無線LANとは

〜とりあえず使ってみたい

無線LANとは

無線LANとは、無線リンク上で構築するLAN のことで、ケーブルの代わりに電波や赤外線・レーザーなどを使って通信を行う技術です。

赤外線を使用した無線LANは、実効速度が速いことが特徴です。しかし赤外線は直進性が強く、完全な見通しがないと通信できません。これに対し電波による無線LANシステムは実効速度は劣りますが、電波の回折や反射を利用した通信を行うため、多少の障害物があっても通信を可能にします。そのため高速通信が可能な赤外線は一部の企業ユーザによって用いられています。一方、導入や使用の簡単な、電波を利用した無線LANは企業の他、個人など幅広いユーザに受け入れられています。

無線LANはこれらの資源を応用することによって情報通信を行いますが、イーサネットと同様に各ベンダーの製品が互換性を持った通信を行うことができるよう、IEEE委員会802.11グループが標準化を行っています。

現在は2.4GHzの周波数帯を用いて11Mbpsの通信を行うことができるIEEE802.11bが主流ですが、5GHz周波数帯を用いて54Mbpsの通信が可能なIEEE802.11aも普及しはじめています。また、IEEE802.11bと同じ2.4GHz周波数帯を用い、IEEE802.11bとの互換性を保ちながら54Mbpsの通信速度を実現するIEEE802.11gも標準化が進んでおり、徐々に製品化が始まっています。

また更に、IEEE802.11に準拠して作られた製品に対して「WECA」という業界団体がその互換性の試験を行っています。これに合格した製品は、「Wi-Fi」ブランドの認定を受けることができ、他社の製品間でも相互に通信できることが保証されます。

SS-ID

SS-IDはService Set Identifierの略称であり、無線ネットワークをグループ化し、それを識別するための値です。SS-IDは、32バイト以内の英数字の組み合わせで、ユーザが自由に設定できる。 一般に電波資源は限られており、同じ周波数帯を用いて複数の無線LANセグメントを構築すると、混信の可能性があります。そこでSS-IDの値によって参加する無線LANセグメントを認識します。それは同時に、SS-IDが異なる無線機器同士は通信を行うことができないことも意味します。

ここで、SS-IDととは一つの無線LANセグメントに設定するIDを指します。また一方、無線LANの基本グループ(一つのAPと複数のクライアント)をBSSといい、この中での通信で使われる値をBSS-ID(Basic Service Set ID)と呼びます。BSS-IDは通常APのMACアドレスの値が用いられます。また更に、複数のAPに同じIDを割り当てることができるようにSS-IDを拡張した値をESS-ID(Enhanced Service Set ID)と呼びます。

ESS-IDの値はビーコンや通信データに含まれています。通常はネットワークに接続する機器にESS-IDを割り当ててから通信開始を試みますが、他の機器同士の通信で使用しているESS-IDも、通信内容から読み取ることができます。

例えば、Microsoft Windows XPでは解析したESS-IDの一覧を表示する機能を持っています。その他、Windows系OSではNet Stumbler、BSD系OSではbsd-airtoolsというソフトを用いることによってこれを行うことができます。
Net Stumbler
bsd-airtools

無線LANがつながるまで

無線LANによるネットワークは2つの構成要素によって成り立っています。それはアクセスポイント(AP: Access Point)とクライアントです。APは有線LANと無線LANの中継を行うブリッジとして機能し、多くの場合無線LANネットワークとインターネットを結びます。クライアントはAPに接続する端末で、多くの場合ノートパソコンやPDAに無線LANのPCカードを挿したものになります。

まず通信前に、APとクライアントにESS-IDを設定します。

APは、一定間隔で常にビーコンと呼ばれる電波を出しています。クライアントはまずそのビーコンを検知し、その周波数(チャネル)を調べます。そしてその周波数と、あらかじめ設定したESS-IDを用いてAPに通信を試み、APで同一のESS-IDを持っていれば物理層レベルで接続完了となります。ここで、無線LANによる通信においてはデータに物理層ヘッダを付加します。その内容は、主にESS-ID、通信速度の2点で、無線では距離や電波状況によって通信可能な速度が変わるのでここで物理層ヘッダを利用して最適な通信ができるように調整します。

それまでの接続が完了すると、次にクライアントはMAC層レベルでの通信を試み、データを送信します。このとき通常の(有線による)通信の場合、送信元のMACアドレス及び宛先のMACアドレスの2つがMACヘッダに格納されます。無線LANでの通信においては、周囲に複数のAPがある場合に備えて、この2つに加えてAPのMACアドレスが加えられます。

MAC層・物理層においてヘッダを付加しフレームが作成された後は、このデータはアナログの信号に変換され、電波に乗せて送信を行います。この電波を受信したAPは物理ヘッダ及びMACヘッダを調べ、適宜ヘッダに書き替えてからその先のネットワークへ転送します。多くの場合、このネットワークはイーサネットによる有線ネットワークなので、その場合は無線LANの物理ヘッダ・MACヘッダがイーサネットヘッダに書き換えられることになります。

無線LANとOSI参照モデル

ここで、MAC層というのはOSI参照モデルで言うデータリンク層の下位レイヤで、IEEE802.11では無線LANにおける物理層及びMAC層に関する規格の取り決めを行っています。そのデータリンク層の上位レイヤであるLLC層より上位層については有線LAN等と共通になります。

アプリケーション層
プレゼンテーション層
セッション層
トランスポート層
ネットワーク層
   
データリンク層 LLC    
MAC   IEEE802.11
CSMA/CA
  IEEE802.3
CSMA/CD
物理層   赤外線
電波(DSSS)
電波(FHSS)
・・・
  10Base-2
10Base-5
10Base-S
10Base-T
100Base-T
1000Base-S
1000Base-T
・・・
    無線LAN   イーサネット
OSI参照モデル

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