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Un livre blanc 1 / 11 802.11 DANS TOUS SES ÉTATS Par Michèle Germain Consultant

Un livre blanc 1 / 11 802.11 DANS TOUS SES ÉTATS Par Michèle Germain Consultante Version 3 / Février 2011 Il y avait déjà celui de Mozart, il y a maintenant l’alphabet du Wi-Fi… Si vous pensez que l’IEEE vous fait perdre votre latin, Atena va vous raconter 802.11 de a à z… et encore plus ! INTRODUCTION POURQUOI CET ALPHABET ? 802.11 est un ensemble de standards qui régissent les transactions sur les WLAN. La dernière révision globale 802.11-2007 intègre les variantes du standard (802.11a/b/g) et nombre de sous standards développés en vue d’améliorations et de besoins spécifiques (802.11d/e/h/i/j). Chaque standard ou sous standard est désigné par une lettre de l’alphabet. Ceci ne correspond pas à une appellation empirique, mais désigne le groupe de travail chargé à l’IEEE de l’étude et de la publication d’un standard ou sous standard de la famille 802.11. Nous remarquerons aussi qu’il y des trous dans l’alphabet, ceci afin de ne pas prêter à confusion avec d’autres standards de la famille 802 (exemple 801.1x et 802.11x). L’histoire ne dit pas encore ce que va faire l’IEEE maintenant que la lettre « z » est atteinte. Il faut faire une différence entre lettres minuscules, relatives au standard, et lettres majuscules, relatives à des recommandations non obligatoires. Les dates de première publication apparaissent entre parenthèses. Un livre blanc 2 / 11 A L’ORIGINE… 802.11 FHSS/DSSS/IR (1997) A l’origine fut un premier standard 802.11 tout court, ratifié en 1997, pour émettre dans la bande 2,4 GHz. Il prévoyait trois types de partage du média : FHSS, DSSS et IR (infrarouge). Le protocole d’accès CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), technique issue d’Ethernet sera conservé sur toutes les évolutions du standard. CSMA/CA prévoit d’écouter si la voie est libre avant d’émettre et de la réserver, comme quand on regarde à droite et à gauche avant de traverser la rue. Ce standard annonçait un débit théorique de 1 ou 2 Mbits/s selon le type de modulation. L’infrarouge, peu performant, fut rapidement classé sans suite. Le FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) et le DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) sont tous deux basés sur une large utilisation du spectre par le signal à émettre, d’où la notion d’étalement. En FHSS, chaque communication utilise un canal de 1 MHz et l’étalement se fait en faisant varier périodiquement la position de ce canal sur la largeur du spectre alloué. Bien que présentant pas mal d’avantages, notamment au niveau de l’immunité au bruit, le FHSS ne permet pas d’évoluer vers de très hauts débits et fut rapidement abandonné. Le DSSS prévoit un étalement du signal sur un canal de 30 MHz en le multipliant par un code donné (chipping code). Le DSSS permet d’évoluer vers de plus hauts débits, ce que nous verrons dans la suite de l’alphabet. 802.11A HIGHER SPEED PHY EXTENSION IN THE 5GHZ BAND (1999) Moins connu que son frère 802.11b, 802.11a fut ratifié en 1999, mais les premiers produits n’apparurent qu’en 2002. Contrairement au standard d’origine, il émet dans la bande 5 GHz, bien moins encombrée que la bande 2,4 GHz. Les restrictions imposées en France par l’ARCEP (justifiées par la présence d’équipements militaires dans cette bande de fréquences) ont freiné le développement de 802.11a dans notre pays. Autre variante avec le standard d’origine, l’accès au média se fait en OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Pour faire bref, l’OFDM répartit le signal à émettre sur différents canaux radio. Le signal occupe ainsi toute la largeur du spectre, mais par petits morceaux. Chaque canal est modulé sur des porteuses orthogonales. Comme il serait un peu fastidieux d’entrer dans le détail, nous retiendrons que cette technique permet d’utiliser des porteuses qui se chevauchent sans interférer et ainsi de faire passer plus de canaux dans une largeur de bande donnée. Sur de telles bases, 802.11a annonce des débits théoriques de 54 Mbits/s. 802.11B HIGHER SPEED PHY EXTENSION IN THE 2.4 GHZ BAND (1999) Frère jumeau de 8012.11a, puisqu’il fut également ratifié en 1999, 802.11b se développa plus rapidement et les premiers produits apparurent en 2000. Beaucoup plus proche du standard 802.11 d’origine, il reprend la bande de fréquences 2,4 GHz et le DSSS. Une amélioration des techniques de modulation lui permet d’atteindre des débits théoriques de 11 Mbits/s. Lorsque les conditions de transmission se dégradent, la modulation courante se replie automatiquement vers une autre de performances inférieures, le processus pouvant se réitérer jusqu’au repli vers la modulation et les performances du 801.11 DSSS original. Bien sûr, il se produit la même chose en sens inverse, la modulation devenant plus performante au fur et à mesure que les conditions de transmission s’améliorent. L’édition b de 802.11 connut très rapidement un vif succès et pour mettre fin à l’anarchie des implémentations du standard, la Wi-Fi Alliance (initialement WECA) édita des règles propres à garantir l’interopérabilité des équipements. C’est alors qu’on commença à parler de Wi-Fi. Un livre blanc 3 / 11 802.11C MEDIA ACCESS CONTROL (MAC) BRIDGES - SUPPLEMENT FOR SUPPORT BY IEEE 802.11 (1998) Ce n’est qu’une extension du standard incluse dans 802.1d (un des standards régissant le fonctionnement des LAN/WAN) pour établir des ponts avec des trames 802.11. 