【Wi-Fi】無線LANの基礎知識はこれでOK！自分で快適なネットワーク環境を手に入れる方法
今やインターネットを閲覧する際に欠かせないWi-Fi。そもそもWi-Fiとは無線機器間で相互接続が可能な無線LAN規格の一種です。
最近の無線LAN機器はWi-Fiのロゴが入っていますので、ユーザーが特に意識することなく、気軽にタブレットやスマホを無線接続できています。
今回まとめたいのは接続方式や通信速度のことです。店頭などで無線LANルーターを購入する際に、箱のパッケージに書かれている項目をある程度理解できれば、わざわざ店員を呼んで聞かなくて済みます。
深く追求していくと相当な情報量で難しいです。なので、ある程度理解しておきた方がいい項目を簡潔に書いています。※この記事を書いている時点での情報です。
目次
IEEE.802.11とは？
IEEE(アイトリプルイー).802.11とは無線LAN規格のことです。最近の製品は11nと表記されているものがほとんどだと思います。これは元々の規格であったIEEE.802.11/a/b/gの後継規格となります。
最近の製品を例に挙げると、11の後に続くアルファベットの概要は次の通りです。
| 表記 | 説明 | 帯域 |
|---|---|---|
| IEEE.802.11b | 約11Mps(規格最大値)の無線通信を行う仕様 | 2.4GHz帯 |
| IEEE.802.11g | 約54Mps(規格最大値)の無線通信を行う仕様 IEEE.802.11bの上位互換 | 2.4GHz帯 |
| IEEE.802.11a | 約54Mps(規格最大値)の無線通信を行う仕様 | 5Ghz帯 |
| IEEE.802.11n | 約600Mps(規格最大値)の無線通信を行う仕様 | 2.4GHz/5GHz帯 |
| IEEE.802.11ac | 約6900Mps(規格最大値)の無線通信を行う仕様 | 5GHz帯 |
| IEEE.802.11ad | 約6700Mps(規格最大値)の無線通信を行う仕様 | 60GHz帯 |
2.4GHz帯と5GHz帯の特徴
上記で挙げた通り無線LAN通信は2.4GHz帯と5GHz帯を使用しています。この二つの帯域には特徴があり、覚えておくと上手く使い分けることができます。
2.4GHz帯
障害物に強く電波干渉に弱い
2.4GHz帯は電子レンジやBluetooth、無線マウスなどと電波干渉を受けると言われています。速度低下が起こっている場合はそれらの確認もした方がいいでしょう。障害物については比較的電波が届きやすいと言われていますが、木造家屋か鉄筋コンクリートかで影響も違ってきます。こればかりは購入して確認しないと分かりません。免許不要で使用できます。
チャネル
2.4Ghz帯はIEEE.802.11bとIEEE.802.11gになりますが、11bのチャネルは1chから14ch。11gのチャネルは1chから13chです。各チャネルは5MHzづつ離れています。従って11gで通信する場合は干渉を受けないように重なり合わないチャネルである(1ch 6ch 11ch)、(2ch 7ch 12ch)、(3ch 8ch 13ch)の使用が推奨されています。
5GHz帯
障害物に弱く電波干渉に強い
2.4Ghz帯の特徴と真逆です。電子レンジやBluetooth、無線マウスなどと違う帯域を使用しているので干渉を受けず安定した通信が可能。屋内使用は免許不要ですが、屋外使用は法令により不可とされています。2007年1月の省令改正でW56では屋外使用が可能になりました。
チャネル
5GHz帯の場合は、元々は4つのチャネルタイプでしたが、現在は大きく分けてW52、W53、W56と言う3つのチャネルタイプがあります。その中にチャネルは合計で19チャネルあってチャネル同士が重ならないようになっています。
| タイプ | チャネル | 周波数帯 | 屋外使用 |
|---|---|---|---|
| W52 | 36，40，44，48ch | 5150-5250MHz | 不可 |
| W53 | 52，56，60，64ch | 5250-5350MHz | 不可 |
