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IEEE 802.11は、 IEEE 802規格群に属するローカルエリアネットワーク（LAN）技術標準の一部であり、無線LAN （WLAN）コンピュータ通信を実現するためのメディアアクセス制御（MAC）および物理層（PHY）プロトコルのセットを規定しています。この規格とその改訂版は、Wi-Fiブランドを使用する無線ネットワーク製品の基盤となっており、世界で最も広く使用されている無線コンピュータネットワーク規格です。IEEE 802.11は、ほとんどの家庭やオフィスのネットワークで使用されており、ノートパソコン、プリンタ、スマートフォンなどのデバイスが相互に通信し、有線接続なしでインターネットにアクセスできるようにしています。
この規格は、電気電子学会（IEEE）LAN/ MAN標準委員会（IEEE 802 ）によって作成および維持されています。この規格の基本バージョンは1997年にリリースされ、その後改訂が加えられています。各改訂は、最新バージョンの規格に組み込まれると正式には廃止されますが、企業は製品の機能を簡潔に示すことができるため、改訂版をマーケティングに利用する傾向があります。その結果、市場では各改訂版が独自の規格となる傾向があります。802.11xは、「802.11の任意のバージョン」の略称であり、特に1997年の最初のバージョンに使用される「802.11」との混同を避けるためのものです。
IEEE 802.11は、2.4GHz 、5GHz 、6GHz、 60GHzなどの周波数帯を含む、さまざまな無線周波数を使用します。IEEE 802.11の仕様には使用可能なチャネルが記載されていますが、使用可能な無線周波数スペクトルは規制領域によって大きく異なります。
これらのプロトコルは通常、IEEE 802.2と組み合わせてネットワークスタック上で使用され、イーサネットとのシームレスな相互運用性を実現するように設計されており、インターネットプロトコルトラフィックの伝送によく使用されます。IEEE 802.11 は、 IEEE 802.11pを使用した車載通信ネットワークの基盤にもなっています。
802.11ファミリーは、同じ基本プロトコルを使用する一連の半二重無線変調技術で構成されています。802.11プロトコルファミリーは、キャリアセンス多重アクセス/衝突回避（CSMA/CA）を採用しており、機器は各フレームを送信する前に、他のユーザー（802.11以外のユーザーを含む）からの通信をチャネル上で監視します（「パケット」という用語を使用する場合もありますが、これは曖昧な場合があり、「フレーム」の方が技術的には正確です）。
802.11-1997 はこのファミリーで最初の無線ネットワーク規格でしたが、802.11bが最初に広く受け入れられ、その後802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11axが続きました。このファミリーの他の規格 (c～f、h、j) は、既存の規格の現在の範囲を拡張するために使用されるサービス修正であり、これらの修正には以前の仕様の修正も含まれる場合があります。[ 1 ]
802.11bと802.11gは2.4GHz ISM帯域を使用し、米国では連邦通信委員会規則第15条に基づいて運用されています。802.11nもこの2.4GHz帯域を使用できます。この周波数帯域の選択により、802.11b/g/n機器は、電子レンジ、コードレス電話、Bluetooth機器などから2.4GHz帯域で干渉を受けることがあります。802.11bと802.11gは、それぞれ直接拡散スペクトラム（DSSS）方式と直交周波数分割多重（OFDM）方式の信号伝送方式を使用することで、干渉と干渉に対する感受性を制御しています。
802.11a は5 GHz U-NII バンドを使用します。このバンドは、世界の多くの地域で、少なくとも 23 個の重複しない 20 MHz 幅のチャネルを提供します。これは、他の隣接チャネルが重複する 3 つの重複しない 20 MHz 幅のチャネルしか提供しない 2.4 GHz ISM 周波数バンドよりも優れています ( WLAN チャネルのリストを 参照)。環境によっては、より高い周波数 (チャネル) またはより低い周波数 (チャネル) でより良いパフォーマンスまたはより悪いパフォーマンスが実現される場合があります。802.11n および 802.11ax は 2.4 GHz または 5 GHz バンドのいずれかを使用できます 。802.11ac は 5 GHz バンドのみを使用します。
802.11 で使用される無線周波数スペクトルのセグメントは国によって異なります。米国では、FCC 規則および規制のパート 15 で許可されているため、802.11a および 802.11g デバイスは免許なしで運用できます。802.11b および 802.11g のチャネル 1 ～ 6 で使用される周波数は、2.4 GHzアマチュア無線帯域内にあります。免許を持つアマチュア無線家は、 FCC 規則および規制のパート 97の下で 802.11b/g デバイスを運用できます。これにより、出力電力の増加は許可されますが、商用コンテンツや暗号化は許可されません。[ 2 ]
