Wifi Domestique: Tout ce que vous avez besoin de savoir sur le Wifi domestique

Wi-Fi — le nom familier qu’on donne aux standards réseau 802.11xx — est une invention essentielle permettant de se passer de câbles. Imaginez juste une seconde ce que serait votre smartphone ou votre tablette sans Wi-Fi.

Donc, en quelques mots, le Wi-Fi est une alternative aux réseaux filaires, permettant aux appareils de se connecter sans-fil à un réseau. Mais le monde du Wi-Fi peut paraître bien complexe, du fait de ses nombreux standards de vitesse, ses différentes bandes sans-fil, ses fonctionnalités et, eh bien, tout le reste.

Cet article a pour objectif de vous aider à comprendre le Wi-Fi sans pour autant devenir un expert réseau, sans s’encombrer du jargon propre aux réseaux. Expliquer le Wi-Fi de façon claire et simple sans prise de tête est un chalenge, mais je vais essayer.

Comment fonctionne le Wi-Fi ?

Le Wi-Fi utilise des fréquences radio pour transmettre des données. Il partage le même principe que toutes les autres technologies à base d’ondes radio, comme la radio elle-même.

Les stations émettrices de radio AM et DM utilisent des fréquences se mesurant en Kilohertz (kHz) et Megahertz (MHz). Le Wi-Fi, quant à lui, utilise des fréquences bien plus hautes mesurées en Gigahertz (GHz). Précisément, dans l’immense majorité des cas, il utilise les bandes de fréquences 2,4 GHz et 5 GHz.

C’est quoi, les Hertz ?

Pour comprendre ce que signifie cette unité, il vous suffit de comprendre ce qu’est un Hertz.

En termes simples, le Hertz est le nombre de crêtes d’une onde radio – ou de cycles d’ondes – en une seconde.

Jetez un gros rocher dans un étang calme et comptez le nombre de fois que la vague atteint son point culminant en une seconde en s’éloignant. S’il n’y en a qu’une, alors vous avez un Hertz ; deux signifient que vous avez deux Hertz, et ainsi de suite.

Et les hautes fréquences radio, ça veut dire quoi ?

Comme vous avez dû le noter, le Wi-Fi utilise des fréquences radio très élevées 2,4 GHz (ou 2.400.000.000 Hz) and 5 GHz (5.000.000.000 Hz).

En bref, plus la fréquence est élevée, plus la distance entre deux crêtes d’onde consécutives est faible, ce qui se traduit par une longueur d’onde plus courte. Cependant, cela signifie également que plus vous pouvez y mettre d’informations.

Et la façon dont nous manipulons les fréquences se traduit par de nombreuses variantes de Wi-Fi appelées standards, ou normes.

Les standards de Wi-Fi domestique

Vous ne pouvez pas utiliser n’importe quelle fréquence. Elles sont réglementées, et c’est une bonne chose car pour que les appareils puissent communiquer par radio, ils doivent s’entendre sur de nombreuses procédures standardisées.

De fait, les standards Wi-Fi sont des spectres précis, déterminés par l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Chaque fois qu’un spectre est disponible pour l’usage public, nous avons un nouveau standard Wi-Fi.

Depuis 1999, il y a eu six standards, 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, et 802.11ax.

Les standards les plus récents sont toujours plus rapides que les anciens, mais sont également toujours compatibles avec leurs prédécesseurs. De ce fait, vous pouvez généralement utiliser des appareils Wi-Fi de différentes générations ensemble sans problèmes.

Nouvelles appellations : 802.11ax est désormais le Wi-Fi 6

Le 3 octobre 2018, l’Alliance Wi-Fi a introduit de nouvelles appellations pour ces standards Wi-Fi, qui utilisent des nombres. Nous avons désormais une appellation pour le 802.11ax, Wi-Fi 6 (parce que c’est la 6^ème génération de Wi-Fi), 802.11ac est donc nommé Wi-Fi 5, etc. Plus d’informations dans le tableau ci-dessous

Bref aperçu des standards Wi-Fi

Quelques mots sur les vitesses de Wi-Fi

• Les vitesses de Wi-Fi que nous mentionnons ici sont celles sur le papier. Les vitesses plafond théoriques.
• Les vitesses réelles du Wi-Fi varient très largement, et sont souvent bien plus faibles du fait des interférences, distances, de la compatibilité des appareils, et des pertes en général.
• En utilisation réelle, vous aurez généralement les deux tiers de la vitesse plafond, au maximum.
• La vitesse d’une connexion Wi-Fi est celle de son membre le plus lent. Par exemple, si vous utilisez un client Wi-Fi 5 avec un routeur Wi-Fi 4, la connexion entre les deux sera celle du standard Wi-Fi 4.

