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WiFi接続、ネットワーク層

無線LANと暗号化

無線LAN(通称 WiFi)は、IEEE 802.11 にて規格が定められている。無線LANは、使う通信周波数で、2.4GHz帯を使うものと、最近増えてきた5GHz帯のものに分けられる。

    • IEEE802.11a 5GHz帯を使う、最大54Mbps
    • IEEE802.11b 2.4GHz帯を使う、最大11Mbps
    • IEEE802.11g 2.4GHz帯を使う、最大54Mbps
    • IEEE802.11n 2.4GHz/5GHzを使う、最大600Mbps
    • IEEE802.11ac 5GHz帯を使う、最大6.9GBps – 11a/g/n/ac を組み合わせで現時点の主流
  • IEEE802.11ad 60GHz 最大6.8Gbps
  • IEEE802.11ax 2.4GHz/5GHz 最大 9.6Gbps (通称 WiFi 6)
  • IEEE802.11be 2.5GHz/5GHz/6GHz 最大 46Gbps (WiFi 7)

2.4GHz帯は、電子レンジで使う電波の周波数と重なるため、電波干渉を受けやすい。また、2.4GHzは様々な家電製品・電子機器で利用されているため、他の機器との干渉を受けやすく速度低下を起しやすいが、遠くまで電波が届きやすい。 5GHzは、この周波数帯を利用している機器が少ない為、干渉を受けにくく安定して通信できるが、あまり遠くには電波が届かず、通信が極端に不安定になる場合がある。

無線LANに接続する場合には、接続先(アクセスポイント)に付けられた名前(SSID)と、SSIDに割り振られたパスワードが必要となる。ただし無線は、電波で信号を飛ばすため、近くに行くだけで通信を傍受できる。このため、データの暗号化が必須となる。この暗号化は、そのアルゴリズムにより解読の困難さが変わる。

  • WEP 64bit / 128bit – すでに古い暗号化で専用ソフトを使うとすぐに解読される可能性が高い。使うべきではない。
  • WPA/WPA2 – 現時点の主流?
    • 暗号化方式 TKIP や 暗号化アルゴリズム AES
  • WPA3 – そろそろこちらが主流かな…
    • 192bit暗号化, 辞書攻撃に強い SAE を使用

無線LANでは、車でセキュリティの甘いアクセスポイント(暗号化無しやWEPを使うAP)を探し、その無線LANを使ってクラッキングなどをおこなう場合も多い。(ウォードライビング)

勝手に無線LANを使われないようにするために一般的には、(1)アクセスポイントに接続できる機器をMACアドレス(機器に割り当てられた48bitの固有値)で制限したり、(2)SSIDのステルス化(APが出す電波にSSIDを入れない方式)を行う場合も多い。ただし、これらの制限をかけても専用の機器を使えば通信は傍受可能。

移動通信システム

WiFiは屋内にアクセスポイントを設置し十数メートル範囲の通信を行うが、屋外の基地局と端末の間での数百メートルから数キロといった距離の通信を行う場合には「移動通信システム」が用いられる。

  • 第1世代移動通信システム – アナログ方式 1980年代
  • 第2世代移動通信システム – デジタル方式 1990年代 (GSM,CDMA,PDC)
  • 第3世代移動通信システム – モバイルインターネットの時代 2000年代 (数Mbps) W-CDMA, CDMA2000
    • 2024年現在 Docomo のみサービスを提供しているが、FOMA/iモードは2026/3/31に終了予定
  • 第4世代移動通信システム – 高速大容量 2010年代 (数十Mbps-数百Mbps) LTE
  • 第5世代移動通信システム – 超高速大容量 2020年代 (最大20Gbps) 通称 5G
    • ローカル5G – 通信事業者ではなく、企業や自治体などが自社の敷地や特定のエリア内に構築する専用の5Gネットワーク(国指定の無線局免許取得が必要)

移動体通信での 5G の話をすると、無線LANの話から、5G = 5GHz と勘違いするかもしれないが、5G = 第5世代移動通信システム(5th Generation) なので注意。

ネットワーク層

前回説明したMACアドレスによるデータリンク層では、1つのサブネットの中で指定した相手にデータを送ることはできる。しかし、データリンク層だけでは、他のサブネットにいる相手にデータを送ることができない。(相手の名前を知っていても、住所を知らなければ郵便は送れない。)

ネットワーク層とIPアドレス(IPv4)

サブネットに分割し、隣接するサブネット、さらには上流のインターネットと通信をするためには、IPアドレスを用いた通信が行われる。

ネットワークに接続する機器には、それぞれユニークな32bitの番号(IPv4アドレス)を割り振る。

コンピュータへのIPアドレスの設定には、(a)IPアドレス,(b)サブネットマスク,(c)ゲートウェイの情報が必要となる。

  • IPアドレス: 192.156.145.100 といった、0~255の8bitの値をピリオド区切りで4つ並べて表記するのが一般的。
  • サブネットマスク: 255.255.255.0 といった値で、IPアドレスを2進数で書き並べた32bitと、サブネットマスクの32bitで、2進数の論理積をとった値は、ネットワーク番号と呼ばれ、機器が存在する場所を表す。
    また、IPアドレスとサブネットマスクの否定と論理積をとった値は、ホスト番号と呼ばれる。
    サブネットマスクは、先行する1のbit数で書き表すことも多い。255.255.255.0は、”/24″のように書く。
  • ゲートウェイ: 自分自身のネットワーク番号と通信相手のネットワーク番号が異なる場合は、異なるサブネットにいるので、パケットを中継してもらう機器(ルータ,ゲートウェイ)にパケットを送る。

  • IPアドレスとクラス: IPアドレスは、先頭8bit をネットワーク番号とするクラスA,16bitのクラスB,24bitのクラスCに分類されている。以前は、IPアドレスを割り当てる企業規模に応じて、大規模な大学だからクラスA、中規模ならクラスB(福井大学は133.7.0.0/16 ←このような書き方はCIDR記法という)、小規模ならクラスCを割り当てていた。(福井高専はCクラスを5本192.156.145~149.0/24 : 福井高専のIPアドレスでは3つのCIDR記法で表現できる。 192.156.145.0/24, 192.156.146.0/23, 192.156.148.0/23)
    しかし、最近では IPv4 アドレスの不足から、大きな組織に割り振られた クラスA を再分配しているため、先頭が0~126で始まるアドレスでも大きなネットワーク組織とは限らない。