IEEE802.11n（Wi-Fi 4）とは
IEEE802.11n は2009年に策定された無線LAN規格で、最大600Mbpsの理論速度を実現しました。実効速度としても100Mbpsを超える性能を持ち、従来の802.11a/gに比べて大幅に高速化されています。
特徴的なのは、2.4GHz帯と5GHz帯の両方を利用可能 な点です。利用環境に応じて帯域を選べるため、混雑の少ない5GHz帯を利用するのが推奨されます。また、暗号化方式にはAESを使用する必要があります。
| 項目 | IEEE802.11n |
|---|---|
| 周波数帯域 | 2.4GHz / 5GHz |
| 最大伝送速度 | 600Mbps（40MHz幅・4ストリーム時） |
| 同時使用チャネル数 | 2（2.4GHz）/ 9（5GHz） |
| 利用可能チャネル数 | 13（2.4GHz）/ 19（5GHz） |
| 無線アクセス方式 | OFDM |
| 策定時期 | 2009年 |
| 互換性 | 802.11bと互換あり |
IEEE802.11n – チャネルボンディング
従来の802.11a/gではチャネル幅が20MHzでしたが、802.11nでは 隣接する2チャネルを束ねて40MHz幅で利用（チャネルボンディング） することができます。これにより通信速度は単純に2倍に拡張されます。
ただし、2.4GHz帯でのチャネルボンディングは干渉のリスクが高く、むしろ通信品質が低下する場合があります。そのため企業ネットワークでは 5GHz帯での利用 が推奨されます。実際、Cisco製品では2.4GHzでの40MHz利用はサポートされていません。
設計上の推奨は以下の通りです。
- 11n対応クライアント → 5GHz帯を利用
- 11n非対応クライアント → 2.4GHz帯を利用
これにより混在環境でもパフォーマンスを最適化できます。
IEEE802.11n – MIMO
IEEE802.11nのもう一つの高速化技術が MIMO（Multiple Input Multiple Output） です。これは複数のアンテナを用いてデータを並列に送受信する技術で、ストリーム数に応じて速度が向上します。
例：送信側と受信側がそれぞれ2本のアンテナを持つ「2×2 MIMO」では、データを2つに分割して同時に送信し、受信側で再構成します。これにより2ストリームの通信が可能になり、速度が倍増します。
IEEE802.11n – 理論上の最大速度
IEEE802.11nではアンテナの本数（ストリーム数）とチャネル幅によって最大速度が変わります。
| ストリーム数 | 20MHz | 40MHz |
|---|---|---|
| 1ストリーム（1×1） | 72.2Mbps | 150Mbps |
| 2ストリーム（2×2） | 144.4Mbps | 300Mbps |
| 3ストリーム（3×3） | 216.7Mbps | 450Mbps |
| 4ストリーム（4×4） | 288.9Mbps | 600Mbps |
実際にはアンテナ4本を搭載したAPは少なく、300Mbpsクラス（2×2 MIMO + 40MHz）が一般的でした。
また、1ストリームかつ20MHz利用でも72.2Mbpsを実現できます。これはMIMO以外の高速化技術（フレーム送信間隔の短縮など）によるものです。
IEEE802.11n – 高速化のためのポイント
IEEE802.11nの性能を最大限に発揮するためには、以下の条件を満たすことが推奨されます。
- 暗号化方式にAESを使用する
- 802.11n非対応端末をネットワークに混在させない
- 5GHz帯を利用し、チャネルボンディングを活用する
- 混在環境では、11n対応端末は5GHz帯、非対応端末は2.4GHz帯を使うようSSIDを設計する
IEEE802.11acとは
IEEE802.11ac は2013年に策定された無線LAN規格で、最大6.93Gbpsという超高速通信を実現しました。第5世代のWi-Fi規格に位置付けられ、従来の802.11nを拡張する形で性能が向上しています。
802.11acの特徴は、利用帯域の拡張（最大160MHz）、変調方式の高効率化（256QAM）、MIMOの拡張（最大8ストリーム）、そして新機能のMU-MIMOにあります。これにより、同じ範囲のカバレッジを持ちながら、より多くのデータを同時に処理できるようになっています。
| 項目 | IEEE802.11ac |
|---|---|
| 周波数帯域 | 5GHz帯のみ |
| 最大伝送速度 | 6.93Gbps（160MHz幅・8ストリーム・256QAM時） |
| 無線アクセス方式 | OFDM |
