Guide pratique du réseau sans-fil

Ce document donne quelques éléments sur les réseaux sans-fil, leur configuration, et leurs difficultés. Différent du réseau filaire, le sans-fil demande la connaissance de quelques astuces si l'on veut qu'il fonctionne bien. Vous devrez avoir quelques connaissances en matière d'antennes, savoir les positionner, avoir quelques connaissances en matière de configurations itinérantes, et cætera. Vous pourrez trouver une aide encore plus intéressante dans le Wireless Howto de Jean Tourrilhes (ce document est en langue anglaise).

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Merci à Fatamorgana Computers pour l'équipement matériel et l'expérience apportée.

Merci au Projet de documentation Linux pour la publication et la mise en ligne rapide de mon document.

Le sans-fil est une nouvelle technologie qui permet de connecter des ordinateurs à distance. Il fonctionne grâce à des cartes sans fil incluant un émetteur-récepteur à 2.4 GHz et présentant une interface logicielle semblable à Ethernet, avec une adresse matérielle unique pour chaque carte au monde. La puissance de transmission classique se situe entre 10-20 mW et 100 mW (voir les standards IEEE 802.11 et les autorisations de la FCC^[1], de la CEPT^[2] et de l'ART^[3] pour la France).

Le plus important dans les communications sans-fil est d'avoir une ligne à vue dégagée : vous devez voir (à l'œil nu ou avec des jumelles) la seconde antenne depuis la première, vous pouvez accepter (au pire) un petit arbre entre elles.

La distance dépend de l'antenne (éventuellement de l'amplificateur) utilisée : 200 à 300 mètres avec une antenne omnidirectionnelle; 1 km avec une antenne directionnelle; 2 à 3 km avec une antenne omnidirectionnelle amplifiée (200 mW); plusieurs kilomètres avec une antenne parabolique; 50 à 60 km avec une antenne parabolique ou directionnelle amplifiée (plusieurs Watts).

Soyez averti qu'il n'est pas toujours légal d'amplifier les cartes sans-fil (NdT : 100 mW maximum en France), car vous pourriez violer les règles de l'ART (en France — ou de votre autorité de régulation nationale, de la CEPT ou de la FCC).

Les réseaux filaires sont simples à configurer (au moins à bas niveau). Les réseau sans-fil sont très difficiles à configurer, à gérer, à déboguer… Les problèmes classiques des réseaux filaires comme l'installation matérielle, l'installation logicielle, la mise au point, et cætera, deviennent vraiment cruciaux avec le sans-fil :

Si vous avez installé un répéteur (une machine sous Linux qui contient plusieurs cartes filaires et sans-fil) vous risquez d'avoir des difficultés à modifier sa configuration à distance !

Des connaissances diverses sont nécessaire à la configuration d'un réseau sans-fil :

Et surtout, pas mal de chance !

Pourquoi ? Par ce que vous n'êtes pas satisfait par les réseaux filaires.

Les cartes sans-fil permettent de passer par-delà les jardins, les parcs, les maisons (mais vous devez voir l'autre côté)…

Les protocoles haut niveau utilisés par les cartes sans-fil sont les mêmes que ceux utilisés par les cartes Ethernet : TCP/IP sur du sans-fil est en gros semblable à TCP/IP sur de l'Ethernet. Cependant, faites attention aux partages réseau de Windows si vous utilisez Linux pour leur routage : en effet, vous devez savoir qu'un routeur IP ne laissera pas passer les messages de diffusion (voir le protocole NetBIOS) : dans ce cas, vous devrez utiliser un serveur WINS pour permettre l'exploration du réseau (voir la documentation de Samba).

Le sans-fil vous permet de créer un petit réseau local avec un point d'accès central (et peut-être un partage de connexion Internet) et d'en ouvrir l'accès à tout le monde par les ondes !

Imaginez un pays entièrement connecté par un réseau radio.

Imaginez un réseau qui permettrait de connecter tous les habitants d'un pays ensembles, de partager des fichiers, des applications audio, des applications vidéo nécessitant une large bande passante (comme le réseau câblé)…

Tout cela peut être réalisé (et ça l'est déjà dans certains pays) en utilisant des cartes sans-fil, des point d'accès sans-fil et des machines Linux sans-fil qui peuvent agir en tant que répéteur (à un niveau IP comme un routeur, ou si vous voulez, à un niveau liaison de données, avec un pilote pour pont.

Dans ce guide pratique, je commence avec une configuration générique — comme introduction au réseau sans-fil — puis je décris un exemple pour chacune des cartes que je connais directement, avec quelques astuces que vous pourrez utilisez pour améliorer leurs performances.

