IEEE802.11無線LANの構成要素

IEEE802.11規格では、無線LANの主な構成要素として以下があります。

  • ステーション(Station : STA)
    • クライアントステーション
    • アクセスポイントステーション
  • 無線媒体(Wireless medium)
  • ディストリビューションシステム(Distribution System)
図 802.11 構成要素
図 802.11 構成要素

ステーション(Station : STA)

802.11無線LANで通信するデバイスをステーションと呼びます。ステーションはユニークなMACアドレスで識別するので、ステーションとは無線LANインタフェースと考えてよいでしょう。ステーションは、さらに以下の2つに分類できます。

  • クライアントステーション
  • アクセスポイントステーション

クライアントステーション

ノートPCやスマートフォン/タブレットなどアクセスポイント以外の無線LANデバイスがクライアントステーションです。クライアントステーションは、無線LANの通信を行うために、アクセスポイントステーションにアソシエーションします。

アクセスポイントステーション

アクセスポイントステーションは、アソシエーションしているクライアントステーショに対してポータル(入り口)機能を提供します。ポータル機能とは、アソシエーションしているクライアントステーション同士の通信はアクセスポイントステーション経由で行うことです。また、アクセスポイントステーション経由で、802.3有線イーサネット上のデバイスとの通信もできるようにもします。アクセスポイントステーションは、802.11フレームから802.3フレームへ変換して、ブリッジングします。逆のフレーム変換も行います。

無線媒体(Wireless medium)

ステーション間でフレームを送り届けるための媒体として、無線媒体(電波)を利用します。802.11規格によって利用する電波の周波数帯が異なります。

ディストリビューションシステム(Distribution System)

複数のアクセスポイントステーションを利用して、無線LANを拡張するときに、ディストリビューションシステムによってアクセスポイン同士を相互接続します。ディストリビューションシステムは、通常は802.3の有線イーサネットです。

無線媒体を利用したディストリビューションシステムとして、WDS(Wireless Distribution System)もあります。

IEEE802.11のトポロジ(サービスセット : Service Set)

802.11規格では、無線LANのステーション同士がどのように通信するかというトポロジをサービスセット(Service Set)として定義しています。サービスセットとして、以下があります。

  • BSS(Basic Service Set)
  • ESS(Extended Service Set)
  • IBSS(Independent Basic Service Set)
  • PBSS(Personal Basic Service Set)
  • MBSS(Mesh Basic Service Set)
  • QBSS(QoS Basic Service Set)

ここでは、BSS/ESS/IBSSについて取り上げます。

PBSSは60GHzの周波数帯を利用する802.11adのトポロジです。MBSSはWi-Fiメッシュを構成するアクセスポイントのトポロジです。QBSSはQoS要件をサポートするサービスセットです。ほとんどの企業向けのアクセスポイントはQoS要件をサポートしているので、各サービスセットはQBSSと考えられます。

SSID(Service Set Identifier)

SSIDは、802.11で通信するデバイスの論理的なグループを示す識別子です。SSIDは最大32文字の文字列として設定でき、Windows環境のワークグループ名に相当します。アクセスポイントとクライアントで共通のSSIDを利用して、無線LANの通信を行います。

図 SSID

SSIDは「アクセスポイントの識別名」と簡単に解説されることがありますが、正確ではありません。複数のアクセスポイントで後述のESSとするとき、各アクセスポイントに共通のSSIDを設定することになるからです。SSIDでアクセスポイントを識別しているわけではありません。アクセスポイント自体の識別は、BSSIDでアクセスポイントのMACアドレスです。

BSS(Basic Service Set)

1台のアクセスポイントを中心としたトポロジがBSSです。複数のクライアントが存在する場合、クライアント間の通信はアクセスポイント経由で行われます。また、通常、アクセスポイントは有線イーサネットのディストリビューションシステムに接続します。アクセスポイントは、802.11無線LANと802.3イーサネットのブリッジとなります。アクセスポイントを経由して、無線LANクライアントは有線イーサネットネットワーク上のデバイスとの通信が可能です。

