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ネットワーク(無線LAN)

無線LANや関係する周辺技術を徹底解剖し解説

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無線LANがつながる仕組み [part1]
--  子機(無線クライアント)が親機(無線AP)とつながる仕組み  --

まずは、パソコンなどの端末が無線LANにつながるまでのやり取りを解説していきます。

親機(アクセスポイント)と
    子機(無線LANクライアント端末) の設定を行います。

簡単に言うと、無線LAN は、「親機」 と 「子機」 で構成されます。

通常、親機のことを、アクセスポイント、子機のことを無線LANクライアント、無線LAN端末 などと呼びます。

子機である 無線LAN端末をネットワークに接続する為には、まず、アクセスポイントに接続する必要があります。

無線端末 (無線LAN搭載のパソコンやスマホなど) は、親機である アクセスポイント と接続し 経由することで、インターネットに接続したり、同じくアクセスポイントに接続した無線端末とデータのやり取りをしたり、ローカルエリアネットワーク内の他のパソコンなどとデータやりとりを中継する役目をします。

親機であるアクセスポイントは、インターネットや別ネットワークへデータを中継するために、ルータの機能を持っていることもありますが、ブリッジとして機能することも多々あります。

子機は無線LANクライアント、無線LAN端末などと呼ぶとお伝えしました。

具体的には無線LANインターフェイスを搭載(無線LANのチップを搭載)したノートパソコン や Androidスマートフォン、iPhone、タブレットなどがあります。または、パソコンにUSBタイプ や PCカードタイプ で外付けの形態をとることもあります。

有線で、パソコンをインターネットなどの ネットワークにつなぐときは、スイッチングハブと呼ばれる通信機器のポートとLANケーブル(ネットワークケーブル)でつなぐ(差し込む)だけで、すぐに使えることが多くですが、無線LANでは、つなぐ前にちょっとした準備をしなければなりません。大きく言うと2つあります。

1つ目、必ず設定するのが「ESS-ID(イーエスエスアイディー)」という設定項目です。SSID(エスエスアイディー)という場合もあります。

ESS-IDは、複数ある無線LAN端末と1つのアクセスポイントを識別するための集合体の名前で、混信を避けるために付けられるネットワーク名のようなものですが、アクセス・ポイントにはあらかじめ、このESS-IDを設定します。

そのアクセス・ポイントと通信するには、クライアントも同じESS-IDを設定しなければなりません。

もちろん、手動でパソコンに設定を行っても問題ありませんが、周辺の電波を自動検知する昨今のパソコンは場合は、設定を行う必要はありません。(もちろん、そのアクセスポイントがESS-IDを隠す設定になっていなければですが。)

無線LAN端末上に表示されたアクセスポイント一覧から接続したいアクセスポイントを選択し接続します。

昨今の無線LANインターフェイスを搭載した、若しくは外付けで無線LANインターフェイスを搭載した、クライアントパソコンは、そのインターフェイスを有効にしておくと、アクセスポイントの電波の到達範囲に入ると自動的に検知し、パソコン画面の右下にESS-IDを通知してきますので、そのESS-IDを選択することになります。

2つ目は、「認証」と「暗号化方式」です。

これはオプションなので必須ではないいのですが、アクセスポイントの管理者側で設定を行っていることが一般的です。

アクセス・ポイント側の設定により、設定していれば、クライアントにも同じ値を設定しなければつながりません。

つまり、無線LANにてインターネットなどの何らかのネットワークに接続する為には、すなわち、アクセスポイントとクライアントを接続するには、通常、お互いに以下の設定を合わせておく必要があります。

無線のネットワーク名(ESS-IDやSSIDと呼ぶ)

認証/暗号化方式

暗号化キー

これで準備が整ったわけです。

これから、子機(無線クライアント)が親機(アクセスポイント)につながる手続きが始まります。

クライアントが無線LAN経由で、ネットワーク上の相手にデータを送り届けるまでを追ってみましょう。

 

相手を探すことから始めます。

まず、アクセスポイントは、通常「Beacon(ビーコン)」と呼ばれる信号を定期的(100ミリ秒ごと)にネットワーク内のすべてのクライアントにブロードキャスト送信します。