Pour une liste plus exhaustive, voir le Wireless Howto de Jean Tourrilhes

Le modem radio Siemens n'est pas vraiment une carte sans-fil 802.11, il s'agit en fait d'un modem que vous pouvez brancher sur le port série et qui fonctionne comme un modem (à 1800 MHz, technologie DECT). Son utilisation est décrite plus loin (cf. Annexe B, Le Modem Radio Siemens DECT).

Les cartes RadioLan fonctionnent à 5.4 GHz dans un environnement Windows 9x. Elle utilisent un point d'accès RadioLan qui sert de pont entre un réseau filaire et un réseau sans-fil. Il n'existe pas de pilotes Linux à ma connaissance.

Les cartes sans-fil de la liste ci-dessus sont très chères : elles commencent à plusieurs centaines de dollars et dépassent le millier de dollars pour les points d'accès qui possèdent 2 cartes sans-fil (Lucent par exemple) et qui peuvent être utilisées comme pont (NdT : les prix ont beaucoup baissé depuis).

Au premier niveau du modèle OSI, nous pouvons avoir 3 types de spécifications :

Ad-hoc est la méthode la plus simple (mais qui peut difficilement être utilisée à grande échelle) et permet à de nombreux hôtes de communiquer directement ensemble. La principale restriction de ce mode est que, pour pouvoir atteindre la totalité du réseau, il est nécessaire que chacun soit visible de tous les autres (au moins idéalement, car ce problème pourrait être résolu au niveau IP ! Pour en savoir plus, voir la Section 5.4, « Configuration IP »).

Mode Ad-hoc 

                               A - - - - - C
                                 \       /
                               |   \   /   |
                                     /\
                               |   /    \  |
                                 /       \
                               B - - - - - D

Dans un environnement en mode Infrastructure, on utilise un point d'accès auquel tous les autres hôtes doivent se connecter pour partager le réseau.

Mode Infrastructure 
                                     ESS
 
          A - - - | - Point d'accès - - Point d'accès - | - - - D
 
          B - - - |   BSS1                    BSS2      | - - - E
 
          C - - - |                                     | - - - F

B et C ne peuvent pas voir D, E et F, mais ils peuvent communiquer car ils utilisent tous le même ESS. Important : A, B et C pourraient aussi ne pas se voir.

De plus, on utilise les termes de intérieur (indoor) et extérieur (outdoor) pour distinguer une couverture de petite taille d'une grande couverture.

Gardez bien en tête le fait qu'il existe beaucoup de cartes sans-fil dans le monde, mais que toutes ces cartes ne sont pas forcément capables de communiquer entre elles. Pour être capable de se parler, deux cartes doivent utiliser :

Les points d'accès sont très pratiques et réduisent les problèmes, mais sont chers. Idéalement, pour un gros réseau, vous fonctionnerez en mode Infrastructure, alors qu'avec un petit nombre d'hôtes, vous choisirez plutôt le mode Ad-hoc : pourquoi dépenser beaucoup d'argent pour quelques hôtes ?

De toutes façons, sachez que si vous dépensez plus d'argent, tout fonctionnera probablement bien, alors qu'en dépensant moins, vous ferez probablement face à plus de problèmes.

Bonne question !

Depuis peu, il existe une solution matérielle à ce problème : Prism2

Vous pourrez en apprendre plus sur http://hostap.epitest.fi/

Vous aurez besoin d'une machine Linux (un 486 ou mieux, au moins un Pentium 100, avec un minimum de 16 Mo de RAM), une cartes réseau sans-fil, une antenne (voir la Section 2.2, « Quelle est la distance maximum entre deux cartes radio ? »). Vous devrez avoir la même chose de l'autre côté (avec Windows 9x ou Windows NT si vous préférez) car vous devrez simuler une communication !

Vous aurez besoin :

Si vous ne les trouvez pas, même là, vous n'aurez plus qu'à attendre ou à convertir un pilote pour Windows en pilote pour Linux !! (Bonne chance !).

Après cela, vous devrez recompiler votre noyau, recompiler vos sources pcmcia (si vous en avez besoin pour votre carte sans-fil), et enfin recompiler votre pilote sans-fil. Ceci est la situation classique, mais pour certaines cartes, vous n'aurez peut-être a effectuer que l'étape 3 ou seulement les étapes 1 et 3, cela dépend des pilotes.

