モバイルネットワークの無線に関する基礎知識を解説します

モバイルネットワークと聞いて実際分からない人も多いはず。無線LANなどは聞いたことがあると思います。その無線に関する基礎を解説します

モバイルネットワークの無線に関する基礎知識を解説します

記事の内容
無線には主に3つあります。その3つと、無線に関するセキュリティ対策や、暗号規格などの基礎知識を解説します

モバイルネットワークとは

主に無線技術を活用したモバイル環境のことであり、コンピュータネットワーク網のことをいいます

おそらく、皆さんは家の中では、無線ランやWiFiを使って、インタ―ネットワークを構築していると思います

他には携帯電話を使ってテザリングし、wifiにして使っているかもしれません

モバイルネットワークの分類には主に3つあります。この3つの基礎を説明していきます

  • 無線WAN(携帯電話)
  • 無線MAN(WiMAX)
  • 無線LAN

モバイルネットワークの分類

無線WAN

無線WANとはWide Area Networkと言い、広域通信網です。考えとしては、日本全国で使える携帯電話の通信網を利用した、広域のネットワークと思ってくれればいいでしょう

無線WANは、携帯電話の電波を利用して、インターネットへの接続を行う通信網のことです。通信方式の技術が発展しているので通信速度も高速化しています

通信世代の流れ

第1世代アナログ回線の通信回線

第2世代デジタル回線の通信回線(2G)ここから〜Gとよばれるようになりました

第3世代移動通信システム(3G)W-CDMA、CDMA2000などです

第3.5世代移動通信システム(3.5G)HSDPAなどです

第3.9世代移動通信システム(3.9G)LTEなどです

第4世代移動通信システム(4G)LTE-Advancedなどです
(今ここです2019/3現在)

第5世代移動通信システム(5G)次世代高速通信がもうじき来る

無線WANでは、携帯電話の基地局を一定間隔で設置することで、ネットワークを構成するものです

基地局から基地局までの無線の到達範囲の事をセルといいます

セル(cell)とは

携帯電話の基地局がカバーする無線の到達範囲のことです

セルの大きさは基地局の出力と電波の周波数により異なります

  • マクロセル(macrocell):半径数km以上
  • マイクロセル(microcell):半径数百m
  • ピコセル(picocell):半径数十m

イベントホールなど特定の屋内や地下街など、狭い範囲で使用する場合はピコセルとなります

高層ビルの上層階のオフィス、マンションの部屋で使用している場合は、フェムトセル(femtocell): 半径数mといいます

セル方式

隣り合うセルには電波が届く→ 同じ周波数を使用できない
離れたセルには電波が届かない→ 同じ周波数を使用できる
同じ周波数を繰り返し使用することで、限られた周波数帯域で広域をカバーできる

このような特徴があります

無線MAN

MANとはMetropolitan Area Networkといい、都市規模通信網のことをいいます

無線MANは、無線WANと無線LANの中間に位置する無線通信網と思ってください。無線WANと無線LANのそれぞれのデメリットを部分的に解消したような通信網です

特徴としては、無線WANに比べて基地局の設備投資が少なく、無線LANよりも広い範囲をカバーできることです

代表的な技術でいえば、CMなどで聞いたことがあると思いますがWiMAXがそうです

元々WiMAXの用途としては、山間部など、高速通信網の敷設が困難な地域向けの通信技術として開発されたことが始まりです。日本ではモバイル通信技術として利用しています

WiMAXとは

Worldwide Interoperability for Microwave Access の略称のことで、光回線などを困難な地域でも、光通信回線が使えるように考えたのが、ラストワンマイルです

ラストワンマイルとは、最後の通信手段としての通信方式です。どういうかというと、プロバイダーが光通信を開通できる場所は問題ないのですが、開通できない困難な場所にも、通信が行える通信技術のことです

WiMAXはラストワンマイルのために開発されたようなものです

WiMAXの規格

WiMAXの規格としては、大きく分けて2つあります

1つ目はIEEE802.16.2004と呼ばれる固定WiMAXで、家屋や建物などの「固定局」に関しての運用を前提とします

ラストワンマイルの活用として使われています

2つ目は、IEEE802.16eモバイルWiMAXと呼ばれる「移動局」との通信を前提とした規格です

時速120kmの移動体からでも接続可能とし、普段皆さんが使っているWiMAXサービスは、この規格で使用しています

無線LAN

LANとはLocal Area Networkといい、構内通信網のことをいいます

無線LANとは、 無線通信でデータの送受信を行うインターネット構築を言います

皆さんが自宅で使用しているインターネットがLANとおもってください。接続する基本的な仕組みは、パソコンとモデムを接続するだけです

無線か有線かの違いがあるぐらいです。詳しくはこちらの記事に書いています

無線LANの概要

メリットは、モビリティ(移動性)に優れていることと、ケーブル配線の煩雑さが解消されることです

デメリットは、通信が不安定なことと、セキュリティ対策が必須なことです。セキュリティの事に関しては、あとで詳しく説明します

無線LANの規格の種類としては、IEEE802.11の無線LAN規格に基づいて作られており、さらに細分化され、IEEE802.11b/11a/11g/11n/11acとなっています