802.11D OPERATION IN ADDITIONAL REGULATORY DOMAINS (2001) Inclus dans 802.11b, 802.11d définit l’implémentation internationale du standard, notamment au niveau de l’adaptabilité aux bandes de fréquences disponibles. Celles-ci, bien qu’étant étant en gros centrées sur 2,4 GHz, présentent des limites différentes en fonction de spécificités nationales. 802.11E MAC ENHANCEMENTS (QOS) (2005) Le développement de 802.11e fut longue et laborieuse et sa ratification repoussée d’année en année. Il introduit la QoS (Qualité de Service) sur les réseaux 802.11 et répond à l’attente des utilisateurs de communications de phonie (VoWiFi) et d’applications de streaming multimédia. Il est basé sur la priorisation des flux et la fragmentation des trames longues. En attendant sa ratification, des solutions ont été développées sur des drafts du standard qui n’assurent pas l’interopérabilité des produits. 802.11F INTER-ACCESS POINT PROTOCOL ACROSS DISTRIBUTION SYSTEMS SUPPORTING IEEE 802.11 OPERATION (2003 RETIRÉ EN 2006) Cette extension du standard définit un protocole inter Access Points et le roaming (ou itinérance) qui permet à un utilisateur de changer d’Access Point de manière transparente. Il a été supprimé par l’IEEE en 2006, essentiellement du fait qu’aucune expérimentation n’a pu être menée. Remarquons la majuscule qui indique une pratique recommandée et non un standard formel. 802.11g FURTHER HIGHER DATA RATE EXTENSION IN THE 2.4 GHZ BAND (2003) Nous avons vu que 802.11b était limité à des débits théoriques de 11 Mbits/s et qu’une amélioration sensible du débit était obtenue par 802.11a. Ce dernier n’a pas eu un développement foudroyant, en partie à cause des limitations d’émission dans la bande 5 GHz, mais surtout à cause de son incompatibilité totale avec 802.11b, rendant impossible la migration des réseaux existants. Une alternative fut trouvée avec 802.11g, ratifié en 2003. Cette nouvelle version du standard fonctionne dans la bande 2,4 GHz, comme 802.11b, mais utilise l’OFDM comme 802.11a, ce qui lui permet d’atteindre le même débit théorique de 54 Mbits/s (toutefois les débits utiles restent inférieurs à ceux de 802.11a). Un Access Point 802.11g sait gérer bien sûr des terminaux 802.11g mais sait se replier en mode 802.11b pour supporter des terminaux de génération antérieure (bien sûr l’inverse n’est pas vrai, un Access Point 802 .11b reste 802.11b !). Cette particularité permet donc une migration « en douceur » des réseaux, sans avoir à intervenir immédiatement sur le parc de terminaux. Depuis sa ratification, 802.11g s’est imposé sur le marché pour améliorer les performances des réseaux sans fil. Sa prise de position massive a évidemment été facilitée par sa compatibilité avec les équipements 802.11b. Un livre blanc 4 / 11 802.11h SPECTRUM AND TRANSMIT POWER MANAGEMENT EXTENSIONS IN THE 5 GHZ BAND IN EUROPE (2003) Le complément 802.11h introduit DFS et TPC sur les réseaux 802.11a, les rendant ainsi compatibles avec les contraintes Européennes. En effet, L’ETSI impose en Europe deux règles d’émission dans la bande 5 GHz qui sont la sélection dynamique de fréquences (DFS) et le contrôle de la puissance d’émission (TPC). Celles-ci n’étaient pas satisfaites par le standard 802.11a. Le DFS (Dynamic Frequency Selection) permet à un Access Point de sélectionner automatiquement un canal libre afin d’éviter toute interférence avec d’autres systèmes (notamment radars) et de répartir le trafic de manière homogène sur tous les canaux. Cette fonction a en outre l’avantage d’éviter à l’utilisateur d’établir un plan de fréquences. Le TPC (Transmission Power Control) ajuste automatiquement le niveau d’émission des Access Points sur chaque canal afin d’éviter les interférences avec les systèmes satellites. 802.11i MAC SECURITY ENHANCEMENTS (2004) Très attendu fut aussi 802.11i qui introduit des mécanismes avancés de sécurité dans les réseaux 802.11. Le standard 802.11 ne prévoyait qu’un mécanisme de sécurité plutôt faible, le WEP, qu’un hacker bien entraîné pouvait « casser » en un quart d’heure. Cette fâcheuse caractéristique fut bientôt contournée par des solutions propriétaires, bien sûr incompatibles, et l’IEEE revit sa copie sur la sécurité. Dans une première phase, apparut un protocole WPA-1 (Wi-Fi uploads/Litterature/ 802-11-dans-tous-ses-etats.pdf