de modula-tion envisageables et les techniques qui permettent de lutter contre le fading et les trajetsmultiples tout en transmettant à haut débit. Ce chapitre vise à familiariser le lecteur avec latransmission radio numérique et les techniques de la modulation et à lui permettred’acquérir les connaissances de base de ces techniques, avant d’aborder celles qui sontmises en œuvre dans les normes de réseau sans fil IEEE 802.11, HiperLAN et Bluetooth.

• Le chapitre 3 est consacré aux techniques de partage du canal radio entre les différentsnœuds du réseau. Les ondes radio, contrairement aux signaux sur un câble, se propa-gent dans toutes les directions. Il est donc indispensable de partager le médium radio si

Organisation de l’ouvrage

Partie IComment

transmettre dansun canal radioet le partager

Partie IIIEEE 802.11

et les normesconcurrentes

Partie IIIMise en œuvre,déploiement et

perspectives

Chapitre 1

Chapitre 2

Chapitre 3

Chapitre 4

Chapitre 5

Chapitre 8

Chapitre 6

Chapitre 7

Chapitre 9

Chapitre 10

Introduction

La transmission physique d'un signal radio

Le partage du canal radio

La norme IEEE 802.11 et son extension 802.11b

Les autres extensions de la norme IEEE 802.11

Implémentations et solutions IEEE 802.11

Les normes concurrentes d'IEEE 802.11

IEEE 802.11 et la sécurité

Déploiement de réseaux IEEE 802.11

Le routage dans les réseaux ad-hoc multisaut

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Avant-proposXVII

l’on souhaite créer un réseau sans fil. Le chapitre débute avec les protocoles ancêtresque sont aloha et le multiplexage temporel statique, ou TDMA (Time DivisionMultiple Access), avant de présenter les protocoles plus modernes, tels CSMA (CarrierSense Multiple Access) et les protocoles à jeton. Il montre comment les protocolesprécédents, souvent conçus pour des réseaux câblés, s’adaptent aux réseaux sans fil.

• Le chapitre 4 présente la norme IEEE 802.11 de 1997 et son extension IEEE 802.11b de1999. La présentation d’une norme est toujours un exercice délicat. Le parti pris quenous avons adopté est celui de l’explication et de la simplification du standard, tout enfournissant suffisamment de détails pour satisfaire un grand nombre de questions que sepose l’homme de l’art. Nous présentons d’abord l’architecture du standard IEEE 802.11et les mécanismes fondamentaux. Nous poursuivons par la présentation des différentestrames et des couches offertes par les standards IEEE 802.11 et IEEE 802.11b.

• Le chapitre 5 couvre la norme IEEE 802.11a, dont les premiers produits commencentà apparaître, notamment aux États-Unis, et les travaux des groupes 802.11 qui œuvrentà l’amélioration du standard. Nous présentons plus particulièrement les travaux dugroupe IEEE 802.11e concernant la qualité de service dans IEEE 802.11, ainsi que lestravaux du groupe IEEE 802.11i concernant l’amélioration de la sécurité desréseaux 802.11 et les travaux du groupe IEEE 802.11g, qui spécifie une nouvellecouche physique à haut débit pour la bande des 2,4-2,5 GHz.

• Le chapitre 6 concerne les normes concurrentes d’IEEE 802.11. Les normesHiperLAN types 1 et 2, conçues comme pendants européens de la norme américaineIEEE 802.11, ont parfaitement leur place dans ce chapitre, mais avec un petit bémol.Le retard technologique du Vieux Continent est tel dans le domaine des réseaux paquetqu’à l’heure actuelle il n’existe pas de produit conforme à ces standards. Il estd’ailleurs à craindre qu’il n’en existera pas. Si nous avons choisi de décrire malgré toutces standards, c’est que ceux-ci comportent de nombreuses idées originales intéres-santes. La norme Bluetooth, quant à elle, n’est pas vraiment une norme de réseau localsans fil, à la différence d’IEEE 802.11, mais plutôt une norme de réseau sans filpersonnel susceptible de relier à courte portée un petit nombre d’équipements, le plussouvent deux, comme un appareil photo et un ordinateur portable. En tant que spécifi-cation de réseau personnel, Bluetooth devrait connaître le succès, dans sa formeactuelle ou dans des formes plus avancées.

• Le chapitre 7 traite de la sécurité, problème aigu des réseaux sans fil s’il en est.Certains développements de ce chapitre sont partiellement repris au chapitre 9, dédiéau déploiement.