2018年、Wi-Fi Allianceは、一般に使用されている802.11プロトコルに、消費者にとって分かりやすい世代番号付けスキームの使用を開始しました。Wi-Fi第1世代から第8世代は、802.11b、802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11ax、802.11be、802.11bnプロトコルをこの順に使用します。[ 8 ] [ 9 ]
802.11技術は、1985年に米国連邦通信委員会がISMバンド[ 1 ]を免許不要で使用できるようにした裁定に端を発している。[ 10 ]
1991年、NCRコーポレーション／AT&T（現在のノキア・ラボとLSIコーポレーション）は、オランダのニューウェヘインで802.11の前身となる技術を発明しました。当初、発明者たちはこの技術をレジシステムに利用することを意図していました。最初の無線製品はWaveLANという名称で市場に投入され、データ転送速度は1 Mbit/sと2 Mbit/sでした。
10年間IEEE 802.11の議長を務め、「Wi-Fiの父」と呼ばれたヴィック・ヘイズは、 IEEE内で最初の802.11bおよび802.11a規格の設計に関わっていた。[ 11 ]彼はベル研究所のエンジニア、ブルース・タッチとともに、IEEEに標準規格の作成を持ちかけた。[ 12 ]
1999年、Wi-Fi Allianceは、ほとんどの製品が販売されているWi-Fi商標を保持するための業界団体として設立されました。[ 13 ]
大きな商業的ブレークスルーは、 1999年にAppleがiBookシリーズのノートパソコンにWi-Fiを採用したことで実現した。これは、Wi-Fiネットワーク接続を提供する最初の一般消費者向け製品であり、AppleはこれをAirPortと名付けた。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] 1年後の2000年には、IBMがThinkPad 1300シリーズでこれに続いた。[ 17 ]
IEEE 802.11規格のオリジナル版は1997年にリリースされ、1999年に改訂されましたが、現在は廃止されています。この規格では、1メガビット/秒または2メガビット/秒の2つの正味ビットレートと、前方誤り訂正符号が規定されていました。また、3つの代替物理層技術が規定されていました。1 Mbit/sで動作する拡散赤外線、1 Mbit / sまたは2 Mbit/sで動作する周波数ホッピングスペクトラム拡散、および1 Mbit/sまたは2 Mbit/sで動作する直接拡散スペクトラム拡散です。後者の2つの無線技術は、2.4 GHzの産業科学医療用周波数帯域でマイクロ波伝送を使用していました。初期のWLAN技術の中には、米国の900 MHz ISM帯域など、より低い周波数を使用していたものもありました。
直接拡散スペクトラム方式を採用した従来の802.11は、802.11bによって急速に取って代わられ、普及した。
1999年に発行された802.11aは、元の規格と同じデータリンク層プロトコルとフレームフォーマットを使用していますが、OFDMベースの無線インターフェース（物理層）が追加されています。
これは5GHz帯で動作し、 最大ネットデータレートは54Mbit/s 、さらに誤り訂正符号により、現実的に達成可能なネットスループットは20Mbit/s台半ばになります。[ 38 ]これは世界中で広く実装されており、特に企業のワークスペースで使用されています。
2.4 GHz 帯域は混雑するほど酷使されているため、比較的使用されていない 5 GHz 帯域を使用することで、802.11aa は大きな利点を得ます。しかし、この高い搬送周波数には欠点もあります。802.11a の実効的な全体的な範囲は、802.11b/g よりも狭くなります。理論的には、802.11a 信号は波長が短いため、経路上の壁やその他の固体物体により吸収されやすく、その結果、802.11b の信号ほど遠くまで届きません。実際には、802.11b は通常、低速でより広い範囲を持ちます (802.11b は、信号強度が低い場合、速度を5.5 Mbit/sまたは1 Mbit/sにまで低下させます)。802.11a も干渉を受けますが、[ 39 ]局所的には干渉する信号が少ないため、干渉が少なく、スループットが向上します。
802.11b規格は、最大11 Mbit/s （メガビット/秒）のデータ転送速度を持ち、元の規格で定義されているものと同じメディアアクセス方式を採用しています。802.11bは元の規格で定義されている変調方式を直接拡張したものであるため、802.11b対応製品は2000年代初頭に市場に登場しました。802.11bは（元の規格と比較して）スループットが劇的に向上し、同時に価格も大幅に下がったため、無線LAN技術の決定版として急速に普及しました。
802.11bを使用する機器は、2.4GHz 帯で動作する他の製品からの干渉を受けます。2.4GHz帯で動作する機器には、電子レンジ、Bluetooth機器、ベビーモニター、コードレス電話、および一部のアマチュア無線機器などがあります。これらの機器は、 ISM帯 における免許不要の意図的放射器であるため、アマチュア無線など、この帯の一次または二次割り当て（使用者）からの干渉を許容し、干渉を起こさないようにする必要があります。
