Le Wifi et connexion sans fil : norme 802.11, canaux, signal

Le Wifi est un mode de connexions sans fil devenu très présent.
On l'utilise avec nos smartphones, PC portables.
Que ce soit chez nous ou dans des lieux public.
Depuis même des imprimantes Wifi sont apparues.

Ce tutoriel a pour but de vous donner les bases et les connaissances minimum quant au fonctionnement du wifi.
Par exemple :

  • Les normes 802.11, protocoles et standards
  • La bande passante du réseau ou bande de fréquence
  • Les modes de connexion
  • Les protocoles de sécurité WPA pour protéger l'accès au Wifi contre les piratages et hack

Voici le principe et fonctionnement de la connexion sans fil Wi-fi.

Le Wifi : la connexion sans fil par radio

Wifi est donc un ensemble de normes et technologiques de connexion sans fil par radio.

Le point d'accès Wifi émet les ondes radios.
Les équipements se connectent à ce dernier.
En général le point d'accès Wifi fait aussi de routeur afin de partager la connexion internet.
En clair donc le but est de connecter l'équipement à ce dernier pour pouvoir se connecter ensuite ) internet.

La connexion peut être de quelques mètres, ou des centaines de mètres voire des kilomètres (WIMAX).
Comme toute technologie, il existe des protocoles, normes et standard.
Ci-dessous, les propriétés d'une connexion Wifi.

Ainsi le wifi se base sur la norme IEEE 802.11 qui est elle même est déclinée en plusieurs protocoles.
C'est le protocole de communication utilisée par la borne.
Le consortium Wi-Fi Alliance possède la marque Wi-fi et édite ces normes.

La norme Wifi : 802.11

Elle se caractérise par deux couches :

  • La couche physique avec le mode de transmission radio (DSSS, FHSS, OFDM, Infrarouge).
  • La couche de liaisons définit le mode de communications entre les différentes stations.

Ainsi la connexion se caractérise par différentes propriétés :

  • SSID - c'est le nom de la connexion Wifi. Le propriétaire peut la personnaliser.
  • Le protocole et standard 802.11n, 802.11e, etc
  • La bande passante du réseau ou bande de fréquence : 2,4 GHz, 5 GHz, etc.
  • La qualité du signal Wifi et radio.
  • Le débit minimale et maximale
  • La configuration IP avec l'adresse IP, le DNS
  • Enfin le nom et type de carte Wifi. Ici une Qualcomm Atheros
Les propriétés de la connexion Wifi
Les deux normes les plus courantes sont 802.11i et 802.11n.

Voici un récapitulatif des connexions Wifi avec les normes, standards et protocoles.

Les propriétés de la connexion Wifi

802.11 se divise en sous norme avec des lettres : a, b, c, ac, ad.
Le tableau suivant récapitule les différences entre les sous normes 802.11.

Standard IEEEAnnée d'adoptionFréquenceDébit maximumDistance intérieureDistance extérieure
802.11a19995 GHz54 Mbps (6,75 Mo/s)30 m120 m
802.11b19992.4 GHz11 Mbps (1,375 Mo/s)30 m100 m
802.11g20032.4 GHz54 Mbps (6,75 Mo/s)25 m75 m
802.11n20092.4 / 5 GHz450 Mps (75 Mo/s)70 m100 m
802.11ac20145 GHz1 Gbit/s 20 m50 m
802.11axFin 20202,4 GHz / 5 GHz10 Gbit/s
A noter que le Wifi utilise des fréquences allant de 2,412 GHz à 2,484 GHz, chaque fréquence se nomme canaux.
Il est conseillé d'utiliser les canaux 6 et 11 afin de ne pas subir les interférences d'autres appareils (caméra sans fils, micro-ondes etc..).

802.11b

La norme 802.11b propose une portée de 300 mètre avec un débit théorique de 11Mbits/s soit environ 1,2 Mo/s. La plage de fréquences utilisée est la bande des 2,4 GHz avec, en France, 13 canaux radio disponibles dont 3 au maximum non superposés.

Date de commercialisation : 1999.

