Wi-Fi et réseaux locaux sans fil

Le Wi-Fi, qui regroupe les normes de réseau local sans fil de la famille IEEE 802.11, permet aux appareils de se connecter à un réseau par ondes radio via des points d'accès, en utilisant un protocole d'accès au support avec évitement de collision, conçu pour le canal sans fil imprévisible.

Definition

Un réseau local sans fil (WLAN) est un réseau local où les appareils communiquent par ondes radio plutôt que par câbles. Le Wi-Fi est l'ensemble des normes IEEE 802.11 qui définissent ses couches physique et de contrôle d'accès au support, généralement organisées autour de points d'accès qui relient les stations sans fil à un réseau câblé.

Scope

Ce sujet couvre les réseaux locaux sans fil (WLAN) selon la norme IEEE 802.11 : l'architecture des points d'accès, des stations et des ensembles de services de base (BSS) ; le processus d'association par lequel un appareil rejoint un réseau ; le protocole d'accès au support CSMA/CA avec temporisation aléatoire (random backoff), les accusés de réception (acknowledgments) et la poignée de main (handshake) RTS/CTS optionnelle pour gérer les terminaux cachés ; le format de trame 802.11 ; et l'évolution des débits et des bandes du standard. Il aborde également la sécurité sans fil de manière générale. Il exclut les réseaux cellulaires et l'ingénierie radio détaillée.

Core questions

• Comment un réseau local sans fil 802.11 est-il structuré autour des points d'accès et des stations ?
• Comment un appareil découvre-t-il et s'associe-t-il à un réseau Wi-Fi ?
• Comment le CSMA/CA coordonne-t-il l'accès au canal et évite-t-il les collisions ?
• Comment les accusés de réception et la poignée de main RTS/CTS gèrent-ils les erreurs sans fil et les terminaux cachés ?
• Comment les débits, les bandes et les fonctionnalités du 802.11 ont-ils évolué à travers les générations de normes ?

Key concepts

• IEEE 802.11 (Wi-Fi)
• points d'accès et stations
• ensemble de services de base (BSS)
• balises (beacons), balayage (scanning) et association
• CSMA/CA
• temporisation aléatoire (random backoff)
• accusés de réception de la couche liaison (link-layer acknowledgments)
• poignée de main RTS/CTS (RTS/CTS handshake)
• format de trame 802.11
• sécurité sans fil (WPA)

Key theories

Architecture en mode infrastructure et association

La plupart des réseaux Wi-Fi fonctionnent en mode infrastructure : les stations s'associent à un point d'accès qui relaie leur trafic vers et depuis un réseau câblé, après l'avoir découvert via des trames de balise (beacon frames), puis s'authentifient et s'associent pour rejoindre son ensemble de services de base.

Accès au support CSMA/CA

Le 802.11 utilise l'accès multiple avec écoute de porteuse et évitement de collision (CSMA/CA) : les stations écoutent le canal, attendent des intervalles de temporisation aléatoire, et s'appuient sur des accusés de réception de la couche liaison, car les collisions ne peuvent pas être détectées de manière fiable pendant la transmission sur une liaison sans fil.

RTS/CTS pour les terminaux cachés

Un échange optionnel de demande d'envoi (request-to-send) / prêt à envoyer (clear-to-send) réserve le canal avant une trame de données, de sorte que les stations cachées à l'émetteur mais à portée du récepteur apprennent à différer leur transmission, atténuant ainsi le problème des terminaux cachés.

Clinical relevance

Le Wi-Fi est le moyen dominant par lequel les appareils se connectent aux réseaux locaux et à Internet en intérieur, desservant les foyers, les bureaux, les écoles et les points d'accès publics. Comprendre son mécanisme d'accès, son processus d'association, ainsi que sa structure de bandes et de canaux est essentiel pour diagnostiquer les problèmes de lenteur ou de fiabilité des réseaux sans fil, planifier le placement des points d'accès et l'attribution des canaux, et sécuriser les réseaux sans fil contre l'accès non autorisé et l'écoute clandestine.

History

La première norme IEEE 802.11 est apparue en 1997, suivie par des générations largement adoptées (802.11b, a, g, n, ac, ax) qui ont augmenté les débits et ajouté des bandes et des techniques telles que les antennes multiples. La Wi-Fi Alliance a certifié l'interopérabilité et popularisé la marque Wi-Fi, et la sécurité sans fil a évolué du WEP, jugé vulnérable, vers le WPA et le WPA2/WPA3, faisant du Wi-Fi la technologie sans fil locale par défaut dans le monde entier.

Key figures

• Andrew S. Tanenbaum
• James F. Kurose
• Keith W. Ross

Seminal works

• kurose2021
• ieee80211-2020

Frequently asked questions

Le Wi-Fi est-il la même chose qu'Internet ?

Non. Le Wi-Fi est une technologie de liaison sans fil qui connecte votre appareil à un réseau local, généralement via un point d'accès. Ce réseau est ensuite connecté à Internet par une liaison câblée ou cellulaire distincte. Il est possible d'avoir le Wi-Fi sans accès à Internet, et un accès à Internet sans Wi-Fi.

Pourquoi le Wi-Fi utilise-t-il l'évitement de collision plutôt que la détection ?

Un émetteur sans fil ne peut généralement pas écouter les collisions pendant qu'il émet, car son propre signal est beaucoup plus fort que tout signal entrant, et des terminaux cachés peuvent provoquer des collisions qu'il ne peut pas entendre. Ainsi, le 802.11 évite les collisions à l'avance en utilisant l'écoute de porteuse (carrier sensing), la temporisation aléatoire (random backoff), les accusés de réception et le RTS/CTS optionnel, plutôt que de les détecter en cours de transmission comme le faisait l'Ethernet câblé.