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1 Paul Mühlethaler et les réseaux sans fils ISBN :

2 Avant-propos Après des débuts difficiles au début puis au milieu des années 90, les réseaux sans fil décollent en ce début des années Avec des débits de 11 Mbit/s pour les produits standards actuels (IEEE b) et jusqu à 50 Mbit/s pour les produits les plus avancés (IEEE a), la technologie offre des performances voisines de celles des réseaux traditionnels. Dans le même temps, le prix des produits tend à diminuer considérablement et la technologie se banalise. Déjà plus de 10 millions de cartes IEEE b auraient été vendues de par le monde. Il est important de remarquer que cette technologie non seulement progresse rapidement dans son domaine initial du réseau local mais déborde ce dernier en s immisçant dans celui des techniques d accès. Dans les réseaux locaux, qu ils soient d entreprise ou domestiques, les réseaux sans fil viennent naturellement compléter les réseaux existants en offrant plus de souplesse et de la mobilité. Ils permettent de surcroît de couvrir des lieux où le câblage est difficile et cher. Dans le domaine des réseaux d accès, nous assistons à l avènement de nouveaux opérateurs, appelés WISP (Wireless Internet Service Provider), qui déploient des réseaux sans fil de type IEEE , ou Wi-Fi (Wireless-Fidelity), dans des lieux de fort passage, appelés hotspots, tels que gares, aéroports, hôtels, cafés, etc. Ces déploiements permettent aux abonnés de passage dans ces lieux d accéder à Internet et à d autres services par une liaison Wi-Fi. À côté de ces déploiements commerciaux, nous assistons à des initiatives spontanées de déploiement. Aux États-Unis surtout, dans de nombreuses villes, des individus se regroupent pour coordonner le déploiement de réseaux IEEE Ces réseaux permettent de partager une même connexion à Internet et de tisser des réseaux métropolitains.

3 XIV et les réseaux sans fil Ce succès simultané dans le domaine du réseau local et du réseau d accès préfigure peut être un succès plus large encore. Certains pensent à des technologies de type IEEE associées à des standards IP (Internet Protocol) pour bâtir les réseaux d accès de quatrième génération. Devant les problèmes rencontrés par l UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), certains songent à passer directement à ces réseaux. Dans ce climat de franc succès, il nous est apparu que les acteurs du domaine, qu ils proviennent du monde de l informatique ou de celui des télécommunications, devaient pouvoir disposer d une compréhension aussi complète que possible de la technologie des réseaux sans fil et de la norme IEEE Quels sont les objectifs de cet ouvrage? Le premier objectif de cet ouvrage est de fournir au lecteur les clés de compréhension des principales questions techniques relatives aux réseaux sans fil. Cette compréhension passe par une approche des mécanismes de base que sont la transmission d un signal numérique dans un canal radio et le partage de ce dernier au sein d un réseau et par une présentation détaillée de la norme IEEE et de ses différentes extensions IEEE a, b, e, f, g, h, i. Nous consacrons également d importants développements aux normes concurrentes d IEEE , telles les normes européennes HiperLAN types 1 et 2 et la norme de réseau sans fil personnel Bluetooth. Le second objectif de l ouvrage est de fournir toutes les clés d utilisation et de déploiement des réseaux sans fil et spécialement des produits IEEE b de type Wi-Fi : problèmes de sécurité et plus particulièrement du système WEP (Wired Equivalent Privacy) d IEEE , aspects réglementaires, composants, produits, logiciels, etc. Nous décortiquons le concept Wi-Fi, qui allie les fonctions de marque et de norme d interopérabilité des produits C est donc une part très importante de cet ouvrage que nous consacrons aux problèmes de déploiement, couvrant toutes les situations possibles et proposant des déploiements types. Dans le dernier chapitre, orienté prospective, nous envisageons, en présentant des travaux de recherche actuellement menés à l IETF (Internet Engineering Task Force), la conception d une architecture de réseau sans fil routé. Cette architecture, similaire à celle du réseau mondial Internet, constitue la généralisation ultime des architectures de réseau sans fil.

