無線LANの概要 | 株式会社高文

無線LANとは

屋内外において、複数台のPCやネットワーク機器を接続する為に無線を使用し、構築されたネットワークの事です。
無線LAN規格はIEEE（米国電子電気協会）によって、IEEE802.11として世界標準化されています。
使用する電波周波数帯域や、伝送速度によって複数の通信規格が存在しています。
Wi-Fiマークのある機器は、Wi-Fi Allianceによって他ベンダーとの互換性を保証されています。

一般的な有線ネットワーク

一般的な無線ネットワーク

無線LANの特徴

メリット

モバイル性の向上
電波の届く範囲での移動しながらの通信や、クライアントとなる機器の自由な配置変更が行えます。
LAN敷設の工事費削減
LANケーブル、コネクタ、パッチパネルの部材や敷設工事費用が削減出来ます。

デメリット

通信品質の問題
無線LANと同じ周波数を使用する機器が近くにある場合等、電波干渉により速度低下の可能性があります。また、電波の到達範囲により伝送速度が変動します。
セキュリティの問題
無線LANでは、電波にデータを乗せて通信が行われます。その電波が不正に傍受された場合、データを解読される可能性があります。
※無線LANのセキュリティ技術は年々進歩しており、AESと呼ばれる暗号化技術やIEEE802.1x認証によ　り、有線LANと同等のセキュリティが確保出来るようになりました。

無線LAN伝送規格一覧

	802.11g	802.11a	802.11n	802.11ac (wave2)
利用周波数帯	2.4GHz	5.2/5.3/5.6GHz	2.4/5.2/5.3/5.6GHz	5.2/5.3/5.6GHz
最大伝送速度（理論値）	54Mbps	54Mbps	600Mbps	6,900Mbps
チャネル数（設定可能数）	13ch	19ch	2.4GHz帯:13ch 5.2/5.3/5.6GHz帯:19ch	5.2/5.3/5.6GHz帯:19ch
周波数帯域幅	20MHz	20MHz	20/40MHz	20/40/80/160MHz
屋外利用	○	△ ※5.2/5.3GHz帯は不可	△ ※5.2/5.3GHz帯は不可	△ ※5.2/5.3GHz帯は不可
メリット	対応端末が多い	近距離では 11gに比べ高速	高速通信が可能	高速通信が可能
デメリット	干渉を受けやすい同時利用可能チャネルが少ない	障害物に弱い 5.3/5.6GHz帯は電波抑制機能が自動実行される	チャネルボンディング利用時、同時利用可能なチャネルが少なくなる	チャネルボンディング利用時、同時利用可能なチャネルが少なくなる

既定のチャネル配置

無線LANにおいて、チャネルとはデータの送受信に必要な周波数の幅（周波数帯域幅）を意味します。
無線LAN機器同士でデータを送受信する為には、同じチャネルを使用する必要があります。
通信障害の主な原因として存在する電波干渉を防ぐ為に、隣接したAP同士では異なるチャネルを使用するように設定が必要です。

IEEE802.11b/gチャネル配置図

IEEE802.11aチャネル配置図

DFS（Dynamic Frequency Selection）
人工衛星との干渉を避ける為の機能です。APが電波の送出を開始する前に、1分間周辺の電波をスキャンし、近隣の衛星がAPと同じチャネルを使用していないことを確認した上で通信を開始します。
また定期的に人工衛星からのレーダーをスキャンし、検出された場合は10秒以内の停波及び当該チャネルは30分間使用出来なくなります。

TPC（Transmission Power Control）
電波出力を調整する機能です。強電界下では、AP、クライアント双方の電波出力が強制的に低下させられます。（最大50%）

IEEE802.11jチャネル配置図

IEEE802.11n

IEEE802.11nとは、従来の伝送規格を改良し、チャネルボンディングとMIMOという技術により、最大伝送速度600Mbpsを実現しています。

チャネルボンディング
IEEE802.11nで使用する周波数帯域（2.4/5.2～5.6GHz）において、隣接する2つのチャネルを束ねて通信する技術のことです。
IEEE802.11a/b/gでは、1つのチャネルが使用する帯域幅は20MHzでありましたがIEEE802.11nでは、2チャネル分の40MHzで通信することにより、伝送速度を向上させます。

IEEE802.11n（5GHz W52）チャネルボンディングイメージ

MIMO (Multiple Input Multiple Output)
MIMOとは、複数のアンテナを使い、それぞれのアンテナから異なるデータを送信し、複数のアンテナで同時にデータを受信することで通信を高速化する技術です。

【従来の無線LAN通信(SISO)】

【MIMO通信】

IEEE802.11ac

IEEE802.11acとは、主にIEEE802.11nのチャネルボンディングとMIMO技術を拡張し、規格上の最大伝送速度は理論値で6.93Gbpsまで向上しました。

IEEE802.11nからの主な変更点

チャネルボンディングの拡張
設定可能な周波数帯域幅が40MHzから160MHzへ拡張しました。
MIMOの拡張
アンテナのストリームが4x4MIMOから8x8MIMOまで拡張しました。
変調方式の追加
サブキャリアの変調方式が64QAMに加え、256QAMまで対応しました。
マルチユーザーMIMOの対応　(IEEE802.11ac wave2)
アクセスポイントは複数のクライアントへ同時にデータを送信可能とする技術に対応しました。

※従来の無線LANの通信は、1つのアクセスポイントに複数のクライアントが接続していたとして
も、基本的には1対1で行います。その為、他の端末は通信が出来るまで待ち時間が発生し、実際
の通信速度が遅くなっていました。

WPA/WPA2（IEEE802.11i）

・Wi-Fi Allianceが提唱し、IEEE委員会にて標準化された「無線LANセキュリティ技術の総称」です。
・大きく分けてWPA/WPA2は「認証・鍵配布方式」とWEP同様「暗号化方式」の2本柱で構成されます。

【認証・鍵配布方式】

IEEE802.1x
認証（RADIUS）サーバーとAPの連携で、クライアントのユーザー認証を行う技術です。
Pre-Shared Key
APと同じ暗号鍵をそのAPを利用するクライアント全てと共有することで、ユーザー認証を行う技術です。その暗号鍵は下記TKIP、AESにて暗号化されます。

【暗号化方式】

TKIP
暗号鍵を一定量のデータ転送する毎に変更する等の対策により、WEPに比べ暗号強度を大幅に向上させた暗号化方式になります。
AES
WPA2より実装された、米国政府の標準暗号化方式になります。
TKIPより暗号強度を向上させた暗号化方式で、2012年現在でも完全に破られておりません。

IEEE802.1x

IEEE802.1xとはIEEEによって定められた、ネットワークに接続するユーザーの認証を行う仕組みを定めた規格のことです。
ネットワークに接続が行われた時点で、ユーザーIDとパスワードや電子証明書を用いて、そのユーザーがそのネットワークに接続する資格を持っているか否かを認識し、それ以外のユーザーの接続を遮断します。
この規格は、有線/無線LAN問わず利用されます。