IEEE 802.11be-2024 改正は、2024 年 9 月 26 日に IEEE SA 標準委員会によって承認され、2025 年 7 月 22 日に公開されました。[ 40 ]これは MAC 層と PHY 層の両方を変更し、1〜7.250 GHz で 30 Gbit/s MAC-SAP スループットを持つ少なくとも 1 つの動作モードをターゲットにしながら、2.4、5、6 GHz 帯域の従来の 802.11 デバイスとの共存を維持します。[ 40 ]
2003 年 6 月に、3 つ目の変調規格である 802.11g が承認されました。これは 2.4 GHz 帯域で動作します (802.11b と同様) が、802.11a と同じOFDMベースの伝送方式を使用します。前方誤り訂正符号を除く最大物理層ビットレートは54 Mbit/s 、平均スループットは約22 Mbit/sです。[ 41 ] 802.11g ハードウェアは 802.11b ハードウェアと完全に下位互換性があるため、802.11a と比較するとスループットが約 21% 低下するレガシー問題に悩まされています。[ 42 ]
当時提案されていた 802.11g 規格は、データレートの向上と製造コストの削減への要望から、承認されるずっと前の 2003 年 1 月より急速に市場に採用されました。[ 43 ] 2003 年夏までに、ほとんどのデュアルバンド 802.11a/b 製品は、単一のモバイルアダプタ カードまたはアクセス ポイントで a と b/g をサポートするデュアルバンド/トライ モードになりました。b と g をうまく連携させるための詳細は、長引く技術プロセスの大部分を占めていました。しかし、802.11g ネットワークでは、802.11b 参加者の活動により、802.11g ネットワーク全体のデータレートが低下します。
802.11bと同様に、802.11gデバイスも 、例えばワイヤレスキーボードなど、2.4GHz帯で動作する他の製品からの干渉を受けます。
2003年、タスクグループTGmaは、1999年版802.11規格の多くの修正を「統合」することを承認されました。REVmaまたは802.11maと呼ばれるこの文書は、8つの修正（802.11a、b、d、e、g、h、i、j）を基本規格に統合した単一の文書を作成しました。2007年3月8日に承認されると、802.11REVmaは当時の基本規格IEEE 802.11-2007に改名されました。[ 44 ]
802.11n は、以前の 802.11 規格を改良した修正版です。最初の認証ドラフトは 2006 年に公開されました。802.11n 規格は、Wi-Fi Alliance によって遡及的にWi-Fi 4とラベル付けされました。 [ 45 ] [ 46 ]この規格では、MIMO ( Multiple-Input Multiple-Output ) アンテナのサポートが追加されました。802.11n は 2.4 GHz 帯と 5 GHz 帯の両方で動作します。5 GHz 帯のサポートは オプションです。その実効データレートは54 Mbit/sから600 Mbit/sの範囲です。IEEE はこの修正版を承認し、2009 年 10 月に公開しました。[ 47 ] [ 48 ]
最終承認に先立ち、企業はWi-Fi Allianceが2007年の802.11n提案草案に準拠した製品を認証したことを受け、既に802.11nネットワークへの移行を進めていた。初期のIntel製WiFiカードは最終規格と互換性がなく、多くの競合製品であるアクセスポイントやカードも5GHz 帯を全くサポートしていなかった。
2007 年 5 月、タスク グループ TGmb は、802.11 規格の 2007 年版に対する多くの修正を「まとめる」権限を与えられました。[ 49 ] REVmb または 802.11mb と呼ばれるこの文書は、10 の修正 ( 802.11k、r、y、n、w、p、z、v、u、s ) を 2007 年の基本規格に統合した単一の文書を作成しました。さらに、多くの条項の順序変更を含む、多くの整理が行われました。[ 50 ] 2012 年 3 月 29 日に公開された新しい規格は、 IEEE 802.11-2012と呼ばれています。
IEEE 802.11ac-2013 は、2013 年 12 月に公開された IEEE 802.11 の修正版で、802.11n をベースにしています。[ 51 ] 802.11ac 規格は、Wi-Fi Alliance によって遡及的にWi-Fi 5とラベル付けされました。 [ 45 ] [ 46 ] 802.11n と比較した変更点には、 5 GHz 帯域のチャネル幅の拡大 (40 MHz に対して80 または 160 MHz) 、空間ストリーム数の増加 (4 に対して最大 8 )、高次変調 (64 - QAMに対して最大 256-QAM)、およびマルチユーザー MIMO (MU-MIMO)の追加が含まれます。Wi-Fi Alliance は、ac 無線製品の導入を「Wave 1」と「Wave 2」という 2 つのフェーズ (「波」) に分けています。[ 52 ] [ 53 ] 2013 年半ばから、アライアンスは、IEEE 802.11ac ドラフト 3.0 に基づいて、メーカーから出荷される Wave 1 802.11ac 製品の認証を開始しました (IEEE 規格は同年後半まで最終決定されませんでした)。[ 54 ] 2016 年に Wi-Fi Alliance は Wave 2 認証を導入し、Wave 1 製品よりも高い帯域幅と容量を提供します。Wave 2 製品には、MU-MIMO、160 MHz チャネル幅のサポート、より多くの 5 GHz チャネルのサポート、4 つの空間ストリーム (アンテナ 4 つ、Wave 1 および 802.11n では 3 つ、IEEE の 802.11ax 仕様では 8 つ) などの追加機能が含まれています。[ 55 ] [ 56 ]