Une fois que vous avez le matériel nécessaire et que vous aurez compilé tout ce dont vous avez besoin, vous devrez effectuer les étapes fondamentales de configuration d'un réseau sans-fil :

N.B. : les étapes 1, 2 et 3 correspondent au niveaux correspondant du modèle OSI, alors que l'étape 4 est un complément destiné à résoudre les situations générées par les masques de réseau 255.255.255.255. En fait un masque de sous-réseau dont les 32 bits sont à 1 viole le standard OSI car cela force le réseau à utiliser la même adresse pour les messages de diffusion et les messages destinés à l'IP de la machine. De plus, l'adresse du réseau n'existe pas.

On pourrait critiquer ce point de vue, mais l'utilisation du modèle OSI pour configurer un réseau sans-fil entraînerait une perte importante lors de la configuration des sous-réseaux ; en effet, chaque sous-réseau gaspille 2 adresses IP (adresse réseau et adresse de diffusion) et cette structure fait perdre en souplesse pour l'affectation des adresses IP (de manière géographique). Vous en trouverez plus à ce sujet en annexe (cf. Annexe A, Le masque 255.255.255.255, le mandataire ARP et la fonction de pont ).

Vous noterez que l'étape 2 n'est pas nécessaire dans un réseau filaire, car il n'y a pas de paramètres particuliers à configurer à ce niveau.

Il s'agit d'un problème récurrent dans l'administration d'un PC : faire que votre noyau (ou vos logiciels d'une manière générale) reconnaisse votre matériel.

Les cartes sans-fil sont encore plus complexes car beaucoup d'entre-elles se branchent sur un port PCMCIA. Donc, vous devrez d'abord permettre à votre noyau de voir l'adaptateur PCMCIA, ensuite vous pourrez essayer d'installer le pilote matériel spécifique à votre carte sans-fil.

Dans les configurations PCMCIA, vous devrez :

Dans les autres cas :

Une fois que vous connaîtrez le nom du module, vous devrez le charger : dans une configuration PCMCIA vous aurez seulement besoin de lancer le démon pcmcia (/etc/rc.d/init.d/pcmcia start sous RedHat). Pour les autres configurations, il suffira d'utiliser modprobe nom_du_module options . Dans les options, vous donnerez les ports d'E/S, ainsi que les paramètres d'IRQ et de la liaison données (voir la Section 5.3, « Configuration de la liaison données ») au pilote sans-fil.

Dans tous les cas, voici les outils pouvant être utilisés pour vérifier si votre matériel est correctement reconnu par le pilote :

Qu'est-ce que c'est ?

Les réseaux filaires ont seulement besoin d'être connectés et l'on peut immédiatement définir les paramètres TCP/IP.

En revanche, pour les réseaux sans-fil il est nécessaire de paramétrer la liaison données, afin de définir par exemple :

Comme vous le voyez, il y a beaucoup de paramètres à définir. Ceci tient à l'architecture des réseaux sans-fil : une personne se trouvant dans un périmètre proche n'aurait qu'à diriger une antenne dans la bonne direction et à entrer les bons paramètres TCP/IP pour intercepter vos paquets et utiliser vos services.

De plus, la présence d'un grand nombre de sous-réseaux sans-fil pourrait générer des interférences entre ceux-ci.

Il existe donc :

Il s'agit du troisième problème auquel vous allez faire face. À cette étape, la situation ne devient problématique que lorsque votre réseau évolue pour devenir plus grand.

Souvenez-vous : le réseau IP sans-fil ne vous stressera pas si vous ne le stressez pas !

Une configuration simple

                      Chaque hôte voit tous les autres
 
                               A - - - - - C
                                 \       /
                               |   \   /   |
                                     /\
                               |   /    \  |
                                 /       \
                               B - - - - - D

Une configuration comme celle-ci ne requiert rien de particulier (à un niveau IP) : vous devez seulement attribuer une adresse IP à chaque hôte et un masque de sous-réseau global cohérent.

Une configuration plus complexe

                       A ne voit pas B directement
 
                                A <- - - -
                            Pas \        |
                             de \        C
                  communication \        |
                                B <- - - -

Dans ce cas, A et B ne peuvent communiquer qu'en passant par C

Si le réseau est en mode Infrastructure et que C est le point d'accès, il n'y a pas de problème. En mode Ad-hoc, vous pouvez aussi donner à un hôte le rôle de maître (Je sais que ce terme n'est pas si cérémonieux !). Celui-ci pourra créer un BSS auquel n'importe quel autre hôte pourra se joindre.

Au niveau IP, nous sommes ici totalement connectés : A et B communiquent avec C en utilisant la même interface de C. En conséquence, si vous essayez de faire un ping de A vers B, vous recevrez de nombreux paquets ICMP REDIRECT (redirection ICMP) envoyés par C, celui-ci informant A que sa destination se trouve déjà dans le réseau d'où provient sa requête.