Cette nouvelle convention de nommage est un changement bienvenu. Inutile de vous préoccuper duquel est le meilleur, ac, n ou ax désormais. Et maintenant, il est juste simple et évident qu’un chiffre plus élevé signifie un standard Wi-Fi plus rapide et plus récent.

Selon l’Alliance Wi-Fi, dans le futur, lorsque tout le monde aura adopté ces nouvelles appellations, les appareils Wi-Fi indiqueront également la génération de Wi-Fi disponible (4, 5 ou 6). De fait, lorsqu’il y a plusieurs réseaux Wi-Fi sous différents standards Wi-Fi dans un endroit, vous pouvez sélectionner celui qui est le plus adapté à votre appareil. (Gardez à l’esprit que cela ne signifie pas forcément que votre connexion internet sera plus rapide, parce que le Wi-Fi et internet sont deux choses distinctes.)

Les trois premiers standards sont lents et désormais obsolètes. Et c’est très bien, car vous n’avez du coup à vous soucier que des Wi-Fi 4 et supérieurs.

Wi-Fi 4 (802.11n)

Également connu sous le nom de Wireless-N et pouvant fonctionner avec trois flux (ou streams) au maximum sur le même flux, capable de fournir jusqu’à 150 Mbps. (Plus d’informations sur les flux Wi-Fi plus loin.)

Ce standard a également apporté des avancées majeures pour le Wi-Fi.

• Dual-band : Pour la première fois, les émetteurs Wi-Fi, nommés routeurs et points d’accès opèrent à la fois sur les bandes 2,4 GHz et 5 GHz.
• Appellations par vitesses combinées : Pour différencier les appareils, les fabricants de matériel réseau sont passés aux désignations N. Par exemple, ils appelaient un routeur Wi-Fi 4 dual-band dual-stream (2×2), un routeur N600. Le nombre qui suit le « N » est la vitesse plafond combinée des deux bandes. De la même manière, les routeurs tri-stream (3×3) sont désormais des routeurs N900.

Gardez bien à l’esprit que le nombre de bandes d’un routeur ou d’un client n’a aucune importance pour la vitesse réelle de la connexion, une connexion Wi-Fi se passe sur une seule bande à la fois. (Encore une fois, plus d’informations sur les bandes Wi-Fi plus loin.)

Wi-Fi 5 (802.11ac)

Ce standard ne fonctionne que sur la bande 5 GHz et chaque stream peut opérer à environ 433 Mbps et peut délivrer jusqu’à quatre streams à la fois (4×4), d’où une vitesse combinée d’environ 1733 Mbps (4 x 433 Mbps).

Sur la bande 5 GHz, le standard est compatible avec le Wi-Fi 4 (802.11n). De même, un routeur/point d’accès Wi-Fi 5 inclut toujours un point d’accès Wi-Fi 4 sur la bande 2,4 GHz. Pour cette raison, n’importe quel émetteur Wi-Fi 5 sera compatible avec tous les clients Wi-Fi existants.

Avec le Wi-Fi 5, ce sont deux avancées significatives qui se produisent :

Les routeurs tri-band : Des routeurs avec une bande 2,4 GHz et deux bandes 5 GHz fonctionnant en simultanée. La bande 5 GHz supplémentaire fait que l’appareil peut gérer plus de clients sur cette bande avant de ralentir.

Appellations AC

De la même façon que pour les appellations N du Wi-Fi 4, les fabricants combinent désormais les vitesses de toutes les bandes, en arrondissant ou non les chiffres, qui donnent leurs noms aux routeurs Wi-Fi 5.

Pour cette raison, vous trouverez de nombreuses variantes comme AC1900 (routeur dual-band 3×3 avec 1300 Mbps sur la bande 5 GHz et 600 Mbps sur la 2,4 GHz), AC2500 (routeur dual-band 4×4), AC3200 (routeur tri-band 3×3 avec 1300 Mbps sur chacune des deux bandes 5 GHz et 600 Mbps sur la bande 2,4 GHz) etc.

