ワイヤレスLAN

CCNA合格に向けて、ワイヤレスLANの学習内容を簡単にまとめました。

無線LANの物理層

周波数帯

無線LANは、主に 2.4GHz帯 と 5GHz帯 を利用する。
2.4GHz帯は到達しやすいが干渉が多く、5GHz帯は利用できるチャネルが多く干渉が少ない。

• 2.4GHz帯：障害物に比較的強いが、電子レンジやBluetoothなどの影響を受けやすい
• 5GHz帯：利用可能なチャネルが多く、混雑しにくい

チャネルとチャネル幅

チャネルは、APが通信に使用する周波数の区切り。隣接チャネルが重なると干渉しやすくなるため、適切に分けて使う必要がある。

• 2.4GHz帯：干渉を避けるため、一般に 1 / 6 / 11 を使う
• 5GHz帯：2.4GHz帯より多くのチャネルを利用できる
• チャネル幅：20MHz、40MHz、80MHz などがあり、広いほど高速化しやすいが干渉の影響を受けやすい

干渉・DFS・セル設計

無線LANでは、同じチャネルの電波が重なると通信効率が下がる。そのため、隣接するAPではチャネルをずらしながら、必要な範囲だけ電波を重ねるように設計する。

• 干渉：近いチャネルや同一チャネルの利用で発生する
• DFS：一部の5GHzチャネルで必要となる、レーダー波を避ける仕組み
• セル：1台のAPがカバーする範囲。適度に重なることで移動時の切替がしやすくなる

無線LANのL2構成と接続

接続モード

アドホックモード

APを使用せず、端末同士を直接無線接続する方式

インフラストラクチャモード

APを介して通信する一般的な接続方式
端末はAPに接続し、AP経由で他の端末やネットワークへ通信する

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ネットワーク構成要素

BSS（Basic Service Set）

1台のAPと、そのAPに接続する端末で構成される無線LANの基本単位
BSSは BSSID で識別され、通常はAPの無線インターフェースのMACアドレスが使われる

ESS（Extended Service Set）

複数のAPに同じSSIDを設定し、1つの無線LANとして広い範囲をカバーする構成

SSID

無線LANのネットワーク名
同じSSIDを持つ複数のBSSをまとめて、1つのESSとして構成できる

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接続の流れ

無線LANでは、端末はまずAPを見つけ、接続を確立し、その後に必要な認証や鍵交換を行う。

1. APの発見（Managementフレーム）
   Beacon や Probe によりAPを見つける
2. 802.11レベルの接続確立（Managementフレーム）
   認証と Association によりAPへ参加する
3. セキュリティ処理（Dataフレーム）
   必要に応じて鍵交換やユーザー認証を行う
4. 通信開始（Dataフレーム）
   IP通信や上位層の通信を開始する

管理フレーム（Managementフレーム）

802.11では、通信の開始や維持のために管理用のフレームを使う。

• Beacon：APが定期的に送信し、自身の存在やSSIDなどを知らせる
• Probe：端末がAPを探すために使う
• Association：端末がAPへ参加するための処理

ローミング

端末が移動したとき、同じESS内で接続先のAPを切り替えることを ローミング という。
SSIDが同じでも、実際には別のBSSへ接続先を移している。

無線LANのセキュリティ

無線LANのセキュリティは、主に 認証 と 暗号化 で構成される

主な規格

• WPA：TKIPを使用する旧規格
• WPA2：AESベースのCCMPを使用する標準規格
• WPA3：より強固な規格で、PersonalモードではSAEを使用する

認証方式

Personalモード

家庭や小規模環境向けの1つのSSIDに対して共通の認証情報を使う方式

• PSK（Pre-Shared Key）：WPA2で使われる、事前共有鍵を使う方式
• SAE（Simultaneous Authentication of Equals）：WPA3-Personalで使われる認証方式

Enterpriseモード

企業向けのユーザーごとに認証を行う方式で、RADIUSサーバーと連携する

• EAP（Extensible Authentication Protocol）：認証の枠組み
• 802.1X：EAPを用いたポートベース認証

暗号化

暗号アルゴリズム

• RC4：古い方式で脆弱
• AES：現在の主流

暗号化プロトコル

• TKIP：RC4を利用する旧方式
• CCMP：WPA2標準のAESを利用する方式。
• GCMP：WPA3で採用されるAESを利用する方式の1つ。

認証コンポーネント

• Supplicant：認証を受けるクライアント端末
• Authenticator：認証を中継する機器（APやWLC）
• 認証サーバー：実際に認証を行うサーバー（一般的にRADIUSサーバー）

無線LANのアーキテクチャ

管理方式

• 自立型AP：APごとに個別設定を行う方式
• 集中管理型：WLCで複数のAPをまとめて管理する方式

集中管理型の内部構造

WLC（Wireless LAN Controller）

無線LAN全体を集中管理する装置
複数のAPの設定、制御、管理を一括で行う

LAP（Lightweight AP）

WLC配下で動作するAP
設定や制御の多くをWLCに依存する

スプリットMACアーキテクチャ

アクセス制御の役割をAPとWLCで分割する。リアルタイム性が高い処理はAPが、リアルタイム性が低い処理はWLCが行う。

CAPWAP

WLCとLAPの間で、制御情報やデータをやり取りするためのプロトコル

• Controlトンネル：設定変更や管理情報を転送する
• Dataトンネル：ユーザーデータを転送する

AP の動作モード（用途別）

• Local モード
  標準的な集中管理型AP。クライアントを収容し、WLCと連携して動作。
• FlexConnect モード
  拠点側でローカルスイッチング可能。WAN越し環境に適する。コントローラーの接続がなくなったとしても自律的に動く
• Monitor モード
  クライアント収容なし。電波監視専用。
• Sniffer モード
  無線フレームのキャプチャ・解析用。
• Bridge モード
  無線ブリッジ（メッシュ）用途。

WLCの主な物理ポート

全体像

WLC の主な物理ポートとして次の4つがある。

• コンソールポート
• ディストリビューションポート
• サービスポート
• 冗長ポート

※補足：LAG （Link Aggregation Group）はEtherChannelのこと

ディストリビューションポート

WLC をスイッチへ接続する主要なポート。
AP との通信、無線クライアントの通信、有線ネットワークとの接続に使われる。必要に応じてLAG により複数リンクを 1 つの論理リンクとして扱う。

WLC とスイッチ間の データパス であり、インバンド管理 ではクライアント通信と管理通信を同じ経路で扱う。

ダイナミックインターフェースは VLAN と対応付けられ、無線クライアントの通信を各 VLAN に収容するために用いられる。ディストリビューションポートはスイッチとトランク接続し、必要に応じて LAG を構成できる。

サービスポート

WLC の 保守・復旧・管理 に使うポート。
主に アウトオブバンド管理 用で、初期設定や障害時のメンテナンスに使われる。

サービスポートは通常のデータパスには使わず、管理専用の経路として扱う。
また、802.1Q タグを扱わないため、接続先のスイッチは access ポート として使う。

コンソールポート

管理用 PC から WLC を 直接操作 するためのポート。
ネットワーク設定がなくても使えるため、初期設定 や 障害時のローカル管理 に用いる。

冗長ポート

2 台の WLC を接続し、冗長構成 を実現するためのポート。
アクティブ機とスタンバイ機の同期に使われ、障害時の引き継ぎを支える。