| 変調方式 | 256QAM |
| 空間多重数 | 最大8×8 |
| 周波数帯域幅 | 最大160MHz（必須は80MHz） |
| 新機能 | MU-MIMO（マルチユーザMIMO） |
| 策定時期 | 2013年 |
IEEE802.11ac – チャネルボンディングの拡張
従来規格の802.11a/b/gでは1チャネル20MHz、802.11nでは40MHzまで利用できました。802.11acではさらに拡張され、最大160MHz幅（8チャネル分）を利用できます。これによりデータ伝送速度は飛躍的に向上します。
802.11acの必須規定は80MHzで、最大は160MHzまで利用可能です。
IEEE802.11ac – MIMOの拡張
MIMO（Multiple Input Multiple Output） は、複数のアンテナでデータを同時に送受信する技術です。802.11nでは最大4×4 MIMO（送受信それぞれ4本）でしたが、802.11acでは最大8×8 MIMOに対応しました。
アンテナの本数が多いほどストリーム数も増加し、並列で送れるデータ量が増えるため、速度が向上します。
IEEE802.11ac – 変調方式の効率化
無線LANではデジタル信号を電波に変換するための方式を「変調方式」と呼びます。変調の効率が高いほど、1回の変調で多くのデータを送れるようになります。
802.11nでは64QAM（1シンボルで6ビット）、802.11acでは256QAM（1シンボルで8ビット）を採用しており、より効率的にデータを伝送できます。
IEEE802.11nとの比較
| 機能 | IEEE802.11n | IEEE802.11ac |
|---|---|---|
| チャネルボンディング | 最大40MHz | 最大160MHz |
| MIMO | 4×4 | 8×8 |
| 変調方式 | 64QAM | 256QAM |
IEEE802.11ac – 新機能 MU-MIMO
従来の無線LANでは、APとクライアントはある瞬間に1対1でしか通信できませんでした。802.11acで導入されたMU-MIMO（Multi-User MIMO） によって、最大4台のクライアントと同時に通信できるようになりました。
これにより、無線LANでもスイッチングハブのように複数端末へ効率的にデータを分配でき、特に多数のクライアントが接続する企業ネットワークや家庭環境での性能向上が期待できます。
IEEE802.11axとは
IEEE802.11axは2019年に策定された無線LAN規格で、Wi-Fi 6 と呼ばれています。理論上の最大速度は9.6Gbpsに達し、従来規格よりも高密度環境での効率性が大きく改善されています。特にスタジアムやオフィスビルのように、多数の端末が同時に接続する場所でもスループットを安定させることを目標に設計されています。
さらに拡張版である Wi-Fi 6E では、従来の2.4GHz帯・5GHz帯に加えて6GHz帯も利用でき、干渉が少なく快適な通信が可能です。基本仕様はWi-Fi 6と同じで、周波数帯域の違いだけがポイントです。
| 規格名 | Wi-Fi世代 | 策定時期 | 使用周波数帯 | 理論最大速度 |
|---|---|---|---|---|
| IEEE802.11b | – | 1999年 | 2.4GHz | 11Mbps |
| IEEE802.11a | – | 1999年 | 5GHz | 54Mbps |
| IEEE802.11g | – | 2003年 | 2.4GHz | 54Mbps |
| IEEE802.11n | Wi-Fi 4 | 2009年 | 2.4GHz / 5GHz | 600Mbps |
| IEEE802.11ac | Wi-Fi 5 | 2013年 | 5GHz | 6.9Gbps |
| IEEE802.11ax | Wi-Fi 6 | 2019年 | 2.4GHz / 5GHz | 9.6Gbps |
| IEEE802.11ax | Wi-Fi 6E | 2021年 | 2.4GHz / 5GHz / 6GHz | 9.6Gbps |
802.11acとの比較
802.11axは802.11acの後継であり、多くの技術的改良が加えられています。MIMOやMU-MIMOを引き続き採用しつつ、同時接続数や効率をさらに向上させています。
| 項目 | IEEE802.11ax（Wi-Fi 6） | IEEE802.11ac（Wi-Fi 5） |
|---|---|---|
| 最大速度 | 9.6Gbps | 6.9Gbps |
| 周波数帯 | 2.4GHz / 5GHz | 5GHz |