IEEE 802.11ad は、802.11 ネットワークが 60 GHzミリ波スペクトルで動作するための新しい物理層を定義する修正規格です。この周波数帯は、Wi-Fi ネットワークが動作する2.4 GHz 帯および 5 GHz 帯とは伝搬特性が大きく異なります。802.11ad 規格を実装した製品はWiGigブランド名で販売されており、Wi-Fi Alliance が認証プログラムを開発しています。[ 57 ] 802.11ad のピーク伝送速度は7 Gbit/sです。[ 58 ]
WiGig規格は2009年に発表され、IEEE 802.11adは2012年12月に承認・公開された。
IEEE 802.11adは、非常に高速なデータレート（約8 Gbit/s）と短距離通信（約1～10メートル）に使用されます。[ 59 ]
TP-Linkは2016年1月に世界初の802.11adルーターを発表した。[ 60 ]
IEEE 802.11af は、「White-Fi」や「 Super Wi-Fi 」とも呼ばれ、[ 61 ] 2014 年 2 月に承認された改正で、54 ～ 790 MHz のVHFおよびUHFバンドのTVホワイトスペース スペクトルで WLAN の動作を許可します。[ 62 ] [ 63 ]未使用の TV チャネルで送信するために認知無線技術を使用し、標準ではアナログ TV、デジタル TV、ワイヤレス マイクなどのプライマリ ユーザーへの干渉を制限する措置を講じています。[ 63 ]アクセス ポイントとステーションは、 GPSなどの衛星測位システムを使用して位置を特定し、インターネットを使用して地域の規制機関が提供する地理位置情報データベース (GDB)に問い合わせて、特定の時間と位置で使用可能な周波数チャネルを検出します。[ 63 ]物理層は OFDM を使用し、802.11ac に基づいています。[ 64 ]伝搬経路損失やレンガやコンクリートなどの材料による減衰は、2.4 GHz 帯や 5 GHz 帯よりも UHF 帯や VHF 帯の方が小さいため、可能な範囲が広がります。[ 63 ]周波数チャネルの幅は、規制領域に応じて 6 ～ 8 MHz です。[ 63 ]最大 4 つのチャネルを、1 つまたは 2 つの連続したブロックに結合できます。[ 63 ] MIMO 動作は、空間時間ブロックコード(STBC) またはマルチユーザー (MU) 動作のいずれかに使用される最大 4 つのストリームで可能です。 [ 63 ]空間ストリームあたりの達成可能なデータレートは、6 MHz および 7 MHz チャネルで26.7 Mbit/s、8 MHz チャネルで35.6 Mbit/sです。[ 36 ] 4 つの空間ストリームと 4 つの結合チャネルを使用すると、最大データレートは6 MHz および 7 MHz チャネルで426.7 Mbit/s 、 8 MHz チャネルで568.9 Mbit/sになります。[ 36 ]
IEEE 802.11 REVmc として知られていた IEEE 802.11-2016 [ 65 ]は、IEEE 802.11-2012 に基づく改訂版で、5 つの修正 ( 11ae、11aa、11ad、11ac、11af ) が組み込まれています。さらに、既存の MAC および PHY 機能が強化され、廃止された機能は削除または削除予定となっています。一部の条項と付属書は番号が振り直されています。[ 66 ]
2017年に発行されたIEEE 802.11ah [ 67 ]は、 1 GHz未満の免許不要帯域で動作するWLANシステムを定義しています。低周波数スペクトルの良好な伝搬特性により、802.11ahは、2.4 GHzおよび5 GHz帯域で動作する従来の802.11 WLANと比較して、伝送範囲を改善できます。802.11ahは、大規模センサーネットワーク[ 68 ] 、拡張範囲ホットスポット、セルラーWANキャリアトラフィックオフロード用の屋外Wi-Fiなど、さまざまな用途に使用できますが、利用可能な帯域幅は比較的狭くなっています。このプロトコルは、はるかに広い範囲で、低消費電力Bluetoothと同等の消費電力を目指しています。 [ 69 ]
IEEE 802.11ai は、802.11 規格の修正版であり、より高速な初期リンク設定時間のための新しいメカニズムが追加されています。[ 70 ]
IEEE 802.11ajは、世界の一部の地域 (特に中国) で利用可能な45 GHz の非免許帯域で使用するための 802.11ad の派生規格であり、60 GHz 帯域で使用するための追加機能も提供します。[ 70 ]
中国ミリ波（CMMW）とも呼ばれる。[ 71 ]