現在は11acです。こんな記号では分からないと思いますが、かなり速い高速通信と思ってくれればOKです

無線LANのセキュリティ対策

無線LANのデメリットは電波を使用するため、電波が届く範囲では、データが盗聴される危険があります。第三者が無線LANネットワークに侵入する可能性もあります

セキュリティ対策として、データの暗号化(WEP, WPA, WPA2)などがあり、もしかしたら、聞いたことや見たことがあるかもしれません

他には、無線LANを使用できる通信機器の制限 (MACアドレスフィルタリング)などがあります

無線LANを使用する場合にデータを暗号化します。規格としては、共通鍵暗号方式、または秘密鍵暗号方式です。暗号化方式の基本として使用されています

  • 親機と子機が共通の暗号化鍵(秘密鍵)をもっている
  • 共通の暗号化鍵を使用してデータの暗号化、復号化を行う

高度な暗号化規格を使用することで、セキュリティは向上します。ですが通信速度は低下してしまいます

その暗号化規格として WEP, WPA, WPA2 などがあります

この3つを具体的に説明していきます

共通鍵暗号方式

WEP

Wired Equivalent Privacyの略語です

IEEE802.11b, 11a など、初期の無線LANで使われた規格されたものです。RC4と呼ばれる暗号化アルゴリズムを基にした共通鍵暗号方式であり、64ビット(WEP64)または128ビット(WEP128)の暗号化鍵を用いて暗号化します

親機と子機の両方に共通の暗号化鍵(WEPキー)を設定します

例えばWEP64の5文字、WEP128の13文字暗号化カギを構成しています

初期にはWEPが方式が使われていたのですが、RC4に脆弱性があるため、セキュリティの観点からは優れているとは言えず、事実RC4の暗号化を破るツールが存在しています

このWEPを改良したのがWPAです

WPA

Wi-Fi Protected Accessの略語のことです

Wi-Fi Alliance が2002年に発表した規格のことであり、WEPより強力な暗号化規格です

WiFi Allianceとは、無線LAN製品の普及や促進を促すことを目的とした業界団体の事です

WiFiは、お互いが認証通信出来るものであれば、世界中で使用できます。例えば、海外からWiFiを使って、日本にインターネット電話などができます

この強力な暗号規格は、TKIP(Temporal Key Integrity Protocol)と呼ばれる暗号化方式を採用しています

具体的には親機や子機で共通の鍵(128ビット)と、子機のMACアドレスを使用して生成した暗号化鍵により暗号化を行い、一定の間隔で暗号化鍵の更新を行います

WEPとの互換性を考慮して、暗号化アルゴリズムにはRC4を採用しているので、完璧なセキュリティ対策とは言えません

更にWPAを改良したのがWPA2です

WPA2

Wi-Fi Protected Access 2 の略語です

Wi-Fi Allianceが2004年に発表した規格で、WPAより強力な暗号化規格です

暗号化アルゴリズムRC4に脆弱性があったことにより、より強力なAESを採用しています

AES(Advanced Encryption Standard) とは、米国商務省標準技術局(NIST)が策定した次世代の標準暗号化方式です

128〜256ビットの可変⻑鍵を使って暗号化します(この辺はわからなくても大丈夫です)

色々出てきましたが、とりあえずWEP2が一番強力な暗号を使っており、セキュリティ対策がしっかりしていると思ってくれれば大丈夫です

おそらく使っているWiFi設定を確認すれば、どのセキュリティを使用しているか分かると思います

MACアドレスフィルタリング

MACアドレス制限とも言う親機に、アクセスを許可する機器のMACアドレスを登録しておいて、該当する機器以外との通信を遮断するセキュリティ方式のことです

携帯電話などで、登録されていない番号はつながないように設定できます。それに似た感じだと思ってくれればいいです

MACアドレスフィルタリングの概要

MACアドレスはMedia Access Control Addressの略語です

ネットワーク機器を識別するために、機器ごとに設定される固有の番号のことです。ハードウェアの製造時に設定されいるので、世の中でたった1つの番号となります

この製造番号を登録しておくことで識別し、セキュリティ対策を行うやり方が、MACアドレスフィルタリング方式です

SSID

Service Set Identifier の略語です

SSIDというのは、それぞれのアクセスポイントにIDが付けられており、そのIDを識別するやり方です

通常皆さんが家庭内で無線LANネットワークを設定する時に、SSIDとパスワードの入力を促されると思いますが、SSIDはアクセスポイントの名前を入力すると思ってください

親機と子機に同じIDの名前があり、通信するためのネットワークを識別しています

無線ネットワークでデーター通信をしている時というのは、SSIDやMACアドレスが含まれているので、侵入された場合は、暗号がばれてしまいます

データーの暗号化技術を利用して、MACアドレスが流出しないようにしているのです

まとめ

モバイルネットワークには、無線LAN、MAN、WANの3つある

無線LANは家庭内で構築するネットワーク

無線MANは困難な場所に通信できるようにすること

無線WANは携帯電話などの広域通信のこと

無線はデーターが流出しやすいので、それぞれ異なるセキュリティ対策を3つ施している

WEP、WPA、WPA2があり、その他にMACアドレスフィルタリングなどがある

SSIDは共通の番号を持つことで認識している