| チャネル幅 | 20 / 40 / 80 / 160MHz | 20 / 40 / 80 / 160MHz |
| MIMO | 最大8×8 | 最大8×8 |
| MU-MIMO | 最大8台（上り・下り両方） | 最大4台（下りのみ） |
| 無線方式 | OFDMA | OFDM |
| 変調方式 | 1024QAM | 256QAM |
802.11axの主要技術
変調方式：1024QAM
1シンボルあたり10ビットを送信可能で、802.11acの256QAM（8ビット）より効率的です。これにより通信速度が向上します。
OFDMA（直交周波数分割多元接続）
従来のOFDMではチャネル全体を1端末が利用しましたが、OFDMAでは1チャネルを細かく分割して複数端末が同時に利用できます。混雑環境での効率が大幅に改善されます。
アップリンクMU-MIMO
802.11acでは下り方向のみ対応でしたが、802.11axでは上り方向でも複数端末が同時通信可能になりました。
TWT（Target Wake Time）
端末のスリープ・起動タイミングをAPと調整し、不要な待機時間を減らして省電力化を実現します。IoT機器やモバイル端末に有効です。
WPA3対応
セキュリティ規格としてWPA3をサポート。辞書攻撃に強いSAE方式や、Enterprise向けの192ビット暗号化により、従来よりも高い秘匿性を確保します。
BSS Coloring
近隣のアクセスポイントとチャネルが重なっても、カラーコードにより自分のネットワークと区別できるため、干渉を最小限に抑えられます。
チャネルボンディング
最大160MHzまで拡張可能で、複数チャネルを束ねて大容量通信を実現します。8チャネル分を束ねれば理論上8倍の速度が得られます。
MIMOとMU-MIMO
802.11axでも最大8×8 MIMOに対応し、MU-MIMOでは最大8台の端末と同時通信が可能です。従来の1対1通信から大きく進化し、多端末環境に最適化されています。
無線LANスイッチとは
無線LANスイッチは、ネットワーク内の複数のアクセスポイント（AP）を集中管理・制御するための機器です。通常、アクセスポイントが担っている認証・暗号化・電波出力調整・ローミング制御などの役割を無線LANスイッチが一手に引き受けます。そのため、スイッチ導入後のアクセスポイントは実質的に「電波を出すだけのアンテナ」のような存在となります。
アクセスポイント側に残される設定は最小限で、ホスト名やIPアドレスの指定、どの無線LANスイッチに管理されるかを決める情報の設定程度にとどまります。
かつては無線LANのセキュリティ問題や速度不足が原因で、大規模導入は進まず、10台以下のAP構成が多く見られました。しかし、IEEE802.11iによるセキュリティ強化やIEEE802.11nによる高速化の実現により、企業やキャンパスネットワーク規模での無線LAN導入が一般化しました。これに伴い、無線LANスイッチの重要性も増しています。
なお、業界では「無線LANスイッチ」と「無線LANコントローラ」という用語が存在します。厳密には役割や構造に違いがありますが、実務の現場ではCiscoの WLC（Wireless LAN Controller） の影響で「無線LANコントローラ」という呼び方が広く定着しています。
無線LANスイッチ導入時のトラフィックフロー
無線LANスイッチを導入すると、無線LANクライアント同士の通信も基本的に無線LANスイッチを経由するフローとなります。これはスイッチが認証や制御を集中管理しているためであり、APは単独で通信制御を行いません。
ただし、Ciscoの FlexConnect 機能を用いた場合など、特定の実装方式ではトラフィックが必ずしもコントローラを通らないケースもあります。
一方で注意すべき点として、無線LANスイッチに障害が発生すると、アクセスポイントは制御を失い無線LAN通信が不可能になります。このため、大規模環境では無線LANスイッチを冗長化構成（二重化）で導入し、障害時のサービス停止を防ぐことが一般的です。
無線LANスイッチ導入におけるメリット
無線LANスイッチを導入すると、セキュリティ・電波管理・ローミングの面で大きな利点があります。デメリットといえば導入コストがやや高くなる程度ですが、電波強度の自動調整などによって構築作業や運用負荷を大幅に減らせるため、APが10台以上の構成では導入が強く推奨されます。また、可用性確保のために無線LANスイッチを冗長化することも一般的です。
セキュリティ機能の強化
無線LANスイッチは、多様な暗号化・認証方式をサポートします。標準的な WEP、TKIP、CCMP や、認証方式の PSK、IEEE802.1X だけでなく、Web認証（キャプティブポータル） や IPsec-VPNによる暗号化・認証 を提供可能です。