4 Avant-propos XV À qui s adresse l ouvrage? Ce livre s adresse à tout lecteur souhaitant acquérir une vision approfondie du domaine des réseaux sans fil et de la norme IEEE Il vise en premier lieu les professionnels amenés à utiliser la technologie des réseaux sans fil, tels les décideurs chez les opérateurs, les directeurs informatiques, les directeurs de système d information ou les administrateurs réseau. Il s adresse aussi à ceux qui sont amenés à effectuer des développements ou à bâtir des solutions intégrant la technologie des réseaux sans fil et la norme IEEE , tels les consultants, concepteurs d architecture réseau, chefs de projet ou ingénieurs développement. L approche de cet ouvrage est didactique, et il n est requis qu un minimum de connaissance pour sa lecture. Quand l exposé implique l introduction d une notion importante, indirectement liée aux réseaux sans fil, cette dernière est expliquée, et des références sont fournies au lecteur souhaitant approfondir le sujet. De même, la présentation des réseaux sans fil et des normes afférentes est progressive, de façon à permettre au lecteur d acquérir toutes les notions nécessaires. Elle s accompagne également de références utiles. Ce type d approche destine cet ouvrage tout particulièrement aux étudiants dans le domaine des réseaux. Organisation de l ouvrage Ce livre couvre les aspects à la fois théorique, technique et pratique des réseaux sans fil : L aspect théorique est relatif aux bases mêmes des réseaux sans fil et concerne les résultats théoriques employés, les limites atteintes et les points qui restent à étudier ou à améliorer. L aspect technique s attache à montrer comment les spécifications des réseaux sans fil ont d abord vu le jour en tant que réponses techniques avant d être adoptées par les standards dans les différents pays. L aspect pratique concerne les conditions d emploi techniques et réglementaires, ainsi que le déploiement et l optimisation des réseaux sans fil. Organisation en parties À partir de cette trame, l ouvrage est organisé en trois parties : 1. La première partie étudie les deux problèmes fondamentaux qu il faut résoudre pour bâtir des réseaux sans fil : comment utiliser le canal radio pour la transmission numérique et partager le canal radio au sein du réseau. 2. La partie II présente en détail la norme IEEE et ses extensions. Cette partie présente également succinctement les normes concurrentes. 3. La partie III est dédiée à tous les problèmes pratiques concernant la technologie IEEE : réglementation, produits, déploiement, sécurité, etc.

5 XVI et les réseaux sans fil Organisation de l ouvrage Chapitre 1 Introduction Partie I Comment transmettre dans un canal radio et le partager Chapitre 2 Chapitre 3 La transmission physique d'un signal radio Le partage du canal radio Partie II IEEE et les normes concurrentes Chapitre 4 Chapitre 5 Chapitre 6 La norme IEEE et son extension b Les autres extensions de la norme IEEE Les normes concurrentes d'ieee Chapitre 7 IEEE et la sécurité Partie III Mise en œuvre, déploiement et perspectives Chapitre 8 Chapitre 9 Implémentations et solutions IEEE Déploiement de réseaux IEEE Chapitre 10 Le routage dans les réseaux ad-hoc multisaut Organisation en chapitres L ouvrage est composé de 10 chapitres, aux contenus suivants : Le chapitre 1 sert d introduction générale au livre. Il présente les principales applications qui ont suscité la technologie des réseaux sans fil et introduit succinctement les principales architectures de réseau sans fil, ainsi que l aspect réglementaire et les principales normes du domaine. Le chapitre 2 concerne la transmission numérique radio. Son objectif est de présenter le problème de la transmission dans un canal radio, ainsi que les différents types de modulation envisageables et les techniques qui permettent de lutter contre le fading et les trajets multiples tout en transmettant à haut débit. Ce chapitre vise à familiariser le lecteur avec la transmission radio numérique et les techniques de la modulation et à lui permettre d acquérir les connaissances de base de ces techniques, avant d aborder celles qui sont mises en œuvre dans les normes de réseau sans fil IEEE , HiperLAN et Bluetooth. Le chapitre 3 est consacré aux techniques de partage du canal radio entre les différents nœuds du réseau. Les ondes radio, contrairement aux signaux sur un câble, se propagent dans toutes les directions. Il est donc indispensable de partager le médium radio si

6 Avant-propos XVII l on souhaite créer un réseau sans fil. Le chapitre débute avec les protocoles ancêtres que sont aloha et le multiplexage temporel statique, ou TDMA (Time Division Multiple Access), avant de présenter les protocoles plus modernes, tels CSMA (Carrier Sense Multiple Access) et les protocoles à jeton. Il montre comment les protocoles précédents, souvent conçus pour des réseaux câblés, s adaptent aux réseaux sans fil. Le chapitre 4 présente la norme IEEE de 1997 et son extension IEEE b de La présentation d une norme est toujours un exercice délicat. Le parti pris que nous avons adopté est celui de l explication et de la simplification du standard, tout en fournissant suffisamment de détails pour satisfaire un grand nombre de questions que se pose l homme de l art. Nous présentons d abord l architecture du standard IEEE et les mécanismes fondamentaux. Nous poursuivons par la présentation des différentes trames et des couches offertes par les standards IEEE et IEEE b. Le chapitre 5 couvre la norme IEEE a, dont les premiers produits commencent à apparaître, notamment aux États-Unis, et les travaux des groupes qui œuvrent à l amélioration du standard. Nous présentons plus particulièrement les travaux du groupe IEEE e concernant la qualité de service dans IEEE , ainsi que les travaux du groupe IEEE i concernant l amélioration de la sécurité des réseaux et les travaux du groupe IEEE g, qui spécifie une nouvelle couche physique à haut débit pour la bande des 2,4-2,5 GHz. Le chapitre 6 concerne les normes concurrentes d IEEE Les normes HiperLAN types 1 et 2, conçues comme pendants européens de la norme américaine IEEE , ont parfaitement leur place dans ce chapitre, mais avec un petit bémol. Le retard technologique du Vieux Continent est tel dans le domaine des réseaux paquet qu à l heure actuelle il n existe pas de produit conforme à ces standards. Il est d ailleurs à craindre qu il n en existera pas. Si nous avons choisi de décrire malgré tout ces standards, c est que ceux-ci comportent de nombreuses idées originales intéressantes. La norme Bluetooth, quant à elle, n est pas vraiment une norme de réseau local sans fil, à la différence d IEEE , mais plutôt une norme de réseau sans fil personnel susceptible de relier à courte portée un petit nombre d équipements, le plus souvent deux, comme un appareil photo et un ordinateur portable. En tant que spécification de réseau personnel, Bluetooth devrait connaître le succès, dans sa forme actuelle ou dans des formes plus avancées. Le chapitre 7 traite de la sécurité, problème aigu des réseaux sans fil s il en est. Certains développements de ce chapitre sont partiellement repris au chapitre 9, dédié au déploiement. Le chapitre 8 présente les éléments techniques des réseaux IEEE , tels que composants, produits et compléments, et les solutions proposées par les industriels. Est également abordé le problème de l interopérabilité des produits. La certification Wi-Fi (Wireless-Fidelity) du WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) est en outre décrite en détail. Le chapitre 9 aborde en profondeur les problèmes de déploiement des réseaux sans fil IEEE Il devrait fournir à chaque profil de lecteur la solution de déploiement la

