Les réseaux wifi les techniques d’accès

Les Réseaux wifi

La norme IEEE 802.11

Les réseaux Wi-Fi proviennent de la norme IEEE 802.11, qui définit une architecture cellulaire. Un groupe de terminaux munis d’une carte d’interface réseau 802.11 s’associent pour établir des communications directes. Elles forment alors un BSS (Basic Service Set), à ne pas confondre avec le BSS (Base Station Subsystem) des réseaux GSM. La zone occupée par les terminaux d’un BSS peut être une BSA (Basic Set Area) ou une cellule. Comme illustré à la figure 21.13, la norme 802.11 offre deux modes de fonctionnement, le mode infrastructure et le mode ad-hoc. Le mode infrastructure est défini pour fournir aux différentes stations des services spécifiques, sur une zone de couverture déterminée par la taille du réseau. Les réseaux d’infrastructure sont établis en utilisant des points d’accès, qui jouent le rôle de station de base pour un BSS. Lorsque le réseau est composé de plusieurs BSS, chacun d’eux est relié à un système de distribution, ou DS (Distribution System), par l’intermédiaire de leur point d’accès (AP) respectif. Un système de distribution correspond en règle générale à un réseau Ethernet filaire. Un groupe de BSS interconnectés par un système de distribution forme un ESS (Extented Service Set), qui n’est pas très différent d’un sous-système radio de réseau de mobiles. Le système de distribution est responsable du transfert des paquets entre différents BSS d’un même ESS. Dans les spécifications du standard, il est implémenté de manière indépendante de la structure hertzienne de la partie sans fil. C’est la raison pour laquelle le système de distribution correspond presque toujours à un réseau Ethernet mais rien n’empêcherait d’utiliser un réseau Token-Ring ou FDDI. Une autre solution est d’utiliser le réseau Wi-Fi lui-même, ce qui donne les « meshed network », ou réseaux mesh, que nous étudions en fin de chapitre.

L’architecture Wi-Fi

Comme tous les standards de l’IEEE, 802.11 couvre les deux premières couches du modèle de référence OSI. L’une de ses caractéristiques essentielles est qu’il définit une couche MAC commune à toutes les couches physiques. De la sorte, de futures couches physiques pourront être ajoutées sans qu’il soit nécessaire de modifier la couche MAC.
La couche physique La couche physique a pour rôle de transporter correctement la suite de signaux 0 ou 1 que l’émetteur souhaite envoyer au récepteur. Elle est divisée en deux sous-couches, PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) et PMD (Physical Medium Dependent).
AP (Access Point) : point d’accès BSS (Basic Set Service) : cellule de base ESS (Extented Set Service) : ensemble des cellules de base IBSS (Independent Basic Set Service) : cellule de base en mode ad-hoc

La sous-couche PMD

s’occupe de l’encodage des données, tandis que la sous-couche PLCP prend en charge l’écoute du support. Elle fournit pour cela un CCA (Clear Channel Assessment), qui est le signal utilisé par la couche MAC pour savoir si le support est occupé ou non. IEEE 802.11 définit quatre couches physiques différentes : • FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) • DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) • IR (Infrarouge) • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Le FHSS et le DSSS utilisent la bande des 2,4 GHz de l’ISM (Industrial, Scientific, and Medical). Nous reviendrons sur cette bande sans licence. L’infrarouge n’est utilisé que dans les cas où les distances entre les différentes stations sont faibles. La quatrième couche physique a été définie dans la bande des 5,2 GHz. Grâce au codage OFDM, des débits compris entre 6 et 54 Mbit/s peuvent être atteints. 802.11 est le premier standard à utiliser un codage OFDM pour une communication de type paquet. Cette technologie était jusqu’à présent utilisée pour des systèmes de transmission de données continue, tels que DVB (Digital Video Broadcasting) ou DAB (Digital Audio Broadcasting). Pour qu’un signal soit reçu correctement, sa portée ne peut dépasser 150 m dans un environnement de bureau, 600 m sans obstacle et 1,5 km avec une antenne extérieure. En règle générale, les stations ont une portée maximale de 50 m. Lorsqu’il y a traversée de murs, cette distance est souvent plus restrictive.

La couche liaison de données

La couche liaison de données est composée essentiellement de deux sous-couches, LLC (Logical Link Control) et MAC. La couche LLC utilise les mêmes propriétés que la couche LLC 802.2. Il est de ce fait possible de relier un WLAN à tout autre réseau local appartenant à un standard de l’IEEE. La couche MAC, quant à elle, est spécifique de 802.11. Le rôle de la couche MAC 802.11 est assez similaire à celui de la couche MAC 802.3 du réseau Ethernet terrestre, puisque les terminaux écoutent la porteuse avant d’émettre. Si la porteuse est libre, le terminal émet, sinon il se met en attente. Cependant, la couche MAC 802.11 intègre un grand nombre de fonctionnalités que l’on ne trouve pas dans la version terrestre. Les fonctionnalités nécessaires pour réaliser un accès sur une interface radio sont les suivantes : • procédures d’allocation du support ; • adressage des paquets ; • formatage des trames ; • contrôle d’erreur CRC (Cyclic Redundancy Check) ; • fragmentation-réassemblage.

Les techniques d’accès

Comme expliqué précédemment, le DCF est la technique d’accès générale utilisée pour permettre des transferts de données asynchrones en best-effort. D’après le standard, toutes les stations doivent la supporter. Le DCF s’appuie sur le CSMA/CA. Dans Ethernet, le protocole qui implémente la technique d’accès CSMA/CD contrôle l’accès de chaque station au support et détecte et traite les collisions qui se produisent lorsque deux stations ou davantage transmettent simultanément. Dans les réseaux Wi-Fi, la détection des collisions n’est pas possible. Pour détecter une collision, une station doit être capable d’écouter et de transmettre en même temps. Dans les systèmes radio, la transmission couvre la réception de signaux sur la même fréquence et ne permet pas à la station d’entendre la collision : les liaisons radio ne sont jamais full-duplex. Comme une station ne peut écouter sa propre transmission, si une collision se produit, la station continue à transmettre la trame complète, ce qui entraîne une perte de performance du réseau. La technique d’accès de Wi-Fi doit tenir compte de ce phénomène.Le protocole CSMA/CA Le CSMA/CA évite les collisions en utilisant des trames d’acquittement, ou ACK (Acknowledgement). Un ACK est envoyé par la station destination pour confirmer que les données sont reçues de manière intacte. L’accès au support est contrôlé par l’utilisation d’espaces intertrames, ou IFS (InterFrame Spacing), qui correspondent à l’intervalle de temps entre la transmission de deux trames. Les intervalles IFS sont des périodes d’inactivité sur le support de transmission. Les valeurs des différents IFS sont calculées par la couche physique. Le standard définit trois types d’IFS : • SIFS (Short Inter-Frame Spacing), le plus petit des IFS, est utilisé pour séparer les transmissions au sein d’un même dialogue (envoi de données, ACK, etc.). Il y a toujours une seule station pour transmettre à cet instant, ayant donc la priorité sur toutes les autres stations. La valeur du SIFS est de 28 ms.