IEEE 802.11aq は、802.11 規格の修正版であり、サービスの事前関連付け検出を可能にします。これは、デバイス検出を可能にした 802.11u のメカニズムの一部を拡張し、デバイス上で実行されているサービスやネットワークによって提供されるサービスをさらに検出します。[ 70 ]
IEEE 802.11 REVmd として知られていた IEEE 802.11-2020 [ 72 ]は、5 つの修正 ( 11ai、11ah、11aj、11ak、11aq )を取り入れた IEEE 802.11-2016 に基づく改訂版です。さらに、既存の MAC および PHY 機能が強化され、廃止された機能は削除または削除予定となっています。いくつかの条項と付属書が追加されています。[ 73 ]
IEEE 802.11ax は 802.11ac の後継であり、Wi-Fi AllianceによってWi-Fi 6 (2.4 GHz および 5 GHz) [ 74 ]およびWi-Fi 6E (6 GHz) [ 75 ]として販売されています。高密度環境におけるWi-Fi 6クライアントの全体的な改善のため、高効率Wi-Fiとしても知られています。[ 76 ]個々のクライアントの場合、前身 (802.11ac) に対するデータ レート ( PHY速度)の最大改善はわずか 39% [ b ]です (比較のために、前身ではこの改善は 500% 近くでした[ c ] [ i ] )。 [ d ]しかし、この比較的小さな 39% という数値でも、目標は802.11ac の4 倍のスループットをエリアあたりで提供すること (そのため高効率) でした。[ e ]この目標の背景にある動機は、企業オフィス、ショッピングモール、高密度住宅アパートなどの高密度環境におけるWLANの展開でした。 [ 76 ]これは、 OFDMAと呼ばれる技術によって実現されます。OFDMAは基本的に周波数領域での多重化（ 802.11acのような空間多重化とは対照的）です。これは、 Wi-Fiに適用されたセルラー技術に相当します。[ 76 ] : qt
IEEE 802.11ax - 2021 規格は 2021 年 2 月 9 日に承認されました。[ 79 ] [ 80 ]
IEEE 802.11ay は、EDMG: Enhanced Directional MultiGigabit PHY とも呼ばれる開発中の規格です。これは、802.11 ネットワークが 60 GHzミリ波スペクトルで動作するための新しい物理層を定義する修正規格です。これは、スループット、範囲、およびユースケースの拡張を目的とした既存の 11ad の拡張となります。主なユースケースには、大気中の酸素吸収と壁を透過できないことによる屋内動作と短距離通信が含まれます。802.11ay のピーク伝送速度は40 Gbit/sです。[ 81 ]主な拡張機能には、チャネルボンディング (2、3、4)、MIMO (最大 4 ストリーム)、およびより高い変調方式が含まれます。予想される範囲は 300 ～ 500 m です。[ 82 ]
IEEE 802.11ba Wake-up Radio (WUR) Operation は、遅延を増加させることなくデータ受信のエネルギー効率の高い動作を可能にする IEEE 802.11 規格の修正です。[ 83 ] WUR パケットを受信する際の目標アクティブ電力消費量は 1 ミリワット未満で、62.5 kbit/sおよび250 kbit/sのデータレートをサポートします。WUR PHY は、MC-OOK (マルチキャリアOOK ) を使用して極めて低い電力消費量を実現しています。[ 84 ]
IEEE 802.11bbは、赤外線を使用して通信を行うIEEE 802.11プロトコルセットのネットワークプロトコル規格です。[ 85 ]
IEEE 802.11be 超高速スループット (EHT) は、IEEE 802.11 規格の次の改訂版であり、[ 86 ] Wi-Fi 7と指定されています。[ 87 ] [ 88 ]これは 802.11ax をベースにしており、2.4 GHz、5 GHz、6 GHz 周波数帯での静止時および歩行時の速度での WLAN 屋内および屋外動作に重点を置いています。
802.11のすべての規格において、達成可能な最大スループットは、理想的な条件下での測定値、またはレイヤ2データレートに基づいて示されています。しかし、これは、データが2つのエンドポイント間で転送される一般的な展開には当てはまりません。通常、少なくとも一方のエンドポイントは有線インフラストラクチャに接続され、もう一方のエンドポイントは無線リンクを介してインフラストラクチャに接続されます。
これは、通常、データフレームが 802.11 (WLAN) メディアを通過し、802.3 (イーサネット) に変換されるか、またはその逆が行われることを意味します。これら 2 つのメディアのフレーム (ヘッダー) の長さの違いにより、アプリケーションのパケット サイズがデータ転送速度を決定します。つまり、小さなパケットを使用するアプリケーション (VoIP など) は、オーバーヘッド トラフィックが高い (つまり、グッド プットが低い) データ フローを作成します。アプリケーション全体のデータ レートに寄与するその他の要因は、アプリケーションがパケットを送信する速度 (つまり、データ レート) と、もちろん、無線信号を受信するエネルギーです。後者は、距離と通信デバイスの構成出力電力によって決まります。[ 89 ] [ 90 ]