7 XVIII et les réseaux sans fil mieux adaptée à son cas particulier : réseau domestique, pont sans fil entre bâtiments, réseau d entreprise, réseau IEEE comme réseau d accès, etc. Le déploiement est abordé au sens large du terme, allant de la prise de décision et de la gestion de projet jusqu aux paramètres techniques et à l optimisation. Les déploiements commerciaux des nouveaux opérateurs WISP (Wireless Internet Service Provider) comme l émergence des réseaux spontanés sont également décrits. Le chapitre 10 est un chapitre de prospective, dédié au routage dans les réseaux sans fil. L interconnexion a toujours été un facteur d essor rapide des réseaux, comme en témoigne Internet. L interconnexion des réseaux sans fil à l aide de routeurs, et de préférence en évitant de disposer de réseaux câblés, peut ouvrir la porte à de nouvelles applications. C est en tout cas un sujet qui intéresse particulièrement les militaires américains, qui ont contribué à la création du groupe de travail MANET (Mobile Ad Hoc NETwork) de l IETF (Internet Engeenering Task Force) sur les réseaux mobiles ad-hoc. Ce groupe travaille à la spécification de protocoles de routage pour réseaux mobiles ad-hoc. Parcours de lecture Trois itinéraires de lecture sont proposés. Le premier est celui d une lecture linéaire de l ouvrage. Il permet d assimiler progressivement toutes les notions nécessaires à une compréhension en profondeur. Le second itinéraire est celui de l homme de l art, rompu avec la technique. Après l introduction, ce dernier peut passer directement au chapitre 4, puisqu il possède déjà un solide bagage technique. Le troisième itinéraire est offert à l utilisateur pressé, qui souhaite trouver rapidement les réponses aux questions qu il se pose sur IEEE en matières de réglementation, de produit, de déploiement et de sécurité. Après l introduction, ce lecteur peut se rendre directement au chapitre 8. Lecture linéaire. Le premier itinéraire concerne la lecture linéaire de l ouvrage. Il permet d acquérir au fil de l eau tout le bagage nécessaire : théorie, technique, vocabulaire, réglementation, matériel et déploiement. C est l itinéraire recommandé pour le lecteur novice qui souhaite acquérir des bases solides. Lecture de l homme de l art. Ce deuxième itinéraire est celui d un lecteur déjà initié aux réseaux et qui souhaite approfondir ses connaissances. Ce lecteur peut sauter les chapitres 2 et 3 et entrer dans le livre directement au chapitre 4, consacré à la norme IEEE , pour adopter ensuite une lecture linéaire. Cette impasse dépend bien sûr de sa compétence, un spécialiste de la transmission numérique radio pouvant sauter sans difficulté le chapitre 2 et un spécialiste des protocoles et de l accès multiple se passer du chapitre 3. Lecture de l utilisateur pressé. Ce dernier itinéraire est celui du lecteur qui ne souhaiterait qu aborder le côté pratique et utilitaire des réseaux sans fil. Ce lecteur peut entrer directement dans la partie III et se dispenser du chapitre sur la sécurité, dont les conclusions sont partiellement reprises au chapitre 9. Certaines notions risquent évidemment de lui faire défaut, mais l usage de l index le guidera vers les pages susceptibles de clarifier les points obscurs.

8 Avant-propos XIX Lecture linéaire Lecture de l'homme de l'art Lecture de l'utilisateur pressé Chapitre 1 Introduction Chapitre 2 La transmission physique d'un signal radio Chapitre 3 Le partage du canal radio Chapitre 4 La norme IEEE et son extension b Chapitre 5 Les autres extensions de la norme IEEE Chapitre 6 Les normes concurrentes d'ieee Chapitre 7 IEEE et la sécurité Chapitre 8 Implémentations et solutions IEEE Chapitre 9 Déploiement de réseaux IEEE Chapitre 10 Le routage dans les réseaux ad-hoc multisaut Parcours de lecture

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