Gardez à l’esprit que les nombres qui suivent le « AC » ne sont pas les vitesses maximales d’une connexion unique, mais la bande passante totale de toutes les bandes. C’est comme appeler votre voiture volante (lorsque vous en aurez une !), capable de rouler à 60 km/h et de voler à 120 km/h, un véhicule 180 km/h. C’est déroutant dans la mesure où la voiture ne peut pas rouler et voler en même temps. Mais les fabricants et revendeurs adorent utiliser cet outil marketing très puissant.

802.11ad

Apparu en 2009 sous le nom de WiGig, ce standard était à l’origine hors de l’écosystème Wi-Fi, jusqu’en 2013.

Le 802.11ad opère sur une fréquence de 60 GHz et dispose d’une vitesse sans-fil ahurissante de 7 Gbps. Cependant, sa portée est extrêmement faible, quelques mètres tout au plus. Et le signal est incapable de traverser les murs ou les objets, ce qui le rend totalement inutile en tant que standard réseau sans-fil. Il est donc utilisé principalement comme solution de docking pour les PC portables, c’est un moyen rapide et pratique pour connecter des appareils très proches, et sans obstacles. Du fait de ses inconvénients évidents, ce standard reste très rare.

Un routeur 802.11ad inclut toujours des points d’accès 802.11ac et 802.11n pour pouvoir fonctionner avec les clients Wi-Fi existants. Mais encore une fois, vous pouvez certainement l’oublier.

Wi-Fi 6 (802.11ax)

802.11ax est la toute dernière génération de Wi-Fi, et est disponible dans le commerce depuis début 2019, les premiers routeurs étant déjà sortis. Il y a des chances que vous deviez attendre encore quelques années pour que le Wi-Fi 6 atteigne la popularité actuelle du Wi-Fi 5 (802.11ac).

Ce nouveau standard est entre 4 et 10 fois plus rapide que le Wi-Fi 5, selon la configuration. Avec le Wi-Fi 6, vous pouvez avoir des connexions plusieurs fois supérieures à 1 Gbps, qui est la vitesse d’une connexion filaire Gigabit.

Vous pouvez découvrir le Wi-Fi 6 plus en détails dans cet article sur la vitesse et la portée du Wi-Fi 6, mais il y a deux points importants que vous devriez connaitre :

OFDMA – Plus efficient

Le Wi-Fi 6 utilise une nouvelle technologie nommée orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA),qui est une merveille pour le multiplexage de division de fréquence. Cette technique divise chaque canal en de nombreux sous-canaux disposant chacun de sa fréquence propre. Ces « mini » fréquences s’empilent les unes sur les autres pour encore plus d’efficacité.

Vous pouvez voir OFDMA comme une version améliorée de MU-MIMO. (Plus d’informations sur MIMO et MU-MIMO plus loin). Prenons l’exemple d’un bar, si MU-MIMO revient à disposer de plusieurs serveurs (contrairement à un seul avec MIMO), OFDMA passe le cran supérieur et utilise des serveurs robotiques, capables de servir de nombreux clients à la fois.

Planification des heures de réveil – Meilleure durée de vie de la batterie

Le Wi-Fi 6 promet d’améliorer considérablement la durée de vie de la batterie par rapport au Wi-Fi 5 (802.11ac) en partie parce qu’il n’a pas besoin d’autant de temps pour transmettre la même quantité de données. Plus significatif, cependant, est l’effet de sa nouvelle fonctionnalité, la planification des heures de réveil, ou Target Wake Time (TWT).

Cette fonctionnalité permet aux adaptateurs Wi-Fi de se mettre en veille très rapidement lorsqu’ils sont au repos (même pour un temps très court) et de se réveiller automatiquement lorsque nécessaire. C’est la même chose qu’une voiture qui coupe automatiquement son moteur au feu rouge et redémarre instantanément lorsque vous appuyez sur la pédale d’accélération.

Comme tous les standards Wi-Fi antérieurs, le Wi-Fi 6 est rétro compatible avec tous les clients Wi-Fi existants. Mais il a besoin du support de l’émetteur (routeur ou point d’accès) et du receveur (client ou adaptateur) pour être avantageux.

