LIVRE : Wi­Fi bases théoriques et pratiques, formation

Introduction au Wi-Fi et aux réseaux sans fil

Le Wi-Fi, basé sur la norme IEEE 802.11, est une technologie de réseau sans fil permettant à des équipements informatiques de communiquer par signal radio. Ce document pédagogique explore les fondements théoriques et pratiques du Wi-Fi, en abordant la configuration réseau, la sécurité, la portée, le matériel et les usages professionnels.

Un réseau sans fil est défini comme un ensemble de terminaux (PC, smartphones, objets connectés) qui échangent des données via des ondes hertziennes, soit directement (Bluetooth, IR), soit via un point d’accès intermédiaire (routeur Wi-Fi, borne GSM). Les communications sans fil sont omniprésentes dans les environnements modernes, facilitant la mobilité, la flexibilité et la rapidité de déploiement.

Classification des réseaux sans fil

Les réseaux sans fil sont classés selon leur portée :

- WPAN (Wireless Personal Area Network) : Bluetooth, IR (1 à 10 mètres)
- WLAN (Wireless Local Area Network) : Wi-Fi, HomeRF (jusqu’à 100 mètres)
- WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) : Wimax, GSM (jusqu’à 10 km)
- WWAN (Wireless Wide Area Network) : Satellite, 3G/4G/5G (plus de 100 km)

Ces catégories influencent les choix de matériel, de fréquence et de topologie réseau.

Avantages et contraintes du Wi-Fi

Avantages :

- Déploiement rapide et non destructif (idéal pour les sites classés)
- Interopérabilité avec les réseaux Ethernet
- Mobilité accrue
- Coût réduit
- Débit suffisant pour les usages professionnels

Contraintes :

- Sensibilité aux interférences (micro-ondes, autres réseaux)
- Sécurité : les données circulent librement, nécessitant des protocoles de cryptage (WPA2, WPA3)
- Réglementation stricte sur les fréquences et puissances d’émission
- Débit mutualisé et variable, souvent inférieur au filaire
- Problèmes sanitaires et absorption des ondes par les matériaux

Propagation radio et atténuation du signal

Les ondes radio se propagent en ligne droite et sont sujettes à des phénomènes physiques :

- Réflexion, réfraction, absorption : les obstacles (murs, verre, métal) affaiblissent le signal
- Atténuation : mesurée en décibels (dB), elle dépend du matériau traversé
- Multipath : les signaux peuvent emprunter plusieurs chemins, générant des interférences
- Fréquence Wi-Fi : autour de 2,437 GHz, proche de la fréquence de résonance de l’eau (2,45 GHz), ce qui explique l’absorption par les feuilles, les humains, etc.

Un tableau présente l’affaiblissement du signal à 2,4 GHz selon les matériaux : le métal, le béton et le verre blindé sont les plus bloquants.

Norme IEEE 802.11 et architecture réseau

Le Wi-Fi repose sur la norme IEEE 802.11, qui définit les protocoles de communication, les débits (1 à 54 Mbps), les canaux, et les modes d’association. Le réseau fonctionne en architecture cellulaire, chaque cellule étant gérée par un point d’accès (AP).

Topologies réseau :

- Ad-hoc (IBSS) : réseau temporaire sans AP, idéal pour les environnements sans infrastructure
- Infrastructure (BSS) : chaque station se connecte à un AP, qui gère l’association, le cryptage et la répartition de charge
- Infrastructure étendue (ESS) : plusieurs AP connectés via un système de distribution (DS), permettant le roaming (mobilité fluide entre cellules)

Mécanisme d’association et roaming

L’association entre une station et un AP suit plusieurs étapes :

1. Beacon : l’AP diffuse régulièrement une trame contenant son BSSID, canal, débit et SSID
2. Probe Request : la station envoie une requête avec son ESSID
3. Probe Response : l’AP répond avec ses caractéristiques
4. Authentification : échange de clés (WPA2, WPA3)
5. Association : la station choisit l’AP avec le meilleur signal et la plus faible charge

Le roaming permet à une station mobile de passer d’un AP à un autre sans interruption de flux, grâce à une organisation spatiale des canaux (802.11f).

Transfert de données : CSMA/CA

Le Wi-Fi utilise le protocole CSMA/CA (Collision Avoidance), inspiré du CSMA/CD d’Ethernet :

- La station écoute le média
- Si libre, elle envoie un RTS (Ready To Send)
- Le récepteur répond par un CTS (Clear To Send)
- Les données sont transmises
- Un ACK (accusé de réception) confirme la réception

Ce mécanisme évite les collisions et optimise le débit dans les environnements à forte densité.

Paramètres radio avancés

Pour optimiser la performance du réseau Wi-Fi, plusieurs paramètres peuvent être ajustés :

- Beacon Interval : fréquence d’émission des balises (100 ms par défaut)
- DTIM Interval : intervalle de réveil des clients en veille
- Preamble Type : long ou court, selon la charge du réseau
- Fragmentation Threshold : seuil de fragmentation des paquets (2346 octets par défaut)
- RTS Threshold : seuil de déclenchement du RTS (2432 octets par défaut)

Ces réglages influencent la latence, le débit et la stabilité du réseau.

Matériel et réglementation

Le matériel Wi-Fi comprend :

- Points d’accès : équivalents aux switches
- Cartes clientes : PCI, PCMCIA, USB
- Antennes : omnidirectionnelles ou directionnelles
- Connectiques Ethernet

En France, l’utilisation du Wi-Fi à 2,4 GHz est libre pour les réseaux privés. Pour un usage commercial (hotspot payant), une licence expérimentale est requise auprès de l’ART. Les puissances autorisées varient selon l’environnement (intérieur/extérieur) et la fréquence.

Usages professionnels du Wi-Fi

Le Wi-Fi offre de nombreuses possibilités :

- Extension de réseau existant : pont Wi-Fi entre bâtiments
- Partage de ressources : imprimantes, serveurs, accès Internet
- Hotspot mobile : portail d’accès authentifié
- Objets connectés : lecteurs RSS, localisation
- Mobilité en milieu hospitalier
- Réseaux urbains alternatifs : villes intelligentes

Analyse réseau avec Wireshark

Le document présente des exemples de trames capturées avec Wireshark, outil d’analyse réseau :

- Beacon frames : identifient les AP et leurs SSID
- Probe Requests : détectent les tentatives de connexion
- Malformed Packets : erreurs de format, souvent liées à des problèmes de configuration

Ces données permettent de diagnostiquer les problèmes de connectivité, de sécurité et de performance.

Conclusion

Ce guide complet sur le Wi-Fi offre une base solide pour comprendre, configurer et sécuriser un réseau sans fil. Il aborde les aspects techniques (norme IEEE 802.11, CSMA/CA, propagation radio), pratiques (matériel, topologies, roaming), et réglementaires (puissance, fréquence, licence). En intégrant des mots-clés stratégiques comme routeur Wi-Fi, sécurité réseau, débit Internet, SSID, antenne longue portée.

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Spécifications Techniques

• Faculté/Domaine : Réseaux Informatique
• Institut : Patrick Vincent
• Année d'édition : 2010
• Garant : Patrick Vincent
• Format : pdf
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