802.11g

802.11g offre un haut débit (54 Mbit/s théoriques soit donc 7 Mo/s environ )
La norme 802.11g a une compatibilité descendante avec la norme 802.11b. Ce qui signifie que des matériels conformes à la norme 802.11g peuvent fonctionner en 802.11b.
Cette aptitude permet aux nouveaux équipements de proposer le 802.11g tout en restant compatibles avec les réseaux existants qui sont souvent encore en 802.11b.

Date de commercialisation : 2003.

802.11n

Cette norme fonctionne sur la bande de fréquence 2,4 GHz et/ou 5 GHz .
Il propose un débit allant de 200 Mbit/s à 450 Mbit/s.
Enfin elle apporte de nouvelles technologies pour étendre la portée.

C'est la norme la plus utilisée actuellement.

Date de commercialisation : 2009.

Le point d'accès Wifi

Un réseau local sans fil a besoin d'un point d'accès auquel les ordinateurs, téléphones et autres appareils peuvent se connecter.
On parle alors de point d'accès Wifi.
Les appareils qui se connectent au réseau sans fil sont appelés clients.
En France, le point d'accès Wifi est la box internet qui se charge aussi de partager la connexion internet.
Mais vous pouvez également acheter des points d'accès séparés que vous pouvez connecter à votre réseau au cas où votre routeur ne dispose pas de LAN sans fil intégré ou si vous souhaitez mettre à niveau votre réseau sans fil.
Enfin il existe les répétiteurs Wi-Fi pour étendre le réseau Wifi, si vous avez par exemple un jardin ou une grande maison.

Routeur Wi-fi

Canaux et bande de fréquence : 2,4 GHz et 5 GHz

Les canaux Wifi

Tout comme la bande FM est divisée en canaux radio, le réseau Wi-Fi utilise également des canaux.
Les canaux disponibles diffèrent un peu selon le pays dans lequel vous vous trouvez.
La raison en est que tous les pays n’ont pas défini les bandes radio sans licence exactement de la même manière.
Certains ont inclus une gamme de fréquences plus large, et d'autres ont des gammes un peu plus petites.
Cela permet d'adapter un nombre différent de canaux dans la plage de fréquences disponible en fonction de l'endroit où vous vous trouvez dans le monde.

Différences entre la fréquence 2,4 GHz et 5 GHz

Les fréquences et canaux Wi-Fi s'expriment en GigaHertz (GHz).
Celle-ci ont évolués dans le temps et augmentent au fur et à mesures que la vitesse et débit Wifi augmente.
En effet, plus la fréquence est élevée, plus vous avez d'informations qui passent.

Les fréquences WiFi par normes 802.11
source http://www.ronbert.com/Wireless_Figpicture.htm


Actuellement Deux bandes de fréquences principales sont utilisées :

  • 2,4 GHz
  • 5 GHz

Au sein de ces bandes de fréquences, on trouve les canaux.
Ces éléments se configurent dans les paramètres Wi-fi du point d'accès.
Mais les routeurs et points d'accès modernes disposent souvent d'une sélection automatique de canaux radio qu'ils peuvent utiliser et qu'ils utiliseront. Pour ce faire, ils écoutent l'environnement Wi-Fi environnant pour voir quels canaux semblent déjà captés par d'autres équipements à proximité. Ensuite, ils choisissent un canal qui semble être le moins utilisé.

Enfin la bande de fréquence n'est disponible que pour certaines normes 802.11.

Standard IEEEAnnée d'adoptionFréquenceDébit maximumDistance intérieureDistance extérieure
802.11a19995 GHz54 Mbps (6,75 Mo/s)30 m120 m
802.11b19992.4 GHz11 Mbps (1,375 Mo/s)30 m100 m
802.11g20032.4 GHz54 Mbps (6,75 Mo/s)25 m75 m
802.11n20092.4 / 5 GHz450 Mps (75 Mo/s)70 m100 m
802.11ac20145 GHz1 Gbit/s 20 m50 m
802.11axFin 20202,4 GHz / 5 GHz10 Gbit/s

Comme vous pouvez le constater certaines normes n'utilisent pas les mêmes fréquences 2.4 GHz et 5 GHz.
Ces dernières normes sont plus récentes et le débit est bien meilleur de 10 fois à 100 fois plus rapides.
C'est pourquoi vous avez tout intérêt de vouloir passer sur ces normes avec des fréquences plus élevées.