Matériel Wi-Fi

Pour avoir une connexion Wi-Fi, il nous faut un émetteur de signal et un récepteur. Ce sont des appareils physiques impliqués dans une connexion Wi-Fi.

Typiquement, l’émetteur est toujours un point d’accès (AP). Cependant, vous trouverez principalement des routeurs Wi-Fi, qui sont des routeurs standards disposant d’APs intégrés. Tous les routeurs domestiques récents sont des routeurs Wi-Fi.

Le récepteur est un adaptateur Wi-Fi. Dans la plupart des cas, vous ne verrez pas d’adaptateur réel, comme il est à l’intérieur de l’appareil (PC portable ou smartphone) que vous utilisez. Mais si vous avec un ordinateur qui n’a pas de Wi-Fi intégré (ou de Wi-Fi avec le standard que vous voulez), vous pouvez facilement acheter un adaptateur externe USB ou PCIe.

Un appareil, qu’il soit fixe ou portable, disposant d’un adaptateur Wi-Fi intégré est appelé client Wi-Fi.

Bandes Wi-Fi

Ce sont les fréquences radio sur lesquelles les signaux Wi-Fi sont émis entre un AP et un client. Il y a trois bandes Wi-Fi : 2,4 GHz, 5 GHz, et 60 GHz.

Plus le chiffre est haut, plus la vitesse est grande, mais plus la portée est courte. La portée de la bande 60 GHz est si courte qu’elle n’a que très peu d’applications dans le monde réel, comme nous l’avons mentionné dans la section sur le 802.11ad ci-dessus.

La bande 2,4 GHz est de loin la plus populaire. Les appareils non-Wi-Fi comme les téléphones sans-fil et les télécommandes de télé l’utilisent également. Le résultat, c’est que les vitesses de cette bande en conditions réelles sont limitées par énormément d’interférences et autres soucis. De fait, aujourd’hui, cette bande sert surtout de solution de secours, lorsque la portée est plus importante que la vitesse. En général, cette bande dispose d’une portée effective d’un peu plus de 50 mètres. Et elle est également suffisamment rapide pour offrir une connexion correcte à toute une maison.

Cela dit, la bande 5 GHz est le meilleur compromis entre grande vitesse et portée correcte, avec environ 46 mètres.

Dual-band : Un émetteur dual-bande dispose de deux points d’accès. La convention veut que ces deux points d’accès soient un 2,4 GHz et un 5 GHz. Un client dual-band, de la même manière, aura deux récepteurs sans-fil, un pour chaque bande.

Gardez à l’esprit que « dual » ne signifie pas que vous aurez deux appareils distincts. Vous aurez un point d’accès physique (ou routeur, ou adaptateur) qui gèrera les deux bandes.

La plupart des émetteurs (routeurs, points d’accès) ont désormais du dual-dans réel, ce qui signifie qu’ils peuvent travailler sur les deux bandes simultanément. Il y avait auparavant des émetteurs dual-band sélectif sur lesquels il fallait choisir la bande sur laquelle l’émetteur travaillait.

Tous les récepteurs (adaptateurs/clients), dual-band ou non, ne peuvent se connecter sur un émetteur que sur une bande à la fois.

Tri-band : Ceci ne s’applique qu’aux émetteurs. Généralement, cela signifie qu’un émetteur dispose de trois points d’accès, un 2,4 GHz, et deux 5 GHz, et tous peuvent travailler en simultanée. Un routeur tri-band peut gérer plus de clients à la fois qu’un routeur dual-band, avant de limiter sa vitesse.

Lire la suite: Routeur WiFi Dual-band vs. Tri-band et La Brûlante Question de la Bande Passante

Canaux Wi-Fi

Rapidement, les canaux Wi-Fi sont de petites parties de chaque bande Wi-Fi. Ils sont comme des voies sur une route. Une connexion Wi-Fi doit utiliser un canal précis à tout moment. Les canaux sont ce qui détermine la vitesse d’une connexion. Un peu comme une piste cyclable est plus lente qu’une voie pour voitures, mais plus rapide qu’un trottoir.

Comment fonctionnent les canaux dans différentes normes Wi-Fi.