添付のUDPスループット測定値を示すグラフにも、同様の参照情報が適用されます。各グラフは、25回の測定値の平均（UDP）スループットを表しています（誤差範囲はありますが、変動が小さいためほとんど見えません）。各グラフは、特定のパケットサイズ（小または大）と特定のデータレート（10 kbit/s～100 Mbit/s）で測定されています。一般的なアプリケーションのトラフィックプロファイルを示すマーカーも含まれています。これらの数値はパケットエラーがないことを前提としており、パケットエラーが発生すると伝送速度はさらに低下します。
802.11b、802.11g、および802.11n-2.4は、 ISMバンドの1つである2.400～2.500GHzのスペクトルを使用します。802.11a、802.11n、および802.11acは、より規制の厳しい4.915～5.825GHzのバンドを使用します。これらは、ほとんどの販売資料で一般的に「2.4GHzおよび5GHzバンド」と呼ばれています。各スペクトルは、ラジオやテレビの放送バンドの分割方法と同様に、中心周波数と帯域幅を持つチャネルに分割されます。
2.4GHz帯は、 2.412GHzを中心とするチャンネル1から始まり、5MHz 間隔で14のチャンネルに分割されています。後者のチャンネルには追加の制限があったり、一部の規制領域では使用できません。
5.725～5.875GHz帯の周波数帯域におけるチャネル番号は、国によって規制が異なるため、直感的に理解しにくい場合があります。これらの詳細については、WLANチャネル一覧で説明しています。
802.11規格では、チャネル中心周波数を指定するだけでなく、（第17項で）各チャネルにおける許容電力分布を定義するスペクトルマスクも規定している。このマスクでは、中心周波数から±11MHz （チャネル幅が実質的に22MHzとなる点）において、信号のピーク振幅から最低20dB減衰させる必要がある。その結果、ステーションは重複なく4つまたは5つおきのチャネルしか使用できないことになる。
チャネルの利用可能性は国によって規制されており、各国がさまざまなサービスに無線スペクトルをどのように割り当てるかによって部分的に制限されています。極端な例として、日本は802.11bで14チャネルすべて、802.11g/n-2.4で1 ～13チャネルの使用を許可しています。スペインなどの他の国では、当初はチャネル10と11のみが許可され、フランスでは10、11、12、13のみが許可されていましたが、現在ヨーロッパではチャネル1～13が許可されています。[ 91 ] [ 92 ]北米と一部の中南米諸国では、1～11のみが許可されています。
スペクトルマスクは、 中心周波数から±11MHzまでの電力出力制限を-50dBrまでしか規定していないため 、チャネルのエネルギーはこの制限を超えないと想定されることが多い。しかし、チャネル間の距離を考慮すると、どのチャネルでも重なり合う信号は、他のチャネルの送信機に干渉しないように十分に減衰されるべきであると言う方がより正確である。近距離・遠距離問題により、送信機は「重なり合わない」チャネルの受信機に影響を与える（感度を低下させる）可能性があるが、それは送信機が被害を受ける受信機に近い（1メートル以内）か、許容電力レベルを超えて動作している場合に限られる。逆に、重なり合うチャネル上の十分に離れた送信機は、ほとんど、あるいは全く影響を与えない。
送信デバイス間で必要なチャネル分離の程度について、しばしば混乱が生じます。802.11bは直接拡散スペクトラム（DSSS）変調に基づいており、22 MHzのチャネル帯域幅を使用していたため、3つの「重複しない」チャネル（1、6、11）が存在しました。802.11gはOFDM変調に基づいており、20 MHzのチャネル帯域幅を使用していました。このため、802.11gでは4つの 「重複しない」チャネル（1、5、9、13）が存在すると誤解されることがありますが、これは誤りです。IEEE Std 802.11（2012）の17.4.6.3「動作チャネルのチャネル番号付け」には、「マルチセルネットワークトポロジーでは、異なるチャネルを使用する重複セルおよび/または隣接セルは、中心周波数間の距離が少なくとも25 MHzであれば、干渉なく同時に動作できる」と記載されています。[ 93 ] およびセクション18.3.9.3、図18-13。
これは、チャネルの技術的な重複が重複チャネルの使用を推奨しないことを意味するものではありません。チャネル 1、5、9、13 を使用する構成 (ヨーロッパでは許可されていますが、北米では許可されていません) で見られるチャネル間干渉の量は、チャネルが 1 つ増えた 3 チャネル構成とほとんど変わりません。[ 94 ] [ 95 ]
しかし、間隔が狭いチャネル（北米では1、4、7、11など）間の重複は、特にユーザーがAPセルの境界付近で送信する場合、信号品質とスループットの許容できない劣化を引き起こす可能性があります。[ 96 ]
IEEE では、法的規制領域を指すのにregdomainという用語を使用しています。各国は、許容される送信電力のレベル、チャネルを占有できる時間、および利用可能なチャネルをそれぞれ定義しています。 [ 97 ]ドメインコードは、米国、カナダ、ETSI (ヨーロッパ)、スペイン、フランス、日本、および中国向けに指定されています。
