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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

進化し続ける無線ネットワーク技術を理解し使いこなしプライベートやパブリックなあらゆる環境やシチュエーションで活用し、ライフスタイルに取り入れよう。

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「隠れ端末(隠れホスト)」 とは
--  無線LANでいう隠れ端末とはどいういったものか  --

あるホストがアクセスポイントと通信を行っている電波が他のホストに届かない場合があります。

これは、ホスト間の距離が離れている場合に発生します。

電波を通しにくい遮蔽物がある場合にもこの問題が発生することがあります。

無線LANでは、有線LANと異なり、他のホストが通信を行っていることが検知できない場合があるのです。

これが、「隠れ端末」の問題です。

まず、先にも述べたように、複数の無線LANクライアントが電波を共有して通信を行 うため、媒体アクセス制御方式は CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) です。

おさらいしましょう。

CSMA/CAの仕組みは、CSMA/CDとよく似ています。

そのプロセスは次の通りです。

1. キャリアセンス データを送信しようとするとき、
     電波の周波数帯(チャネル)が利用されてい るかどうかを確認します

    •  電波が未使用:  アイドル状態

    •  電波が使用中:   ビジー状態

    •  他の機器が電波を利用している(ビジー状態)場合は待機します

    •  ビジー状態からアイドル状態に移行したあと、
       さらにIFS(Inter Frame Space) 時間待機します

2.  ランダム時間待機(衝突の回避) •キャリアセンスによって
       電波が未使用だと判断しても、すぐにはデータを 送信しません。

    •  衝突を回避するために、
       さらにランダム時間(バックオフ時間)待機してキャリアセンスを続けます。

3. データの送信開始 •バックオフ時間待機して、
      アイドル状態であることを確認してからデータ を送信します。

    •  IPなどのレイヤ3のデータにIEEE802.11のヘッダを付加し、
       さらにその前に 物理層ヘッダ を付加して転送します。

    •  物理層ヘッダ:
       PLCP(Physical Layer Convergence Protocol)プリアンプル + PLCPヘッダ

 

有線LANのCSMA/CDであれば、メディアがアイドル状態であればデータの送信を 開始します。

そのため、複数のホストがほぼ同じタイミングでデータを送信しようとすると、複数のホストがデータの送信を開始し衝突が発生します。

もし、衝突が発生した場合、共有メディア上のすべてのホストがその衝突を検出できます。

しかし、無線LANでは衝突の検出ができません。

そこで、キャリアセンスを行ってアイドル状態と認識しても、さらにランダムなバックオフ時間待機することで、複数のホストの送信タイミングをずらして衝突が発生しないように制御しています。

ただし、無線LANクライアントの位置関係や電波の遮蔽物などがあれば、キャリアセンスによりビジー状態を検出できないことがあります。

すると、このような衝突回避が機能せず、衝突が発生してデータが壊れてしまうことがあります。

 

このように、CSMA/CAの衝突回避の制御を行いながらも衝突が発生してしまう問題を「隠れ端末問題」といいます。

 

無線LANでは、[ 隠れ端末 ] という問題が発生することがあります。

WLAN端末間において電波を通しにくい遮蔽物があったり、WLAN端末間に距離がありすぎて互いの電波を検知できない場合はCarrier Senceによりビジー状態と認識できないため、互いにフレームを送出する結果、フレームの衝突が発生していまい、その結果、スループットが低下してしまいます。

この「隠れ端末問題」を回避するためにIEEE802.11ではRTS/CTSを用いたCSMA/CAによりこの問題を解消しています。

先ほど紹介したAckによる[ CSMA/CA with Ack ] に対して、今回紹介するのは [ CSMA/CA with RTS/CTS ] による通信制御です。

 

CSMA/CA with RTS/CTSでは、WLAN端末からのデータ送信が同時に発生しないように、データの送信の許可を求めて (Request To Send)、データの送信を許可する ( Clear to Send ) という通信制御の方式です。

RTS信号やCTS信号のやりとりが発生するため、CSMA/CA with Ackに比べてスループットは低下することになります。

このため、APによってはデフォルトで使用しない設定としている場合もあります。

最近では、CSMA/CA with RTS/CTSを使用するかどうかを自動調整するAPもあります。

CSMA/CA with RTS/CTSは隠れ端末問題の回避だけでなく、IEEE802.11bと11gの混在している無線LAN環境でも役立つ実装です。

11b のWLAN端末は11g のOFDM方式を解読できない為、11g のWLAN端末がデータ転送をしていることを認識することができずデータを伝送しはじめる結果、フレームの衝突が発生してスループットが低下する結果となってしまうのですが CSMA/CA with RTS/CTS により衝突を回避できます。

衝突検知「Carrier Sence」により他のホストが通信していることを検知することができない為、互いにフレームを送出してしまうことになります。

その結果、フレームの衝突が発生し、スループットが低下してしまいます。

この問題を回避する方法にRTS/CTSを用いる方法があります。

CSMA/CA with RTS/CTS」では、同時にデータが送信されないように、データを送信したいホストが送信の許可(RTS:Request To Send)を要求します。