Les canaux sont en megahertz (MHz). Il y a quatre niveaux, 20 MHz, 40 MHz, 80 MHz, et 160 MHz. Plus le nombre est grand, plus le canal est large, ce qui se traduit part des vitesses plus importantes. Un canal plus large prendra la place de plusieurs canaux plus fins.

En général, le Wi-Fi 4 (802.11n) ne fonctionne qu’avec les deux premiers. Les canaux de bande passante 40 MHz et 80 MHz sont populaires avec le Wi-Fi 5. Il est important de noter que de nombreux émetteurs Wi-Fi 5 gèrent le 160 MHz, mais que très peu de clients le peuvent. Le canal de bande passante 160 MHz est la clé des vitesses très élevées sans-fil du Wi-Fi 6, mais tous les appareils Wi-Fi 6 ne le gèrent pas, pour différentes raisons. De fait, le 80 MHz est le canal de bande passante le plus populaire.

Canaux 160 MHz vs. 160 MHz (80 + 80)

Un canal 160 MHz pur est un espace continu. Le mode 160 MHz 80 + 80 est un mode où le matériel combine deux canaux 80 MHz non continus en un seul.

Chevauchement de canaux

Les canaux qui se chevauchent sont ceux que plusieurs types de trafic peuvent utiliser. C’est comme un vélo qui peut aller sur les voies réservées aux voitures, il risque de causer des interférences et des ralentissements. D’un autre côté, il y a les canaux qui ne se chevauchent pas et qui sont comme des voies explicitement conçues pour un type de trafic, comme une voie ferrée.

Canaux à sélection dynamique de fréquence (DFS)

Disponibles uniquement sur la bande 5 GHz, les canaux DFS (du canal 52 au canal 144) sont des canaux spéciaux qui sont ceux des signaux radars.

En temps normal, ces canaux fonctionnent exactement comme n’importe quel autre canal. Cependant, lorsqu’un radar est détecté sur celui que votre routeur utilise, ce qui a tendance à arriver régulièrement si vous vivez près d’un aéroport, à quelques dizaines de kilomètres ou moins, le routeur déplacera ses signaux sur le prochain canal DFS libre. Lors de ce décalage, vous perdrez le signal Wi-Fi pendant un court instant.

Une autre chose, c’est que tous les clients ne gèrent pas le DFS, et ne peuvent de fait pas se connecter à la bande 5 GHz du routeur du tout. Pour cette raison, il est généralement moins risqué de ne pas utiliser les canaux DFS.

Flux (ou streams) Wi-Fi

Les flux Wi-Fi, souvent appelés streams spatiaux ou streams de donnés, sont la façon dont les signaux Wi-Fi voyagent. Un flux détermine la vitesse de base d’une bande de fréquence dans un standard Wi-Fi. Plus une bande est capable de gérer de flux, plus sa vitesse sera importante.

Prenez le Wi-Fi 4 (802.11n), par exemple. Il a une vitesse de base de 150 megabits par seconde (Mbps) par flux 5GHz. Si vous avez des appareils dual-stream (2×2), vous aurez une vitesse de Wi-Fi de 300 Mbps. De la même manière, une installation 3×3 aura une vitesse de 450 Mbps.

Grace aux améliorations technologiques, la vitesse de base d’un flux Wi-Fi augmente, mais le concept des flux multiples reste le même. D’ailleurs, les standards Wi-Fi plus récents ont tendance à gérer plus de flux. Par exemple, alors que le Wi-Fi 4 est limité à trois streams (3×3), le Wi-Fi 5 peut en gérer quatre (4×4). La Wi-Fi 6 pourra certainement en gérer encore plus.

Bandes vs. Canaux vs. Streams

Pour résumer, voici une analogie un peu grossière : Les connexions Wi-Fi sont comme du trafic sur un pont à plusieurs niveaux. Chaque niveau est une bande Wi-Fi. Chaque voie (y compris les voies ferrées et trottoirs) sur un niveau est un canal Wi-Fi. Et les véhicules qui passent sur le pont (voitures, bus, trains, vélos, etc.) sont les streams Wi-Fi.

Une connexion Wi-Fi se passe sur un seul canal (voie) à chaque fois, mais plus il y a de canaux (nombre qui augmente avec le nombre de bandes), plus les appareils physiques auront d’options pour fournir de meilleures vitesses.