さらに、監視専用のAPを設置して電波状況を常時チェックすることで、不正APの検出や不正APとの通信遮断 も実現できます。これは大規模な企業ネットワークにおけるセキュリティ管理で重要なポイントです。
電波調整機能の強化
無線LANスイッチはAPの電波環境を集中制御し、最適化を自動で行います。
- 電波強度の自動調整：隣接APの配置に応じて最適なチャネルを割り当て、不感地帯が生じないよう電波強度を調整します。
- 電波干渉の自動回避：周囲の外来波（例：隣接ビルの無線LAN、公衆Wi-Fiなど）による干渉を検知した場合、利用中のチャネルを自動で切り替え、全体の電波品質を維持します。
このように、自動的にチャネル再選択や出力調整を行うため、運用者が細かく設定しなくても安定したネットワーク環境を構築できます。
ローミング機能の強化
モバイル端末がAP間を移動してもスムーズに通信を継続できるよう、無線LANスイッチはローミング性能を強化します。
- 高速ローミング：IEEE802.1X認証を利用している場合でも、一度認証された情報を無線LANスイッチがキャッシュするため、再認証を高速化できます。VoIPやビデオ通話のようなリアルタイム通信で特に有効です。
- モバイルIP：通常ローミングは同一サブネット内でしか成立しませんが、モバイルIPを活用することでIPアドレスを変更せずに異なるサブネット間を移動できます。大規模ネットワークでのモビリティ確保に役立ちます。
デュアルバンド（dual-band）とは
デュアルバンドは、2.4GHz帯と5GHz帯を同時に利用できる無線通信方式のことです。従来のシングルバンドでは2.4GHz帯だけを利用するため、電子レンジやBluetooth機器などとの干渉を受けやすいという欠点がありました。デュアルバンドでは、干渉が比較的少ない5GHz帯も利用できるため、より快適で安定したWi-Fi通信が可能になります。
トライバンド（tri-band）とは
トライバンドは、2.4GHz帯、5GHz帯（W52/W53）、5GHz帯（W56）の3つを同時に利用できる通信方式です。デュアルバンドよりさらに多くのチャネルを活用できるため、多数のWi-Fi機器が同時接続しても速度低下が起きにくく、高速通信を維持できます。
また、トライバンド対応APでは DFS（Dynamic Frequency Selection） 機能により、気象レーダーや航空レーダーが使う周波数帯を検知した場合、別の5GHz帯へ自動的に切り替えます。ただし、機器の仕様によってはチャネル切り替えの際に一時的な通信断が発生する可能性があります。
5GHz帯の利用範囲と特徴
| 帯域 | 利用できる場所 | 特徴 |
|---|---|---|
| W52 | 屋内のみ | 最も標準的に利用される帯域 |
| W53 | 屋内のみ | 航空レーダー・気象レーダーと干渉する可能性あり |
| W56 | 屋内・屋外利用可 | 干渉リスクはあるが広く利用可能 |
クアッドバンド（quad-band）とは
クアッドバンドは、2.4GHz帯、5GHz帯（W52/W53）、5GHz帯（W56）、6GHz帯を同時に利用できる通信方式です。最大の特徴は 6GHz帯の利用 であり、Wi-Fi 6E対応のアクセスポイントでのみ使用可能です。
6GHz帯ではDFSが不要となり、気象レーダーや航空レーダーとの干渉による通信断や速度低下が発生しません。そのため、2.4GHzや5GHz帯に比べて安定性と快適さが大幅に向上します。
Wi-Fi規格と利用可能な周波数帯
| 規格名 | Wi-Fi名称 | 策定時期 | 使用周波数帯 | 最大速度（理論値） |
|---|---|---|---|---|
| IEEE802.11b | – | 1999年 | 2.4GHz | 11Mbps |
| IEEE802.11a | – | 1999年 | 5GHz | 54Mbps |
| IEEE802.11g | – | 2003年 | 2.4GHz | 54Mbps |
| IEEE802.11n | Wi-Fi 4 | 2009年 | 2.4GHz / 5GHz | 600Mbps |
| IEEE802.11ac | Wi-Fi 5 | 2013年 | 5GHz | 6.9Gbps |
| IEEE802.11ax | Wi-Fi 6 | 2019年 | 2.4GHz / 5GHz | 9.6Gbps |
| IEEE802.11ax | Wi-Fi 6E | 2021年 | 2.4GHz / 5GHz / 6GHz | 9.6Gbps |