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無線ネットワークの基礎を有線ネットワークと比較してみる

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今回は、自分の中で理解が曖昧になっていた無線LANの基礎知識について、有線LANと比較しながら整理していきたいと思います。

なお、この記事では主にL1(物理層)の観点から有線LANと無線LANを比較しており、L2/L3の内容は含めていません。

ITインフラにおけるネットワークの存在意義

まず、個人的な解釈ですが、ITインフラにおけるネットワークとは「データを『確実に』『すばやく』『安全に』運ぶために存在します。

有線LANと無線LAN

そのネットワーク内で機器同士を接続する方法として、有線接続(有線LAN)と無線接続(無線LAN)があります。

有線接続(有線LAN)ではLANケーブル等で機器同士が接続/通信し、無線接続(無線LAN)では電波で機器同士が接続/通信します。

有線LANはIEEE 802.3(イーサネット)という標準規格に基づいて、有線で通信するためのケーブル(メディア)や速度といった「データを表現する電気信号/光信号を通す物理的な道路※1」などが定義されています。

無線LANはIEEE 802.11という標準規格※2に基づいて、無線で通信するための周波数帯(メディア)や速度といった「データを表現する電波を通す空間の道路※1」などが定義されています。なお、ここでいう "空間の道路" を細かく区切った複数のレーンにあたるものがチャンネルと呼ばれます。

※1 有線接続では、電気や光の形でデジタルデータを表現し、解釈します。無線接続では、電波の波の形でデジタルデータを表現し、解釈します。

※2 このIEEE 802.11に基づいて実装された機器がWi-Fi Allianceからの認証を受けることで、「Wi-Fi対応機器」を名乗ることができます。

具体的な通信規格

それぞれの標準規格の中では、具体的な通信方式やハードウェアの仕様などが定義され、時代を経てアップデートされています。

#有線LAN(IEEE 802.3)の場合

10BASE‑T
100BASE‑TX
1000BASE‑T(1Gbps)etc...

→例えば1000BASE-Tという規格では、最大速度が1Gbps(1000Mbps)であることや、Cat5e以上のツイストペアケーブルが必要となることなどが決められています。

#無線LAN(IEEE 802.11)の場合

802.11a / 802.11b / 802.11g / 802.11n(Wi-Fi 4)/ 802.11ac(Wi-Fi 5)/ 802.11ax(Wi-Fi 6)/ 802.11be(Wi‑Fi 7)etc...

→例えば802.11ax(Wi-Fi 6)という規格では、理論上の総合的な最大速度が9.6Gbpsであることなどが決められています。

ネットワーク機器への実装

これらの規格を踏まえて、例えば有線LANで使用されるスイッチと呼ばれるネットワーク機器では、ハードウェアとソフトウェアの両方でIEEE 802.3を前提とした1000BASE-Tの通信方式が実装されることで、1Gbps(1000Mbps)のインターフェースが利用可能となります。

一方で、無線LANで使用される無線アクセスポイントと呼ばれるネットワーク機器では、ハードウェアとソフトウェアの両方でIEEE 802.11を前提とした802.11axの通信方式が実装されることで、Wi-Fi 6 にあたるインターフェースが利用可能となります。

実生活におけるネットワーク

このような、有線/無線接続を可能とする規格に基づいて実装された機器同士が接続しあうことで、ネットワークが構成されデータのやり取りが行われています。

しかし実際には、これらのL1(物理層)で接続したあとにL2/L3と上位のレイヤーも関わることで、IPアドレスやドメイン名を使用したネットワーク通信ができるようになります。

身近な例だと、スマートフォンはIEEE 802.11の標準規格を実装した無線チップを内蔵しており「Wi-Fi対応機器」として無線接続が可能となっています。

そんなスマホから自宅のアクセスポイントへ無線で通信し、その無線アクセスポイントから有泉でルーターを経由してインターネット側と通信する、といった有線/無線で接続するネットワークが身近にも構築されています。

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