無線LAN

無線LANは、文字通り配線のないLANです。
IEEEの802委員会のワーキンググループ11で規格が策定されていますので、IEEE 802.11と表記されます。
通信媒体としては、電波以外にも赤外線やレーザーについても規定されていますが、
一般には電波を使用したものが大半ですので、ここでは電波を使用したものを扱います。

なお、802.11の規格は物理層とMAC層(OSI参照モデルでのデータリンク層の下層部分)のみであり、それより上位の層は有線LANと同一です。

上記のとおり、無線LAN「固有の」通信規格は物理層とMAC層のみですが、
このうちMAC層は最初に策定された802.11と、後述の802.11eの2種類で、
物理層は以下の6種類が規定されています(策定中も含む)。

・802.11
1998年7月に策定された最初の無線LAN規格で、MAC層の規格も含まれます。
MAC層は搬送波感知多重アクセス/衝突回避(CSMA/CA)方式で、Listen Before Talk、つまり自分が送信をする前に、別の装置が送信をしていないかどうかを確かめてから送信する方式です。
物理層の規格としては、スペクトラム拡散(SS)のうち、周波数ホッピング(FHSS)方式、直接シーケンス(DSSS)方式、赤外線方式の3種類が規定されています。

・802.11a
1999年に策定された物理層の規格で、直交周波数分割多重(OFDM)変調方式を採用し、 通信速度は最大54Mbpsです。
5.2～5.3GHz帯を使用するため、2.4GHz帯のISMバンドを使用する802.11b/gよりも干渉を受けにくいので、 安定した通信が期待できますが 、電波法の制約で日本では屋外で使用できない、
802.11b/gに比べると機器が割高などの理由で、802.11b/gほどは普及していません。
なお、2005年5月に、それまでは日本独自のチャンネル割り当てだったものが、
世界標準のチャンネル割り当てに変更されました。
このためそれ以前と以後の機器では相互に通信できないものもあります。

・802.11b
1999年11月に策定された物理層の規格で、直接シーケンス(DSSS)方式をベースにCCK方式を採用し、 実用に堪えうる11Mbpsという通信速度を実現したため、日本を含め世界中で最も普及している規格です。
2.4GHz帯のISMバンドを使用します。

・802.11g
802.11bの上位規格として2001年11月に暫定承認された物理層の規格で(正式承認は2003年6月)、
周波数帯は802.11bと同じ 2.4GHz帯のISMバンドですが、
通信方式は802.11aと同じ直交周波数分割多重(OFDM)変調方式を採用することによって、
802.11aと同様、最大54Mbpsの通信速度を実現しています。
ただし、 802.11bと周波数帯が同じであるため、802.11bとの混在環境では802.11bの11Mbpsに制限されます。

・802.11j
802.11aを日本向けに手直しした物理層の規格で、日本の電波法に合わせて、周波数帯を4.9～5.0GHzとしたものです。
jとなっていますが、特にJapanとは関係なく、タスクグループJが策定したためjとなったものです。

・802.11n
802.11a/b/gを、MIMOという手法で、さらに高速化するための物理層の規格で、 2006年3月にDraft Ver1.0が出され、正式標準化は2007年の予定です。
高速化を道と車に例えるならば、802.11→802.11aや802.11→802.11b→802.11gは、一般道を高速道にし、
車を高速走行が可能な高性能車にする、という手法ですが、
802.11a/b/g→802.11nは車線を増やし、同時に走行可能な車の台数を増やすという手法です。

物理層以外の規格

ここでは、重要な規格として802.11eと802.11iを取り上げます。

・802.11e
初期の802.11以来、2種類目のMAC層の規格で、音声・映像といった
マルチメディアデータを無線LANで適切に扱えるようにするためのQoS規格です。