• Le chapitre 8 présente les éléments techniques des réseaux IEEE 802.11, tels quecomposants, produits et compléments, et les solutions proposées par les industriels.Est également abordé le problème de l’interopérabilité des produits. La certificationWi-Fi (Wireless-Fidelity) du WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) est enoutre décrite en détail.

• Le chapitre 9 aborde en profondeur les problèmes de déploiement des réseaux sans filIEEE 802.11. Il devrait fournir à chaque profil de lecteur la solution de déploiement la

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mieux adaptée à son cas particulier : réseau domestique, pont sans fil entre bâtiments,réseau d’entreprise, réseau IEEE 802.11 comme réseau d’accès, etc. Le déploiementest abordé au sens large du terme, allant de la prise de décision et de la gestion deprojet jusqu’aux paramètres techniques et à l’optimisation. Les déploiements commer-ciaux des nouveaux opérateurs WISP (Wireless Internet Service Provider) commel’émergence des réseaux spontanés 802.11 sont également décrits.

• Le chapitre 10 est un chapitre de prospective, dédié au routage dans les réseaux sans fil.L’interconnexion a toujours été un facteur d’essor rapide des réseaux, comme entémoigne Internet. L’interconnexion des réseaux sans fil à l’aide de routeurs, et de préfé-rence en évitant de disposer de réseaux câblés, peut ouvrir la porte à de nouvelles appli-cations. C’est en tout cas un sujet qui intéresse particulièrement les militaires américains,qui ont contribué à la création du groupe de travail MANET (Mobile Ad Hoc NETwork)de l’IETF (Internet Engeenering Task Force) sur les réseaux mobiles ad-hoc. Ce groupetravaille à la spécification de protocoles de routage pour réseaux mobiles ad-hoc.

Parcours de lectureTrois itinéraires de lecture sont proposés. Le premier est celui d’une lecture linéaire del’ouvrage. Il permet d’assimiler progressivement toutes les notions nécessaires à unecompréhension en profondeur. Le second itinéraire est celui de l’homme de l’art, rompuavec la technique. Après l’introduction, ce dernier peut passer directement au chapitre 4,puisqu’il possède déjà un solide bagage technique. Le troisième itinéraire est offert àl’utilisateur pressé, qui souhaite trouver rapidement les réponses aux questions qu’il sepose sur IEEE 802.11 en matières de réglementation, de produit, de déploiement et desécurité. Après l’introduction, ce lecteur peut se rendre directement au chapitre 8.

• Lecture linéaire. Le premier itinéraire concerne la lecture linéaire de l’ouvrage. Ilpermet d’acquérir au fil de l’eau tout le bagage nécessaire : théorie, technique, vocabu-laire, réglementation, matériel et déploiement. C’est l’itinéraire recommandé pour lelecteur novice qui souhaite acquérir des bases solides.

• Lecture de l’homme de l’art. Ce deuxième itinéraire est celui d’un lecteur déjà initié auxréseaux et qui souhaite approfondir ses connaissances. Ce lecteur peut sauter les chapitres 2et 3 et entrer dans le livre directement au chapitre 4, consacré à la norme IEEE 802.11, pouradopter ensuite une lecture linéaire. Cette impasse dépend bien sûr de sa compétence, unspécialiste de la transmission numérique radio pouvant sauter sans difficulté le chapitre 2 etun spécialiste des protocoles et de l’accès multiple se passer du chapitre 3.

• Lecture de l’utilisateur pressé. Ce dernier itinéraire est celui du lecteur qui nesouhaiterait qu’aborder le côté pratique et utilitaire des réseaux sans fil. Ce lecteur peutentrer directement dans la partie III et se dispenser du chapitre sur la sécurité, dont lesconclusions sont partiellement reprises au chapitre 9. Certaines notions risquentévidemment de lui faire défaut, mais l’usage de l’index le guidera vers les pagessusceptibles de clarifier les points obscurs.

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Avant-proposXIX

Parcours de lecture

Chapitre 1

Chapitre 2

Chapitre 3

Chapitre 4

Chapitre 5

Chapitre 8

Chapitre 6

Chapitre 7

Chapitre 9

Chapitre 10

Introduction

La transmission physique d'un signal radio

Le partage du canal radio

La norme IEEE 802.11 et son extension 802.11b

Les autres extensions de la norme IEEE 802.11

Implémentations et solutions IEEE 802.11

Les normes concurrentes d'IEEE 802.11

IEEE 802.11 et la sécurité

Déploiement de réseaux IEEE 802.11

Le routage dans les réseaux ad-hoc multisaut

Lecture del'utilisateurpressé

Lecture del'hommede l'art

Lecturelinéaire

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