Solution : sur la machine C, entrez echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/ethx/send_redirects (où ethx est l'interface de C vers A et B) pour annuler l'envoi de ces messages.

Un autre problème : quel masque de sous-réseau attribuer à A et B ? Si vous attribuez à A un masque qui inclut A et B, rien ne fonctionnera, car A n'utilisera pas la passerelle (C) mais fera directement des requêtes ARP afin d'obtenir l'adresse MAC de sa destination, qui hélas est injoignable directement.

Vous pourriez envisager d'utiliser un mandataire ARP (proxy arp), mais cela ne marchera pas non plus. En effet, un mandataire ARP ne répondra à la source que si la destination et la source se trouvent sur deux interfaces différentes, ce qui n'est pas le cas !

Vous devrez donc attribuer un masque de sous-réseau très petit (Win9x autorise 255.255.255.254, alors que sous WinNT il faudra au moins 255.255.255.248), et vous devez vous assurer que les hôtes A et B n'ont pas une adresse réseau identique.

Exemples :

En général, avec un masque de sous-réseau de 255.255.255.254, le système fonctionne avec 2 adresses IP en changeant simplement le dernier chiffre, et en s'assurant que si le dernier chiffre de l'un des adresses est paire, le dernier chiffre de l'autre adresse n'est pas le chiffre impair immédiatement supérieur.

Ce sont des contraintes de TCP/IP, mais c'est la seule méthode permettant d'obtenir un haut niveau de flexibilité.

Note

Si vous utilisez un point d'accès, c'est-à-dire un réseau en mode Infrastructure, vous n'aurez pas le problème de redirection, car tout sera résolu au niveau liaison de données (presque tous les points d'accès se comportent comme des ponts). Mais les points d'accès sont chers (un millier de dollars, voire plus)[5] et il est plus économique d'utiliser un Pentium 133 avec 32 Mo de mémoire vive comme routeur, même avec 2 cartes ou plus.

Accès à Internet

                               A - - - - - C - - Internet
                                 \       /
                               |   \   /   |
                                     /\
                               |   /    \  |
                                 /       \
                               B - - - - - D

Il existe plusieurs situations :

Réseaux mixtes : filaires et sans-fil

                                Internet         
                                       \      
                                        \        E
                                         \     /
                                          \  /       sans-fil
                               A - - - - - C - - F
                                 \       /   \
                               |   \   /   |   \
                      filaire        /\          G                             
                               |   /    \  |
                                 /       \
                               B - - - - - D

Maintenant, C relie deux réseaux : sans-fil à droite et filaire à gauche.

De plus, il y a un accès à Internet, vous avez donc au total 3 cartes réseau dans C.

Quels adresses IP attribuer aux hôtes ? Vous avez deux solutions :

Examinons cette deuxième solution plus en détails

Par exemple, considérez que vous avez un sous-réseau public en x.y.z.0/24

Les interfaces sont :

ifconfig eth0 x.y.z.C netmask 255.255.255.255 # filaire
ifconfig eth1 x.y.z.C netmask 255.255.255.255 # sans-fil
ifconfig eth2 x.y.z.C netmask 255.255.255.255 # vers Internet

Les routes statiques pour eth2 sont :

route add adresse_passerelle dev eth2
route add default gw adresse_passerelle

Ces routes servent à diriger vers votre passerelle par défaut toutes les requêtes vers Internet : comme vous pouvez le remarquer, vous devez d'abord indiquer à Linux où se trouve le routeur, puis de diriger par défaut les requêtes vers celui-ci.

Routes statiques sur eth0 :

route add x.y.z.A dev eth0
route add x.y.z.B dev eth0
route add x.y.z.D dev eth0

(Les hôtes A, B et D se trouvent sur le réseau filaire.)

Routes statiques sur eth1 :

route add x.y.z.E dev eth1
route add x.y.z.F dev eth1
route add x.y.z.G dev eth1

(Les hôtes E, F et G se trouvent sur le réseau sans-fil.)

Cela vous donnera une très grande souplesse, mais vous devrez définir à la main la configuration relative à chaque hôte.

Les cartes sans-fil ont une interface similaire à n'importe quelle autre carte Ethernet, vous devrez donc ajouter dans /etc/conf.modules :

alias ethx module

options module io=0xAAA irq=I …

Après cela, vous pourrez utiliser les commandes ifconfig et route pour configurer votre cartes au niveau IP.