その中身には、SSIDやサポートしている伝送速度、セキュリティ方式、QoSといった、通信に必要な各種パラメータが含まれています。

なかでも、

必須のパラメータは「CI(ケーパビリティ情報)」と呼ばれており、これが合わない無線端末は接続できません。

これ以外にもオプションでさまざまな情報をビーコンに含めることができます。

一方で、無線端末はまず電波を自動スキャンし、アクセス・ポイントが使っている周波数を調べ、検知し、利用できる周波数帯域からビーコンを受信すことから始めます。

Windowsのネットワーク接続画面では、その場所での無線LANのリストが表示されますが、これは受信できたビーコンの情報を表示したものです。

また、ビーコンはその性質上、一番遅い速度で送信されます。

よって、ビーコンの届く範囲がそのアクセスポイントの電波圏内とみなすことができます。

クライアントはビーコンを受信すると、自身が設定しているESS-IDかどうかをアクセスポイント(AP)に対して問い合わせ、確認します。

(クライアントは自分のESS-IDを使って、同じESS-IDを持つアクセス・ポイントに接続しようとするのです。)

この問い合わせを「Probe Request(プローブ要求)」と呼びます。

もし、同じESS-IDであれば、アクセスポイントは返事を返します。この返事を「Probe Response(プローブ応答)」と呼びます。

これで、クライアントは、その無線LANに物理的につながったことになります。ここまでは、イーサネット(有線)でいえば、LANにつながるハブやスイッチにケーブルを差し込んでつないだことに相当します。

 

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     注釈①) アクセスポイント(AP)から100ミリ秒ごとに送信される [ビーコン ] の
                 情報をもとに利用できるチャネルの情報、及びESSIDの情報を得ている。
                 ただし、一定時間ビーコンが得られない場合は
                 [ プローブ要求とプローブ応答] で上記の情報を得ている。

     注釈②) 無線LAN端末とアクセスポイント(AP)との無線LAN接続手順は
                  以下の2  パターンあります。
                  パッシブスキャンでは、アクセスポイント(AP)からブロードキャストされる
                  ビーコンフレームを受信してESSIDの確認をし合い、
                  Authenticationのフェーズに移行します。
                  アクティブスキャンでは、アクセスポイント(AP)から一定時間、
                  ビーコンを受信できなかった場合に
                  無線LAN端末が接続を行いたいESSIDの情報を
                  プローブリクエストにより送信して、
                  アクセスポイント(AP)からその応答が得られれば、
                  Authenticaionのフェーズに移行します。
                  パッシブスキャン、アクティブスキャンのどちらも
                  認証フェーズ以降は同じシーケンスとなります。

      注釈③) 複数のアクセスポイント(AP)が存在する場合、
                   無線LAN端末は全てのチャネルをスキャンし、
                   最も信号の強いアクセスポイントとの接続を試みます。
                   通信の途中でも現在のAPよりも信号の強いAPを検知した場合、
                   無線LAN端末はより信号の強いアクセスポイント(AP)との
                   接続を試みます。
                   つまり、複数のアクセスポイント(AP)を近距離で設置した場合、
                   無線LAN端末は何度も再接続したりして、
                   快適に通信ができない場合もあるので注意が必要です。

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このビーコンは、ブロードキャストできないように設定することもできます。これは、一般に「ステルス機能」や「Any接続拒否」と呼ばれるものです。こうすれば無線端末からアクセスポイント(BSS)の存在はわからなくなりますが、ビーコンで知らされる情報が入手できないだけです。アクセスポイントが存在することや、SSIDやCIなどの必要な情報を知っていれば、アクセスポイントに接続可能です。なお無線端末は、「プローブ要求」は、通信可能なアクセスポイントを探すためにパケットを送信し、アクセスポイントにビーコンの送信を促すこともできます。

これで、お互いが存在を認識することができました。

ただしこのやり取りだけだと、見知らぬクライアント(SSIDを知っているだけで誰だか分からない端末)であっても通信が出来てしまいますので、

次に接続を許可して良いかどうかの判断を行います。

 

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