MU-MIMO est désormais une fonctionnalité standard de la plupart des routeurs Wi-Fi.

Fonctionnalités Wi-Fi

Il existe quelques fonctionnalités d’amélioration du Wi-Fi, les plus populaires étant : WPS, Beamforming, MIMO, et MU-MIMO.

WPS

WPS est l’acronyme de Wi-Fi Protected Setup, un moyen rapide de permettre à un client de se connecter à un réseau Wi-Fi. Il vous permet d’appuyer sur un bouton sur un émetteur, puis sur le client, pour que les deux se connectent. Maintenant, vous n’avez plus qu’à attendre quelques secondes, et les deux sont connectés.

WPS vous évite la galère d’avoir à taper tout le mot de passe Wi-Fi manuellement, mais peut dans certains cas poser un risque de sécurité.

Beamforming

Beamforming est une fonctionnalité commune des routeurs Wi-Fi 5 (802.11ac). L’émetteur focalise automatiquement son signal dans une direction précise, celle du récepteur, pour améliorer l’efficacité, et donc la vitesse.

MIMO

MIMO signifie multiple-input and multiple-output, entrées et sorties multiples. Il permet à une paire constituée d’un émetteur et d’un récepteur de gérer plusieurs flux de données à la fois. Plus il y a de flux, plus la connexion est rapide.

MIMO est apparu avec le Wi-Fi 4 (802.11n) et fonctionne sur les bandes de fréquences 2,4 GHz et 5 GHz. MIMO est aujourd’hui souvent appelé single-user MIMO (utilisateur unique) ou SU-MIMO, depuis la création de MU-MIMO, ou multi-user MIMO.

MU-MIMO

Cette fonctionnalité fait partie du Wi-Fi 5 Wave 2, une version améliorée de 802.11ac. MU-MIMO permet à plusieurs appareils de recevoir plusieurs flux de données à la fois.

Plus précisément, dans un réseau MIMO, l’émetteur ne gère qu’un client à la fois, le premier arrivé est le premier servi. Donc si vous avez plusieurs clients, ils doivent patienter et recevoir les paquets de données à tour de rôle. C’est comme quand il n’y a qu’un serveur dans un bar.

Dans un réseau MU-MIMO, par contre, l’émetteur peut servir jusqu’à quatre (potentiellement plus dans le futur) clients Wi-Fi simultanément. C’est comme avoir plusieurs serveurs dans un bar.

De fait, il est important de noter que même dans un réseau MIMO, un routeur peut passer d’un client à un autre très rapidement, et la plupart du temps, vous ne percevrez aucune latence et aucun ralentissement.

De fait, si vous avez moins d’une douzaine de clients actifs en simultané, vous ne verrez pas les avantages de MU-MIMO. D’ailleurs, cette fonctionnalité ne fonctionne que pour le téléchargement descendant et seulement sur la bande 5 GHz.

En général, cependant, il ne fait pas de mal d’avoir MU-MIMO, et la plupart des routeurs et points d’accès l’utilisent de nos jours.

Wave 1 vs. Wave 2

Vous pourriez avoir entendu de Wi-Fi Wave 1 et Wave 2. Ce sont deux générations de Wi-Fi qui expriment collectivement tous les aspects du Wi-Fi que nous avons mentionné plus haut. Celles-ci ne s’appliquent qu’au Wi-Fi 5 (802.11ac) et Wi-Fi 4 (802.11n).

Wave 1 (génération 1) débute avec le Wi-Fi 4 et dispose des capacités suivantes :

• Jusqu’à trois streams (3×3)
• Canaux 80MHz plus larges.
• MIMO

Lorsque le Wi-Fi 5 est arrivé, il avait les mêmes caractéristiques que la Wave 1. Wave 2 (génération 2) dispose cependant des capacités suivantes :

• Jusqu’à quatre streams (4×4)
• Canaux 160MHz encore plus larges
• MU-MIMO

Pour faire court, Wave 2 est plus rapide et plus efficace que Wave 1. Cependant, les appareils des deux sont compatibles les uns avec les autres.

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Comment Mettre en Place Correctement un Réseau WiFi Domestique
Quelques Explications sur le Routeur WiFi et Comment choisir le vôtre