Type de réseau : FHSS, Ad-hoc seulement, et avec le protocole propriétaire OpenAir.

Site web : http://www.komacke.com/distribution.html où vous devrez télécharger la documentation et les pilotes Linux. Les pilotes pour les systèmes Windows sont disponibles sur http://www.proxim.com.

Les pilotes sont fournis avec un code source à compiler.

L'utilitaire proxcfg vous permet de modifier les paramètres de la liaison données :

C'est tout ce que vous devez savoir pour la faire fonctionner correctement.

Pour plus d'information, consultez http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Linux.Wireless.drivers.html#RangeLan2.

Type de réseau : FHSS, Ad-hoc seulement pour la Aviator 2.4 et Infrastructure pour la AviatorPro.

Ce sont des cartes PCMCIA, donc vous devrez compiler les sources pcmcia pour pouvoir les utiliser. Le pilote permettant d'utiliser ces cartes est livré avec les sources PCMCIA (version 3.1.33 minimum) et est inclus dans les noyaux Linux à partir de la version 2.4.19.

Finalement, pour vérifier votre configuration avec , donnez à pc_debug une valeur supérieure à zéro. Vous verrez dans votre console des messages relatifs à la liaison données (comme network started lors de la création d'un nouveau réseau sans-fil et network joined lors de la jonction avec un réseau sans-fil existant).

Le fichier /proc/ray_cs peut également vous aider : si le BSSID qu'il indique est nul, vous ne pourrez recevoir de données d'aucune carte. En effet, le BSSID indique à quel réseau vous appartenez.

Pour plus d'informations, consultez http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Linux.Wireless.drivers.html#Raylink

Type de réseau : DSSS, Ad-hoc et Infrastructure.

Les produits Lucent sont très professionnels. NdT : La gamme des produits sans-fil de Lucent a été revendue à Proxim

Site web : http://www.lucent.com et http://www.orinoco.net.

Le pilote (orinoco_cs) permettant d'utiliser ces cartes est livré avec les sources PCMCIA (version 3.1.34 minimum) et est inclus dans le noyaux Linux à partir de la version 2.4.21.

Alors que les pilotes précédents étaient configurés via des paramètres indiqués au module lors de son chargement, la configuration de ce pilote sera réalisée via les extensions sans-fil du noyau (wireless extensions). Les extensions sans-fil sont un jeu d'appels systèmes permettant de communiquer avec les pilotes des cartes réseaux sans-fil. Les utilitaires permettant d'exploiter ces extensions sont regroupés dans le paquet wireless-tools. Parmi ceux-ci se trouve la commande iwconfig qui sera spécifiquement utilisée pour la configuration d'une carte (voir http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Tools.html).

Note

Pour utiliser 2 cartes Wavelan avec des configurations différentes sur la même machine (par exemple, l'une en mode Ad-hoc et l'autre en mode infrastructure), il suffit d'indiquer dans le fichier de configuration /etc/pcmcia/wireless.opts une configuration pour chaque carte. En effet, la quatrième partie du motif de sélection de chaque bloc *,*,*,XX:XX:XX:XX:XX) sert à spécifier à quelle carte (i.e. à quelle adresse MAC) cette configuration s'applique. Il suffit donc de remplacer dans chaque cas cette quatrième composante (XX:XX:XX:XX:XX) par l'adresse MAC de la carte à laquelle cette configuration s'applique.

Les pilotes pour Lucent peuvent aussi être utilisés pour les cartes Cabletron http://www.cabletron.com

Pour plus d'information, consultez http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Linux.Wireless.drivers.html#WavelanIEEE.

Type de réseau : DSSS, Ad-hoc ou Infrastructure.

YDI vend des cartes très professionnelles avec des antennes, des amplis, et cætera.

Site web : http://www.ydi.com. Les pilotes Linux sont disponibles sur : ftp://ftp.linux-wlan.org/pub/linux-wlan/.

Pour installer :

Une fois ceci fait, vous pourrez choisir de réaliser une configuration manuelle de la liaison données en utilisant wlanctl ou une configuration automatique en utilisant les scripts scripts/wlan ou scripts/rc.wlan.

Les paramètres principaux pour un réglage manuel :

Pour plus d'information, consultez http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Linux.Wireless.drivers.html#Prism.

Le projet Linux-wlan ;

Le Wireless Howto de Jean Tourrilhes.

Fatamorgana Computers ;

Site web de Lucent ;

Site web de YDI ;

Site web de Siemens.

Le site consacré au WiFi de l'université de Corse ;

Les articles consacrés aux réseaux sans fil du site de vulgarisation informatique Comment ça marche ?.