当初、2002年には標準化は終了すると予想されていましたが、実際に規格が確定したのは2005年10月でした。
一般のデータを伝送する場合、遅延や再送があったとしても、さほど問題にはなりません。
最終的に当該データの送受信が完結すればよいからです。
ところが、マルチメディアデータをストリームとして扱う場合、遅延や再送が頻発するようでは困ってしまいます。
IP電話で相手の声がブツブツ切れてしまったり、映画が途中で静止画になってしまったりするからです。
そこで802.11のCSMA/CAに替えて動的時分割多重接続(Dynamic TDMA)方式を採用することによって、 マルチメディアデータを優先し、帯域を確保することで、安定した通信が行えるようにしています。
MAC層の規格ですから、802.11a/b/gのどの物理層の機器でも利用可能です。
標準化が大幅に遅れたため、それ以前に登場した無線IP電話などでは、
802.11eを先取りする形で各社独自にQoSを担保していました。

・802.11i
2004年6月に策定された無線LANでのセキュリティ確保のための規格です。
無線LANは電波を使いますから、受信装置さえあれば電波到達圏内なら誰でも受信できてしまいます。
「受信させない」ことはできません。つまり、「盗聴」が簡単にできてしまうわけです。
これでは、安全な通信はできませんから、セキュリティ対策が必要になります。
無線LANでのセキュリティ対策は大きく分けて二種類あります。ひとつは「認証」であり、もうひとつは「暗号化」です。
「認証」は正当な通信対象であるかどうかを確認することであり、「暗号化」は仮に盗聴されても、
「鍵」がなければ元のデータに復元できないようにする仕組みです。
802.11bの機器が登場し始めたころは、認証はESSID程度で(正確には認証とは言えませんが)、 暗号化にはWEP方式が使用されていました。

しかし、無線LANの普及と共にセキュリティ対策の重要性も高まり、またWEPの脆弱性も指摘されたため、
Wi-Fi Allianceが、暗号化方式としてTKIPを採用し、IEEE 802.1xとEAPによる認証機能も付加した WPA規格を2002年10月に策定しました。

さらに暗号化方式としてTKIPよりさらに強力なAESを採用したのがWPA2で、 802.11iはWPA2と同等の内容になっています。

無線LANの種類

一般的な無線LANにはアドホックモードとインフラストラクチャモードがあります。
アドホックモードではアクセスポイントが不要で簡便であるため、かつてはSOHO向きとされていましたが、
有線LANに接続できないためインターネットに接続できず、
また、アクセスポイントや無線LANルータの価格が劇的に下がったため、現在では規模の大小に関わらず、
大半はインフラストラクチャモードで運用されているものと思われます。

【アドホックモード】

【インフラストラクチャモード】

インフラストラクチャモードでは、クライアント機器が移動した場合でも、
ハンドオーバーによって通信対象のアクセスポイントを変更することで、
途切れることなく通信を続けることができます。

無線LANのメリット・デメリットと適用分野

無線LANのメリット・デメリットを有線LANと比較してみましょう。

【メリット】
・配線が不要
やはりこれが一番のメリットでしょう。オフィスレイアウトを変更しても配線をし直す必要がありません。
・端末の移動が簡単
上図のハンドオーバーによって、ノートPCを手軽に持ち歩くことができます。

【デメリット】
・通信速度が遅い
802.11nによって、100Mbps以上の通信速度も実現できるようになりましたが、
やはり有線LANに比べれば通信速度は遅いです。
また、各規格の速度も「最大」であり、距離や障害物、電波状況によってはかなり遅くなります。
・セキュリティが弱い
802.11iによって、かなり堅固なセキュリティが確保できるようになりましたが、
電波を通信媒体に使う関係上、やはり有線LANに比べるとセキュリティは劣ると考えた方がいいでしょう。

このような特徴から、現状の無線LANが適しているのは以下のようなケースだと考えられます。

・実効通信速度は非常に高速である必要はなく、数Mbps～数十Mbps程度が確保できればよい。
・高度な機密情報を扱うようなことはない。
・端末を定位置で使用するとは限らない。
・当該LAN環境が、展示会など一時的なものである。

逆に、以下の場合は有線LANが適していることになります。

・数百Mbps以上の実効速度が必要。
・極秘情報を扱う。
・端末は定位置である。
・恒久的なLAN環境である。

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