Wireless LAN - Beacon, Probe, Authentication, Association



 ◆ 無線LAN通信の流れ - 概要

 無線LAN接続がどのように行われ、どのように通信を開始するのかを有線LANと比較しながら見ていきます。


   

有線LAN 無線LAN
@  端末をLANケーブルによりハブへ接続する  WLAN端末が利用できる周波数帯域を自動スキャンする
A  正しいストレートケーブルの接続によりリンクアップ  WLAN端末とAPがお互いに一致するESSIDであるか確認
B  WLAN端末とAPがお互いに認証を行う
C  WLAN端末とAPがお互いにアソシエーションを行う
D  Ethernetフレームを、物理ケーブル上で伝送する  暗号化したIEEE802.11フレームを、電波に乗せて伝送
E  MACアドレスの情報をもとにフレームをそのまま伝送  APでIEEE802.11フレームをEthernetフレームに変換し伝送
F  LANケーブルが抜ければ、スイッチへ再接続する  電波が届かなくなれば、電波の届く範囲に移動する


 ◆ 無線LAN通信の流れ - 詳細

 IEEE802.11フレームには制御フレーム、管理フレーム、データフレームの大きく3種類がありますが、上図で
 紹介した、無線LANの通信のフローにて使用される IEEE802.11の管理フレームの詳細を見ていきましょう。
 IEEE802.11の管理フレームにはBeacon, Association Request, Association Response, Probe Request
 Probe Response, Disassociation, Authentication, Deauthentication など意外に多くの種類があります。

無線LAN通信の流れ 使用されるIEEE802.11フレーム
@  WLAN端末が利用できる周波数帯域を自動スキャンする

 APから100ミリ秒ごとに送信されるビーコンの情報を
 もとに、利用できるチャネルの情報、及びESSIDの情報
 を得ている。ただし、一定時間ビーコンが得られない場合
 
プローブ要求とプローブ応答で上記の情報を得ている。

A  WLAN端末とAPがお互いに一致するESSIDであるか確認

 複数のAPが存在する場合、WLAN端末は全チャネルをスキャンして、最も信号の強いアクセスポイントとの接続を試みる。
 通信の途中でも現在のAPよりも信号の強いAPを検知した場合、WLAN端末はより信号の強いAPとの接続を試みる。つまり、
 
複数のAPを近距離で設置した場合、WLAN端末は何度も再接続したりして、快適に通信ができない場合もあるので注意!

B  WLAN端末とAPがお互いに認証を行う

 お互いに認証パケットで認証を行っている。 ※1 なお
 オープンシステム認証とシェアードキー認証の2種類ある。

C  WLAN端末とAPがお互いにアソシエーションを行う  アソシエーション要求と応答によりこれを行っている
D  暗号化したIEEE802.11フレームを、電波に乗せて伝送する  WEP or TKIP or CCMP による暗号化を行い伝送される
E  APでIEEE802.11フレームをEthernetフレームに変換し伝送  ここでようやく管理フレームではなくデータフレームが伝送

 ※1 この2種類の認証はIEEE802.11における内容であり、当然ながら例えば IEEE802.11i には当てはまる内容ではありません。

 WLAN端末とAPとの無線LAN接続手順は以下の2パターンあります。
パッシブスキャンではAPからブロード
 キャストされるビーコンフレームを受信してESSIDの確認をし合いAuthenticationのフェーズに移行します。

 
アクティブスキャンでは、APから一定時間ビーコンを受信できなかった場合にWLAN端末が接続を行いたい
 ESSIDの情報をプローブリクエストで送信しAPからその応答が得られれば、Authenticaionのフェーズに移行
 します。パッシブスキャン、アクティブスキャンのどちらでも認証フェーズ以降は同じシーケンスとなります。


     



 どのような認証方式、暗号化方式であったとしても無線LAN接続における基本的なフローは上記の通りです。
 使用チャネル、変調方式、ESSIDの相互確認がとれた後、「認証 → アソシエーション → データのやりとり」
 という基本的なフローをまず理解して、それぞれの詳細な認証方式、暗号化方式のフローを理解しましょう。

 
※ WPAやWPA2のセキュリティ規格を使用する場合、アソシエーション後に暗号化を行うための鍵の生成プロセスが開始されます。



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