| W56 | 100,104,108,112,116,120,124,128,132,136,140ch | 5470-5725MHz | 可 |
DFCとTPC
無線LAN機器にはDFSとTPCと言う機能が付いています。
この二つの機能は、5GHz帯を使う時に気象レーダーとの干渉を防ぐ為の機能です。
DFSは気象レーダーを感知すると自動的にチャネルが変わる機能です。TPCは気象レーダーとの干渉を回避する為に無線出力を低下させる機能です。
これら機能により、使用開始1分間はレーダー検出を行うので通信できません。レーダー波を感知してチャネル変更中に通信が途切れたりする場合もあります。
ベストエフォートとスループット
ネットワーク用語として一度は目にしたことがあると思います。無線LAN通信においてこの二つの定義も覚えておいた方がいいです。
ベストエフォートとは？
正式にはベストエフォート型と言い、安定性や通信速度を保証しないサービス。その代わりに表記されている通信速度に近づけるよう「最大限の努力をします」と言ったものです。
スループットとは？
コンピューターやネットワーク機器において一定時間内の処理能力、通信回線において一定時間内の実効転送量です。
この二つの定義を分かりやすい例で挙げると、ADSLはベストエフォート型サービスなので、下り最大24Mbpsのプランで契約していても実際は24Mbpsの速度が出るとは限りません。
この場合、スループットは下り最大値の24Mbpsあれば事足りますので、スループット24Mbpsまで対応しているブロードバンドルーターやADSLモデムを購入すれば良いと言うことになります。
その逆を仮定で説明すると、ベストエフォート下り最大24Mbpsのプランで回線を契約していたとします。機器側のスループットは12Mbpsだと仮定します。ベストエフォートはあくまで最大24Mbpsなので、回線速度が18Mbpsだとしたら、実際は機器側のスループットにより12Mbpsまでに制限されてしまいます。
よって、契約しているプランの最大通信速度を確認した上で、その通信速度、またはそれ以上のスループットが表記してある機器を購入すればいいことになります。
bpsとBytes/s
bpsとBytes/sもネットワーク関連の機器によく見られる単位です。
bpsとは？
bpsとは通信速度の単位で、1秒間に何ビットのデータを伝送できるかを現します。1bpsの場合、毎秒1ビットのデータを伝送できることになります。
- ・1000bps=1Kbps(キロ)
- ・1000Kbps=1Mbps(メガ)
- ・1000Mbps=1Gbps(ギガ)
Bytes/sとは？
こちらも毎秒のデータ伝送速度を表します。1バイトは8ビットなので、bpsで言うと8bpsになります。USBやハードディスクの伝送速度を表記する際によく使われています。
- ・1000Bytes/s=1KB/s(キロ)
- ・1000KB/s=1MB/s(メガ)
- ・1000MB/s=1GB/s(ギガ)
MIMOとストリーム数
MIMOとストリーム数は、よく無線LANルーターのパッケージに表記されていたりします。
MIMO(マイモ)とは？
Multi-Input Multi-Outputの略称で、複数のアンテナを用いて同一周波数の送受信を行う高速化技術です。11n規格以降に採用されています。
ストリーム数とは？
MIMOでは内臓された複数のアンテナを使用してデータを送受信します。ストリームとはその経路のことです。
例えば、流れてくる荷物(データ)を1つのコンベアで処理するのと、4つのコンベアで処理するのとでは全く効率が違ってきます。この例えの場合、1つのコンベアが1ストリーム、4つのコンベアが4ストリームになります。
パッケージには4ストリーム(4×4)などと表記されています。(4×4)とは受信4ストリーム、送信4ストリームのことです。
仮にスマホ、タブレット、PCの3機器を同一周波数帯で同時通信した場合、理論上は1ストリーム300Mbpsだとそれぞれ約100Mbpsの速度。3ストリーム1300Mbpsだとそれぞれ約433Mbpsの速度が出る計算になります。もちろん、実際は使用環境や機器の性能などで変わってきます。
インフラストラクチャモードとアドホックモード
