Normes

La norme IEEE 802.11 inclut plusieurs protocoles qui sont destinés à fixer la manière dont le Wi-Fi fonctionne. Il utilise les ondes radio pour propager un signal permettant aux périphériques d'être reliés ensemble sur un même réseau. Ainsi, tous les appareils qui embarquent une carte réseau compatible avec cette norme pourront se connecter de manière plus ou moins fiable et rapide.

Nous allons énumérer tout cela et nous verrons qu'il est avant tout question de débit et de portée, puisque c'est pour fournir un réseau de qualité répondant à ces nécessités que les normes évoluent. Jeux en réseau, streaming, réalité virtuelle, etc. un grand nombre d'applications qui n'existaient pas encore à sa création sont venues s'ajouter à la liste des utilisations quotidiennes. Il a donc fallu donner au réseau Wi-Fi des plages de fréquences différentes, lui permettant d'exploiter au mieux les bandes passantes nécessaires au transfert de données de plus en plus nombreuses, réclamant des temps de latence très courts.

Sans rentrer dans des détails trop techniques, les normes IEEE 802.11 interviennent sur les 2 premières couches du modèle OSI.

On peut utiliser tous les protocoles de transport et notamment l'UDP et le TCP sur le Wi-Fi. En fonction des normes établies, le Wi-Fi sera calé sur la bande de fréquence 2,4 GHz ou 5 GHz (ou bien les deux, dans le dual band) et sur lesquelles plusieurs canaux de 20 à 160 MHz sont disponibles. Pour augmenter le débit, les canaux peuvent être agrégés.

Certaines perturbations peuvent toutefois être engendrées par la proximité d'autres technologies utilisant des canaux proches (fours à micro-ondes, Bluetooth, radio amateur, etc.). Pour une bonne utilisation du Wi-Fi en intérieur, il est recommandé de placer sa box en dehors d'un meuble, à au moins un mètre du sol et sans appareils électroniques autour qui pourraient perturber le signal émis. Dans les bâtiments plus étendus, il faudra avoir recours à un répéteur. Certaines normes donnent plus de débit sur une courte portée tandis que d'autres privilégient la portée avec un débit moindre. En effet, sur une fréquence basse, la portée est plus grande alors que sur une fréquence plus haute, la bande est plus large et permet d'avoir plus de canaux et donc plus de débit en les agrégeant.

Principales caractéristiques de la bande de fréquence 2,4 GHz

Principales caractéristiques de la bande de fréquence 5 GHz

Le Wi-Fi devenant de plus en plus présent dans nos vies et nos utilisations devenant de plus en plus consommatrices de bande passante et de gros débits, des technologies supplémentaires sont venues le renforcer.

DéfinitionQuelques définitions

Le MIMO : l'arrivée de la technologie MIMO (Multiple Input - Multiple Output) a permis de faire un pas vers les transmissions de haut débit. Elle permet d'utiliser jusqu'à 8 antennes pour multiplier le signal. Bien sûr, il faut que le récepteur utilise la même technique et le même nombre d'antennes que le routeur qui émet le signal. La technologie SU-MIMO (Single User-MIMO) ne permettait qu'à un seul utilisateur à la fois de bénéficier du MIMO. Elle est remplacée par le MU-MIMO (Multi User-MIMO) qui permet, comme son nom l'indique, de faire bénéficier du MIMO à plusieurs utilisateurs en même temps.

Le Beamforming : cette technologie permet au routeur de focaliser le signal sur un appareil en particulier pour lui attribuer plus de débit. Une analogie fréquemment employée pour expliquer ce phénomène est la lampe torche avec laquelle on peut élargir ou resserrer le faisceau, en fonction de la zone à couvrir, plus large ou plus restreinte, mais avec une puissance plus forte.

Le Band Steering ou Smart Connect : cette technologie permet au routeur et à son utilisateur de décider quelle est la bande la plus adaptée (2,4 GHz ou 5 GHz) pour communiquer en fonction de l'encombrement.

Nous ne citerons pas toutes les normes ici, car il y en a beaucoup et elles ne sont pas toutes orientées uniquement sur le débit, comme la 802.11 d par exemple, qui est plutôt un standard d'internationalisation. Nous évoquerons ici les principales.

