IEEE802.11(無線LAN/Wi-Fi)のカプセル化とフレームフォーマット

IEEE802.11カプセル化

IEEE802.11の無線LANの規格は、物理層～データリンク層の階層です。IPパケットを無線LANで転送するためには、IEEE802.11ヘッダでカプセル化します。データリンク層と物理層でのカプセル化とフレームフォーマットについて解説します。

データリンク層のカプセル化

データリンク層は、LLC(Logical Link Control)副層とMAC(Media Access Control)副層に分けられます。LLC副層では、IPパケットなどのレイヤ3以上のデータをMSDU(MAC Service Data Unit)として扱います。レイヤ3プロトコルを識別できるようにLLCヘッダが付加されます。

そして、MSDUを無線LANで転送するために、MAC副層でIEEE802.11 MACヘッダとFCSでカプセル化します。MACヘッダとFCSを付加したものをMPDU(MAC Protocol Data Unit)と呼びます。

物理層のカプセル化

物理層もPLCP(Physical Layer Convergence Procedure)副層とPMD(Physical Medium Dependent)副層の2つの副層に分けられます。PLCP副層の観点では、MPDUをPSDU(PLCP Service Data Unit)と呼びます。PSDUにプリアンブルとPHYヘッダを付加してPPDU(PLCP Protocol Data Unit)とします。プリアンブルは802.11の電波を送受信するときの同期を取るために利用します。PHYヘッダには、変調方式などの情報が含まれています。

そして、PMD副層でPPDUのビットを変調して電波にデータを載せて送信します。

IEEE802.11 MACヘッダ

IPパケットなどのネットワーク層以上のデータ(MSDU)を無線LANで転送するために、データリンク層で付加するMACヘッダの詳細をみていきましょう。すべての802.11フレームは、MACヘッダを含んでいます。MACヘッダのフォーマットは以下のようになります。

有線のイーサネットのヘッダに比べると、無線LAN(IEEE802.11)のMACヘッダはちょっと複雑です。最大で9つのフィールドがあります。特に特徴的なのは、MACアドレスを指定するフィールドが最大4つあります。各フィールドについて簡単に解説します。

Frame Control

2バイトのFrame Controlフィールドで、802.11フレームの種類やアドレスフィールドの使い方を示しています。Frame Controlフィールドはさらに、以下のサブフィールドがあります。

サブフィールド	ビット	概要
Protocol Version	2	802.11のバージョンを示します。現在のところ「00」固定です。
Type	2	802.11フレームの種類を示します。以下の4種類のフレーム種類があります。 00: Management 01: Control 10: Data 11: Extension
Subtype	4	802.11フレームのさらに詳細な分類を示します。
To DS	1	アドレスフィールドの使い方を示します。
From DS	1	アドレスフィールドの使い方を示します。
More Flag	1	フレームが分割されていることを示します。
Retry	1	フレームが再送されているかを示します。
Power Management	1	パワーセーブモードかどうかを示します。
More Data	1	パワーセーブモードのステーション宛てのデータがあることを示します。
Protected Frame	1	MSDUペイロードが暗号化されていることを示します。
+HTC/Order	1	シーケンス制御をしていることを示します。

Duration/ID

Duration/IDは、バーチャルキャリアセンスで利用します。送信中のデバイスのMACヘッダのDurationの値は、他のデバイスのNAV(Network Allocation Vector)タイマをリセットするために利用します。

Address1/Address2/Address3/Address4

無線LANのデータ送受信に関連するデバイスのMACアドレスが含まれます。Frame ControlフィールドのTo DSおよびFrom DSのサブフィールドとの組み合わせによって、Address1からAddress4がどのようなデバイスのMACアドレスであるかが決まります。

Sequence Control

802.11でフレームをフラグメントすることも可能です。Sequence Controlは、IPパケットなどのMSDUをフラグメントするときに利用します。

QoS Control

QoS Controlは、データフレームのQoS制御を行うためのフィールドです。

HT Control

HT Controlは、802.11n/acデバイスの高度な機能で利用するフィールドです。

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