無線LAN通信には大きく分けて二つの通信モードがあります。
インフラストラクチャモードとは？
無線LANアクセスポイントを介して、PC、スマホ、タブレットなどと通信するモードです。通常はこのモードでインターネット閲覧をします。
アドホックモードとは？
無線LANアクセスポイントを介せず、それぞれの端末に設置された無線LANアダプタで直接通信します。PC同士や最近では携帯ゲーム機同士などで通信するモードです。
無線LANのセキュリティ（暗号化規格）
無線LANセキュリティには通信を暗号化するいくつかの方式があります。
WEP
Wi-Fi標準の暗号化システムだったが脆弱性などの問題から今は後継規格であるWPAに移行しつつある。
WPA-TKIP
WEPの後継規格の一つ。WEPに比べ暗号化セキュリティが強化されている。802.11n規格からはAESも追加され、WPA-AESと表記されている場合もある。
WPA2-AES
WPAより更に暗号化セキュリティが強化されている。現在最も強固なセキュリティだと言われている。
現時点での暗号化方式はWPA2-AESが最良の選択となります。最近の無線LAN機器はWPA2-AESに対応しているものがほとんどだと思います。
PSKとは？
無線LANプロパティなどでWPA/WPA2 PSKなどと表示されている場合があります。PSK(プリシェアードキー)とはルーターとスマホなどの子機を接続する際、一番初めの設定で、親機と子機両方に手動入力する共通キーのことです。このキーを入力することにより認証、接続できるようになっています。
11adについて
11adの周波帯域は60GHz帯です。
- 電波の直進性が高い
- 電波干渉を受けにくい
- 近距離(到達範囲10m)での高速通信
- 障害物に弱い
と言う特徴があります。NETGEARの無線LANルーターは11adに対応した製品もありますが、現在11ad対応製品は少なく、メーカー側も次世代規格の11axに仕様を合わせて各社製品を出してくるのではないかと言われています。
Wi-Fi 6（11ax）とは？
Wi-Fi 6は次世代のWi-Fiです。
上の項で説明したIEEE規格は『802.11 + アルファベット』の表記で分かりづらいため、認知されているWi-Fiと言う言葉を使って分かりやすい名称で呼ぶようになりました。
最新規格の802.11axはWi-Fi 6と呼ばれています。仕様変更と共にリリースされてきたWi-Fiをバージョンで呼ぶと以下のようになります。
- Wi-Fi 1：802.11b（1999）
- Wi-Fi 2：802.11a（1999）
- Wi-Fi 3：802.11g（2003）
- Wi-Fi 4：802.11n（2009）
- Wi-Fi 5：802.11ac（2014）
- Wi-Fi 6：802.11ax（2019）
Wi-Fi 6（802.11ax）は最大通信速度が規格最大値で9.6Gbpsとなります。
前規格の11acと比較しても約1.3倍ほど規格最大値が向上しています。
また、機能面ではMU-MIMO（マルチユーザーMIMO）*が採用されています。
- *MU-MIMO（マルチユーザーMIMO）
- 複数のアンテナを用いて同一周波数の送受信を行う高速化技術で、同時接続数が8まで対応している。
まとめ
Wi-Fi通信は使用環境や使用デバイスの性能、電波障害などで速度が変わってきます。私の場合、PC周辺に無線マウスやキーボードがあり、11gで接続するより11aで接続した方が速度も速く安定しています。
店頭などで無線LANルーターを購入する際は、箱のパッケージにIEEE.802.11ax/ac/a/b/g/n準拠と表示されているものならば、最新規格の11axまで対応しています。もちろんルーターに接続する子機側もそれぞれの規格に対応している必要があります。
現時点で手っ取り早く快適さを求めるならば、11ax対応4ストリーム(4×4)または8ストリーム(8×8)の上位機種を買っておけば間違いないと思います。
ちなみに私は無線LAN関連はNECの製品を愛用しています。通信・ネットワーク機器において歴史的に実績もあり、実際に使っていても凄く安定しています。