ExempleLes différentes caractéristiques des normes Wi-Fi 1 à 5

La norme IEEE 802.11 ax est définie depuis le premier semestre 2021 comme le Wi-Fi 6. Elle étend la portée du signal à 200m environ, affiche des débits similaires à la 5G et intègre le WPA3 pour plus de sécurité. Le débit maximal passe à 10,5 Gbits/s sur 8 flux MU-MIMO. De même, la technique de codage OFDMA permet de donner plus de ressources sur un même canal en le rendant disponible à plusieurs clients simultanés par un système de découpage. Ceci permet de réduire la surcharge ainsi que la latence. En outre, il est possible d'agir encore sur la fréquence de modulation et d'augmenter le débit de 25 % par rapport au Wi-Fi 5 en passant à la méthode 1024-QAM alors qu'elle était de 256-QAM.

On commence déjà à voir apparaître la première extension, le Wi-Fi 6E qui a débuté aux États-Unis, mais qui a mis plus de temps à démarrer en Europe où il fallait dégager des bandes afin de ne pas perturber les fréquences utilisées, notamment par les réseaux ferroviaires. Cette extension bénéficie de la bande des 6 GHz en plus des bandes 2,4 GHz et 5 GHz.

Différents types de connexion

Le mode infrastructure

La première structure connue est la connexion de type « infrastructure ». Dans cette configuration, les machines communiquent entre elles via un point d'accès. On peut les appeler borne, hotspot, etc. Elles peuvent être uniques ou bien réparties sur une zone (entreprise, zone commerciale, etc.). Dans ce cas, les bornes supplémentaires serviront à étendre le réseau. Tous les points d'accès à ce réseau étendu, comme les machines qui veulent y accéder, s'identifieront sur le même SSID (Service Set IDentifier) autrement appelé : nom du réseau Wi-Fi.

L'élément central sert de passage obligé pour toute communication. Même lorsque deux personnes sont connectées au même point d'accès et communiquent entre elles, les données passent d'abord par ce spot. C'est le mode utilisé par les box.

Cette technique permet de contrôler les accès, notamment en appliquant une clé d'accès. Elle permet également un historique des connexions. Il faut différencier les points d'accès publics et privés ainsi que les points d'accès gratuits et payants. Toutes les configurations sont possibles. Ainsi, un point d'accès peut être public et payant ou privé et gratuit, tout dépend de qui le met à disposition et des conditions qui ont été définies. Par exemple, un hôtel peut offrir le Wi-Fi à ses clients en indiquant la clé sur un ticket (donc privé et gratuit) tout comme un camping peut mettre à disposition un réseau Wi-Fi à tous ceux qui veulent se connecter, moyennant un tarif affiché (donc public et payant).

Le mode pont

Lorsqu'un point d'accès est installé en mode pont, il reçoit le signal d'un routeur Wi-Fi et le répercute également en Wi-Fi, mais il a aussi une sortie RJ45 qui lui permet d'être connecté à un switch et de rediriger le signal ADSL en filaire sur les appareils branchés. Ceci permet par exemple de dupliquer le réseau dans un autre bâtiment ou sur un autre étage.

Le mode ad hoc

Dans cette configuration, les machines communiquent entre elles de façon directe, on dit aussi en mode « peer to peer ». Il n'y a pas besoin de passer par un élément central ou point d'accès. Il s'agit plutôt d'un mode éphémère, utilisé pour un besoin immédiat de connexion entre plusieurs machines. Ce mini réseau peut être étendu pour former un réseau maillé grâce à des protocoles de routage dynamique qui utiliseront les machines connectées comme autant de routeurs. Il n'y a pas de hiérarchie entre les éléments du groupe.

Le Wi-Fi direct

Le Wi-Fi direct est une sorte de mode « ad hoc ». Il met principalement en relation 2 éléments. Il se différencie par le fait qu'il implique une hiérarchie entre ces éléments. Le GO (Group Owner) est le seul du groupe à assurer la liaison avec un autre réseau et son rôle ne peut pas être transmis à un autre élément. Si le GO se déconnecte, le groupe est dissout. S'il y a plusieurs clients, ils ne peuvent pas communiquer entre eux comme dans un réseau ad hoc, de même qu'il n'y a pas de saut puisque les éléments ne sont pas considérés comme des routeurs.

Il y a 3 méthodes de mise en relation dans le réseau Wi-Fi direct :

Lorsque plusieurs appareils se connectent en Wi-Fi, mais ne sont pas compatibles avec la même norme, le routeur s'adapte à la norme la plus ancienne, donc la plus lente. Celui qui a la norme la plus récente peut se connecter quand même grâce à sa rétrocompatibilité, mais ne bénéficie pas du débit maximum que lui procure sa norme plus récente.