Actuellement seules les normes Wi-fi 802.11n et 802.11ac supportent les connexions en 5 GHz.

Les canaux sur la bande 2.4 GHz

Sur la bande 2,4 GHz, il y a généralement 13 canaux disponibles, soit donc, les canaux 1 à 13.
Mais, il y a une complication avec la façon dont ils peuvent être utilisés.
En effet, si vous regardez l'image ci-dessous, vous pouvez voir que des canaux se chevauchent.
En effet, la largeur exacte de chaque canal peut varier quelque peu en fonction de la norme Wi-Fi utilisée, mais la largeur de base du canal est de 20 ou 22 MHz.
Lorsque plusieurs réseaux Wifi sont présents, cela peut poser des problèmes.

Ainsi :

  • Le canal 1 chevauche tous les canaux jusqu'au canal 5 inclus
  • Le canal 6 chevauche tous les canaux du canal 2 au canal 10
  • Le canal 11 chevauche tous les canaux de 7 à 13
Les canaux sur la bande 2.4 GHz
Source Wikipedia

De ce fait, vous pouvez utiliser les canaux 1, 6 et 11 sur trois émetteurs Wi-Fi différents sans qu'ils se chevauchent.
Lorsque deux Wi-Fi à portée l'un de l'autre fonctionnement sur le même canal radio, ils se détectent et peuvent au moins essayer de travailler ensemble pour minimiser les perturbations.
Par contre s'ils fonctionnent sur des canaux différents qui se chevauchent, ils ne peuvent pas se détecter et ne peuvent donc rien faire contre les interférences.

Les canaux sur la bande 5 GHz

Les fréquences 5 GHz sont moins utilisées donc il y a moins de concurrence pour les canaux disponibles.
Ensuite sur la bande 5 GHz, il y a plus de canaux disponible, vous ne manquerez donc pas de canaux gratuits aussi rapidement.

La sécurité et le Wifi

Le Wifi permet donc la connexion entre plusieurs ordinateurs via des ondes.
Mais comment protéger les données qui y transitent pour que votre voisin ne puisse pas y accéder ?

La réponse est le chiffrement.

Le Wifi chiffre les données qui transitent, ainsi les données ne peuvent être lues que si vous connaissez la clef.
Plusieurs algorithmes de de chiffrement existent.

WEP et WPA

Ce sont les principaux protocoles de sécurité Wifi.
WEP est abandonné et remplacé par WPA qui arrive à sa version 3.
Pour plus de détails suivre cet article complet :

Filtrage par adresse Mac

En plus des sécurité WPA, on peut aussi mettre en place un filtre sur les adresses MAC.
C'est à dire n'accepter les connexions au réseau sans fil que de certaines carte réseau à partir de leur adresse MAC.
L'adresse MAC étant l'identifiant unique d'une carte réseau (ou autres interfaces réseaux).

Pour plus d'informations sur les bonnes habitudes pour sécuriser sa connexion Wifi : 

Les modes de connexions Wifi

Il existe deux modes de connexion :  le mode infrastructure et le mode Ad-Hoc.

  • Le mode infrastrusture : Pour fonctionner le mode infrastructure a besoin d'un point d'accès (AP) qui peut par exemple être un routeur Wifi. Chaque ordinateur a l'aide de sa carte réseau va se connecter à cet AP. C'est en général le mode qui est utilisé chez les particuliers et entreprise.
  • Le mode Ad-Hoc :  Dans le mode Ad-Hoc, chaque ordinateur fait office d'émetteur et de récepteur. La connexion entre chaque ordinateur ne nécessite aucun matériel particulier à part une carte réseau Wifi. Ce mode est très pratique dans le cas d'une connexion rapide entre ordinateur.

Ainsi un téléphone portable avec un accès Wifi peut devenir émetteur Wifi pour un PC Portable.
Le téléphone portable passe en mode Ad-Hoc afin de partager la connexion internet.

Liens autour du Wifi

Enfin les liens du site et tutoriel autour de cette connexion sans fil :

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