アクセスポイントがカバーする物理的な範囲をBSA(Basic Service Area)と呼びます。BSAは、電波の出力やアンテナの種類、アクセスポイントの物理的な配置などによって決まります。また、先にも触れていますが、アクセスポイントを識別するための識別子をBSSIDと呼びます。BSSIDはアクセスポイントのMACアドレスです。

図 BSS
図 BSS

ESS(Extended Service Set)

単体のアクセスポイントだけでは広い範囲をカバーできません。広い範囲をカバーするために、複数のアクセスポイントで構成する無線LANのトポロジがESS(Extended Service Set)です。ESSは、ディストリビューションシステムで相互接続された複数のアクセスポイントで構成します。各アクセスポイントには、共通のSSIDを設定します。そして、各アクセスポイントがカバーするBSAを一部オーバーラップさせることで、クライアントステーションはシームレスなローミングが可能になります。ローミングとは、アソシエーションするアクセスポイントを切り替えることです。隣接するBSAでは、電波が干渉しないようにチャネルを設定しなければいけません。

ESSの論理的な無線LANのグループをESSIDと呼びますが、ESSIDとSSIDは、用語としては同じ意味です。

図 ESS
図 ESS

IBSS(Independent Basic Service Set)

アクセスポイントなしでクライアントステーションだけで構成するトポロジがIBSS(Independent Basic Service Set)です。クライアントステーション間で直接通信できます。有線イーサネットにおいてクロスケーブルで直結するようなイメージです。クロスケーブルで直結していると2台間でしか通信できないのですが、IBSSでは複数のクライアントステーション間の直接通信が可能です。IBSSはアドホックモードと呼ぶこともあります。

IBSSの通信を行うためには、すべてのクライアントステーションは同一のSSIDを設定して、同一のチャネルを利用します。IBSS内で最初に起動したクライアントステーションは仮想的にランダムなBSSIDを作成します。

図 IBSS
図 IBSS

用語のまとめ

802.11規格では、いろんな用語を定義しています。用語がたくさん出てきて混乱してしまいがちです。このページで取り上げた用語についてまとめておきましょう。

用語意味
ステーション(Station : STA)無線LANで通信するデバイスです。ユニークなMACアドレスで識別するので、ステーションは無線LANのインタフェースと考えてください。
クライアントステーションノートPC/スマートフォン/タブレットなどアクセスポイント以外のステーションです。
アクセスポイントステーションクライアントステーションに対して、ポータル(入り口)機能を提供するステーションです。
無線媒体(Wireless medium)ステーション間でフレームを送り届けるための媒体です。規格によって決められた周波数帯の電波を利用します。
ディストリビューションシステム(Distribution System : DS)ディストリビューションシステムによってアクセスポイント同士を相互接続します。通常は、ディストリビューションシステムとして802.3イーサネットを利用します。
サービスセット(Service Set)無線LANの通信を行うためのトポロジを意味します。
SSID(Service Set Identifier)無線LANで通信するデバイスの論理的なグループです。最大32文字の文字列でSSIDを設定します。
BSS(Basic Service Set)単体のアクセスポイントを中心としたトポロジです。クライアントステーションはアクセスポイントに接続(アソシエーション)します。
BSA(Basic Service Area)1台のアクセスポイントがカバーできる物理的な範囲です。
BSSID(Basic Service Set Identifier)アクセスポイントの識別子です。アクセスポイントのMACアドレスをBSSIDとして利用します。
ESS(Extended Service Set)広い範囲をカバーした無線LANの通信を行うために複数のアクセスポイントで構成しているトポロジです。アクセスポイントには共通のSSIDを設定して、ディストリビューションシステムで接続します。
ローミング(Roaming)ESSでアソシエーションするアクセスポイントを切り替えることを意味します。シームレスにローミングするためには、BSAの一部をオーバーラップするようにアクセスポイントを配置します。
IBSS(Independent Basic Service Set)クライアントステーションのみで構成するトポロジです。アドホックモードとも呼ばれます。
表 802.11の主な用語

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