ほとんどのWi-Fi認証デバイスは、デフォルトでregdomain 0に設定されています。これは、最小公倍数の設定を意味し、つまり、デバイスはどの国においても許可されている電力を超える電力で送信したり、どの国においても許可されていない周波数を使用したりすることはありません。
regdomainの設定は、エンドユーザーが米国連邦通信委員会などの地域の規制機関と衝突しないように、変更が困難または不可能にされていることがよくあります。
データグラムはフレームと呼ばれます。現在の802.11規格では、データの送信だけでなく、無線リンクの管理と制御にも使用されるフレームの種類が規定されています。
フレームは非常に具体的で標準化されたセクションに分割されています。各フレームは、MACヘッダー、ペイロード、およびフレームチェックシーケンス（FCS）で構成されます。ペイロードを持たないフレームもあります。
MACヘッダーの最初の2バイトは、フレームの形式と機能を指定するフレーム制御フィールドを構成します。このフレーム制御フィールドは、以下のサブフィールドに細分化されます。
次の2バイトは、期間IDフィールド用に予約されています。このフィールドは、送信にかかる時間を示し、他のデバイスがチャネルが再び利用可能になるタイミングを把握できるようにします。このフィールドは、期間、競合フリー期間（CFP）、および関連付けID（AID）の3つの形式のいずれかをとります。
802.11フレームには最大4つのアドレスフィールドを含めることができます。各フィールドにはMACアドレスを格納できます。アドレス1は受信側、アドレス2は送信側、アドレス3は受信側によるフィルタリングに使用されます。アドレス4は、拡張サービスセット内のアクセスポイント間、またはメッシュネットワーク内の中間ノード間で送信されるデータフレームにのみ存在します。
ヘッダーの残りのフィールドは次のとおりです。
ペイロードまたはフレーム本体フィールドのサイズは可変で、0～2304バイト（セキュリティカプセル化によるオーバーヘッドを含む）の範囲であり、上位レイヤーからの情報が含まれています。
フレームチェックシーケンス（FCS）は、標準の802.11フレームの最後の4バイトです。巡回冗長検査（CRC）とも呼ばれ、取得したフレームの完全性チェックを可能にします。フレームが送信される直前に、FCSが計算されて追加されます。ステーションがフレームを受信すると、そのフレームのFCSを計算して、受信したフレームと比較することができます。両者が一致すれば、フレームは送信中に歪んでいないとみなされます。[ 100 ]
管理フレームは必ずしも認証されるわけではなく、通信の維持または停止を可能にします。一般的な802.11サブタイプには以下のようなものがあります。
管理フレームの本体は、フレームのサブタイプに依存する固定フィールドと、それに続く一連の情報要素（IE）で構成されます。
IEの一般的な構造は以下のとおりです。
制御フレームは、ステーション間でのデータフレームの交換を容易にします。一般的な802.11制御フレームには、以下のようなものがあります。
データフレームは、ウェブページやファイルなどからのパケットを本体内に保持します。[ 101 ]
ほとんどの PHY では、ボディはIEEE 802.2ヘッダーで始まり、宛先サービス アクセス ポイント(DSAP) がプロトコルを指定します。DSAPが 16 進数の AA の場合は、サブネットワーク アクセス プロトコル(SNAP) ヘッダーが続き、組織固有識別子(OUI) とプロトコル ID (PID) フィールドがプロトコルを指定します。OUI がすべてゼロの場合は、プロトコル ID フィールドはEtherType値になります。[ 102 ]ほぼすべての 802.11 データ フレームは 802.2 および SNAP ヘッダーを使用し、ほとんどが OUI 00:00:00 と EtherType 値を使用します。
5.9 GHz PHY ( 802.11p ) の場合、ボディはEtherTypeフィールドで始まり、802.2 ヘッダーはありません。[ 73 ] : 2437
インターネット上のTCP 輻輳制御と同様に、802.11 の動作にはフレーム損失が組み込まれています。適切な伝送速度または変調符号化方式を選択するために、レート制御アルゴリズムはさまざまな速度をテストする場合があります。アクセス ポイントの実際のパケット損失率は、さまざまなリンク条件によって大きく異なります。本番環境のアクセス ポイントで発生する損失率は 10% から 80% の間で変動し、30% が一般的な平均値です。[ 103 ]リンク層がこれらの失われたフレームを回復する必要があることに注意することが重要です。送信側が確認応答 (ACK) フレームを受信しない場合、フレームは再送信されます。
IEEE 802.11ワーキンググループ内には、[ 62 ]以下のIEEE標準協会規格および修正が存在する。
802.11Fと802.11Tは規格ではなく推奨事項であり、そのように大文字で表記されます。
802.11mは標準メンテナンスに使用されます。802.11maは802.11-2007、802.11mbは802.11-2012、802.11mcは802.11-2016、802.11mdは802.11-2020、802.11meは802.11-2024向けにそれぞれ策定されました。