Il faudra néanmoins être vigilant aux arguments marketing qui annoncent les débits théoriques plutôt que réels et qui ajoutent les débits sur plusieurs bandes (la 2,4 GHZ et la 5 GHz) pour annoncer un débit maximal, au-delà de ce que la norme même recommande.

Matériel

Après avoir abordé les différentes normes et technologies, nous allons maintenant nous pencher sur le matériel utilisé pour la transmission des données par Wi-Fi.

Le routeur

Le routeur est l'appareil principal dans la liste du matériel nécessaire. Il récupère le signal ADSL de la box Internet et le répercute en créant un réseau Wi-Fi. La norme qu'il utilise déterminera sa portée ainsi que les débits qu'il peut accorder à ses périphériques. Il faut qu'il soit placé dans le bâtiment de façon à subir le moins de perturbations et à couvrir la meilleure surface possible. Il est administrable par une interface web et éventuellement une application mobile.

Le routeur apporte en plus des fonctionnalités telles que le contrôle parental, la QoS (Quality of Service) permettant de définir des priorités sur l'allocation de la meilleure bande passante, la surveillance du réseau pour vérifier les connexions ainsi que la possibilité de se connecter grâce à un VPN.

Certains routeurs sont orientés gaming par exemple, permettant d'optimiser le débit maximum pour toutes les connexions relatives au jeu en ligne.

Il existe des routeurs de catégories et de tarifs différents, l'usage peut être aussi bien chez des particuliers que dans des entreprises ou des lieux publics.

ExempleRouteur TP Link Wi-Fi 6 - Archer AX 6000

Le répéteur

Le répéteur est utilisé dans les configurations où le signal Wi-Fi n'est pas assez étendu pour couvrir toute une zone. Placé pratiquement en bout de portée du signal reçu, il l'amplifie et le répercute sur une nouvelle zone. La plupart des répéteurs ont une fonction d'accès en mode pont qui leur permet, grâce à une prise RJ45 intégrée, de relier des appareils avec un câble Ethernet. Il comporte souvent un système lumineux qui permet de trouver le meilleur endroit pour le positionner en fonction du signal reçu et peut s'administrer par une application mobile. Les répéteurs peuvent aussi être utilisés à plusieurs dans une configuration maillée avec un seul SSID.

ExempleRépéteur TP-Link WiFi RE650

L'antenne Wi-Fi

Lorsqu'on veut déployer un réseau Wi-Fi sur une grande zone, il est parfois nécessaire d'installer une antenne sur un bâtiment. Celle-ci diffusera le signal sur une plus longue distance. Dans le sens inverse, l'antenne peut aussi servir de pont pour récupérer un signal distant. Dans ce cas, elle est reliée à un point d'accès qui sert de routeur et répète le signal localement.

Il existe des antennes omnidirectionnelles couvrant une zone de 365° et des antennes directionnelles. Ces dernières peuvent avoir des formes différentes, ce qui leur confère un angle plus ou moins restreint, mais augmente la portée. Les antennes sectorielles sont à mi-chemin et couvrent donc un angle de 180° tout en restant dans la catégorie des antennes directionnelles. Les antennes Wi-Fi peuvent être utilisées par exemple sur un bateau amarré au port et qui voudrait capter un point d'accès en ville.

ExempleDifférents types d'antennes Wi-Fi

La carte PCI

La carte PCI est l'interface qui permet d'équiper un PC de bureau d'une connexion Wi-Fi plus performante que celle offerte par la carte mère (lorsque celle-ci en est équipée). Elle se connecte à un port PCIe et apporte parfois quelques fonctionnalités supplémentaires. Certaines permettent de détacher les antennes et de les fixer sur un support externe.

ExempleCarte PCIe Wi-Fi Asus PCE-AC68

La clé USB Wi-Fi

Lorsque l'on veut équiper son ordinateur portable d'une meilleure connexion au routeur ou à la box Internet, il est possible de se procurer une clé USB Wi-Fi. La configuration se fera automatiquement grâce aux propriétés Plug and Play. Certaines ont une ou plusieurs antennes déployables et orientables. D'autres ont un support filaire pour les poser à distance.

ExempleClé USB Wi-Fi 6 ASUS USB-AX56