要求を受け取ると、アクセスポイントは、データの送信を許可する (CTS:Clear to Send) を送信します。

RTSを要求したホストは、CTSを受信するとデータの送信を始めます。

データ送信を要求していない他のホストは、現在、別のホストに送信権があり、ACKを受信するまで、自分が送信できないと解釈します。

このやり取りは、RTS信号やCTS信号のやりとりが発生する為、「CSMA/CA with Ack」に比べてスループットが低下します。

衝突検知「Carrier Sence」により他のホストが通信していることを検知することができない為、互いにフレームを送出してしまうことになります。

その結果、フレームの衝突が発生し、スループットが低下してしまいます。この問題を回避する方法にRTS/CTSを用いる方法があります。

「CSMA/CA with RTS/CTS」では、同時にデータが送信されないように、データを送信したいホストが送信の許可(RTS:Request To Send)を要求します。

要求を受け取ると、アクセスポイントは、データの送信を許可する (CTS:Clear to Send) を送信します。

RTSを要求したホストは、CTSを受信するとデータの送信を始めます。

データ送信を要求していない他のホストは、現在、別のホストに送信権があり、ACKを受信するまで、自分が送信できないと解釈します。

このやり取りは、RTS信号やCTS信号のやりとりが発生する為、「CSMA/CA with Ack」に比べてスループットが低下します。

 

◆無線ネットワークとは・利点とは

 

ネットワークを構築する方法には、

 

●有線で構築する方法

●無線で構築する方法

●有線と無線を併用して構築する方法

●電力線搬送通信(PLC)を併用して構築する方法)

 

があります。

 

無線を利用する最大のメリットは、UTPケーブルを使用する有線ネットワークのような配線工事が必要ないということです。

配線工事が必要でないということでは、電力線を使用するPLCを用いる方法もありますが、こちらの方法では、PLCアダプターまでは、UTPケーブルの配線が必要であり、ケーブルの引き回し作業の煩わしさがあります。

企業だけでなく、家庭内のネットワークにおいても、無線LANは重宝します。

今や、テレビもデジタルテレビ放送の時代です。双方向サービスの視聴者参加型の番組を楽しむためには、インターネットに接続しなければなりませんし、家庭用ゲーム機や携帯ゲーム機だってインターネットに接続した方が、より楽しく遊べるようになっています。

※地デジ対応テレビの場合、LANコネクタしかない場合、無線ネットワークに参加させるには、イーサネットコンバーターなどの機器が必要になります。

そういった意味でも、配線工事が必要でない無線ネットワークは、気軽に構築できるネットワークであると言えると思います。

とにかく、有線でネットワークを構築するとなると、部屋から部屋への配線がとても大変です。

壁に穴を開けたり、天井に穴を開けて天井伝えで配線しなければなりません。

その際、天井まで配線したケーブルがむき出しになって見た目が悪くなります。

そこで、見た目が悪いのでモールでLANケーブルを隠すなどの対処が必要になってきます。

また、壁に穴を開けたり、天井伝えで配線しなければなりません。

部屋から部屋、フロア間の接続を無線にすれば、配線周りがすっきりします。

最近は、無線ブロードバンドルータの性能がよくなっており、高出力で電波を出力する製品もあります。

1台設置するだけで十分に家中の無線端末からの接続をカバーできます。

CSMA/CAとは、無線LANで採用されている媒体アクセス制御方式で、同一のチャネルに複数のユーザーがアクセスする際の競合を回避する方式である。

IEEE 802.11で採用されている。

無線LANは送信信号が微弱であるため、同じチャネルを流れる信号の衝突(コリジョン)が発生しても検出することができない。

CSMA/CAは、そのような衝突が起こらないように送信状況を常に監視している方式である。

各端末は通信路が一定時間以上継続して空いていることを確認し、その後にデータを送信する仕組みをとっている。

データが正しく受信されれば、受信側からACK(Acknowledge)と呼ばれる信号が返ってくる。

ACK信号が返ってきた際にデータの授受が成立したと判定される。

ACK信号が返ってこなかった場合には、コリジョンが発生したと判断され、データを再び送信する。

なお、CSMA/CAは基本的に無線LANで用いられる方式であるが、有線でも採用される場合がある。

AppleのMacOSに標準搭載されている独自のネットワーク方式「AppleTalk」が、CSMA/CA方式を採用している。

CSMA(Carrier Sense Multiple Access/搬送波感知多重アクセス)の部分については説明を省略します。

CSMA/CDはCSMA/Collision Detection(衝突検出方式)の略で、

CSMA/CAはCSMA/Collision Avoidance(衝突回避方式)の略です。

前者は、自身の通信中に他の通信の信号との衝突を検知した場合、そこで通信を一旦待機し、ランダムな時間待ってから通信を再開します。

衝突の検出が比較的信頼できる有線LANなどでよく使われます。

後者は、自身が通信を開始するときに他の通信を検出した場合、その通信が終わってから一旦待機し、ランダムな時間待ってから通信を開始します。

衝突の検出が比較的信頼できない無線LANなどでよく使われます。

つまり、どのタイミングで通信を待つかの違いです。

無線LANに用いられているアクセス制御方式で、「搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式」などと訳される。

無線LANではコリジョン(同じ回線を流れる信号の衝突)を検出できないため、各端末は通信路が一定時間以上継続して空いていることを確認してからデータを送信する。

この待ち時間は最小限の時間にランダムな長さの待ち時間を加えたもので、直前の通信があってから一定時間後に複数の端末が一斉に送信する事態を防止している。

実際にデータが正しく送信されたかは受信側からのACK(Acknowledge)信号が到着するかどうかで判定し、ACK信号がなければ通信障害があったとみなしてデータの再送信を行う。


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