IEEE規格のさまざまなバージョンを指す場合、「標準」と「修正」の両方の用語が使用されます。[ 106 ]
IEEE標準協会によれば、現行の標準は1つだけであり、IEEE 802.11に発行日を付記した形式で表されます。IEEE 802.11-2024は現在発行されている唯一のバージョンであり、以前のバージョンに取って代わるものです。標準は修正によって更新されます。修正はタスクグループ（TG）によって作成されます。タスクグループとその完成文書は、802.11に小文字のアルファベット1文字または2文字を付記した形式で表されます（例：IEEE 802.11a、IEEE 802.11ax）。802.11の更新はタスクグループmの責任です。新しいバージョンを作成するために、TGmは標準の以前のバージョンと発行されたすべての修正を組み合わせます。TGmはまた、発行された文書について業界に説明と解釈を提供します。IEEE 802.11の新しいバージョンは、1999 年、2007 年、2012 年、2016 年、2020 年、および 2024 年に発行されました。[ 107 ] [ 108 ]
802.11規格では、無線LANの動作に関する様々な側面を規定するために、多くの用語が用いられており、読者によっては馴染みのない用語もあるかもしれません。
例えば、時間単位（通常はTUと略される）は、1024マイクロ秒に等しい時間の単位を示すために使用されます。多くの時定数は、（ほぼ等しいミリ秒ではなく）TUを基準として定義されています。
また、 「ポータル」という用語は、 802.1Hブリッジに類似したエンティティを説明するために使用されます。ポータルは、802.11規格に準拠していないLAN STAがWLANにアクセスできるようにします。
2001年、カリフォルニア大学バークレー校の研究グループが、オリジナルの標準で定義されている802.11 Wired Equivalent Privacy (WEP) セキュリティ メカニズムの脆弱性を記述した論文を発表しました。その後、 Fluhrer、Mantin、およびShamirによる「 RC4の鍵スケジューリング アルゴリズムの脆弱性」というタイトルの論文が発表されました。それから間もなく、Adam StubblefieldとAT&Tが、この攻撃の最初の検証を公表しました。この攻撃では、通信を傍受し、無線ネットワークへの不正アクセスを取得することができました。[ 109 ]
IEEE は、代替セキュリティ ソリューションである 802.11i を作成するために専用のタスク グループを設置しました (以前は、この作業はMAC レイヤーを強化するためのより広範な 802.11e の取り組みの一部として処理されていました)。Wi-Fi Alliance は、当時の IEEE 802.11i ドラフトのサブセットに基づくWi-Fi Protected Access (WPA) と呼ばれる暫定仕様を発表しました。これらは 2003 年半ばから製品に登場し始めました。IEEE 802.11i (WPA2 とも呼ばれる) 自体は 2004 年 6 月に承認され、 WEP で使用されていたRC4の代わりにAdvanced Encryption Standard (AES)を使用しています。家庭/消費者向けの最新の推奨暗号化は WPA2 (AES 事前共有キー) であり、企業向けは WPA2 とRADIUS認証サーバー (または別のタイプの認証サーバー)、およびEAP-TLSなどの強力な認証方式です。
2005年1月、IEEEは、これまで保護されずに送信されていた管理フレームとブロードキャストフレームを保護するために、別のタスクグループ「w」を設立しました。その標準は2009年に公開されました。[ 110 ]
2011年12月、オプションのWi-Fi Protected Setup （WPS）機能の特定の実装を持つ一部の無線ルーターに影響を与えるセキュリティ上の欠陥が明らかになった。WPSは802.11の一部ではないが、この欠陥により、無線ルーターの範囲内にいる攻撃者は、数時間でWPS PINとそれを使ってルーターの802.11iパスワードを復元できる。[ 111 ] [ 112 ]
2014年後半、Appleは、 iOS 8モバイルオペレーティングシステムが、固有の識別可能なプローブ要求の定期的な送信によって可能になる小売店の来店者追跡を 阻止するために、関連付け前の段階でMACアドレスをスクランブルすると発表した。 [ 113 ] Android 8.0「Oreo」では、「MACランダム化」と呼ばれる同様の機能が導入された。[ 114 ]
Wi-Fiユーザーは、盗聴、パスワード攻撃、または通常より高価な別のアクセスポイントの使用を強制するためのWi-Fi認証解除攻撃の標的となる可能性があります。
この修正では、IEEE 802.11物理層 (PHY) とIEEE 802.11メディアアクセス制御層 (MAC) の両方に対する標準化された変更を定義し、ステーションごとの電力効率を維持または向上させながら、少なくとも毎秒20ギガビット以上の最大スループット (MACデータサービスアクセスポイントで測定) をサポートできる少なくとも1つの動作モードを可能にします。
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