Wi-Fi 6/7高密度無線LANの電波設計とWPA3・高速ローミング

本記事はNWの午後試験・科目B群の学習を支える技術解説です。演習と解答例は当サイトのオリジナルで、IPAの公式問題・公式採点基準ではありません。製品ごとの設定差や、問題文で仮定した条件を区別して読み進めてください。

1. 概要と本質：なぜ「アンテナが立っているのに繋がらない」のか

オフィスの執務室や大規模カンファレンス会場で、「PCの画面上はWi-Fiの電波強度が最大（バリ5）になっているのに、Webサイトが一切開かない」「Web会議の音声が頻繁に途切れる」という障害を経験した人は少なくありません。

電波強度が十分でも、同一・隣接チャネルの干渉、利用者数、再送、APの処理能力、上位回線の混雑で遅延が生じる。CSMA/CAでは同じ競合領域の送信を調整するが、別チャネルや十分離れた領域は同時通信できる。Wi-Fi 6/7のOFDMAやMU-MIMOではAPの制御による複数端末への同時伝送もある。電波強度だけで原因を断定せず、チャネル使用率・再送率・通信品質を測定する。

この課題を克服するために進化したのが、「Wi-Fi 6（802.11ax）」 および最新の 「Wi-Fi 7（802.11be）」 です。 さらに、WPA2-Personalに対しオフライン辞書攻撃への耐性を高める 「WPA3-Personal（SAE）」 や、歩行中の音声通話途切れを防ぐ 「IEEE 802.11k/v/r高速ローミング」 がエンタープライズの必須要件となっています。

ネットワークスペシャリスト（NW）午後・科目B試験では、「2.4GHz/5GHz/6GHzの電波伝搬特性」「気象レーダー検知によるDFS停波障害」「OFDMAによる同時多元接続」「WPA3のSAE認証とPMF（管理フレーム保護）」「高速ローミング規格群の連携」が反復出題されます。本稿ではこれらを体系的に整理します。

2. 周波数帯とチャネル設計の鉄則

Wi-Fiで使用される周波数帯は、それぞれ全く異なる物理特性と法規制を持っています。

2.1 Wi-Fi世代規格の性能比較マトリクス

2.2 5GHz帯における「DFS（動的周波数選択）」の落とし穴

5GHz帯のチャネルのうち、「W53」および「W56」 の帯域は、気象レーダーや航空機レーダー、船舶レーダー と周波数を共有しています。 電波法により、無線APはレーダー電波と干渉しないよう以下の動作（DFS: Dynamic Frequency Selection）が義務付けられています。

DFS対象チャネルではレーダー検知時の退避を考慮する。待機時間は移動先のDFS要否、事前CAC、装置構成に依存し、常に全端末が1分切断されるわけではない。重要エリアでは対応端末・干渉・法令条件を評価してW52や6GHzも検討する。

3. Wi-Fi 6（802.11ax）とWi-Fi 7（802.11be）の革新技術

3.1 OFDMから「OFDMA」への進化：待ち行列の解消

単一ユーザOFDMの送信例では、1回の送信で1端末がチャネルを使う。短いデータにも競合待ちやプリアンブル等の負担がかかる。Wi-Fi 5には下りMU-MIMOもあるので「Wi-Fi 5以前は常に1台だけ」とはしない。Wi-Fi 6/7のOFDMAはチャネルをRUに分け、対応端末への小さなデータをまとめて伝送できる。

• OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）:

- 携帯電話（LTE/5G）で使われていた技術をWi-Fiに導入。 - チャネルを RU（Resource Unit：リソースユニット） と呼ばれる細かいサブキャリア群に分割し、同一のタイミングで最大数十台の端末と同時にアップリンク／ダウンリンク通信を行う。 - CSMA/CAによる衝突待ち行列が劇的に解消され、高密度環境での平均遅延を低減できるが、改善幅は端末・負荷・実装に依存する。

3.2 Wi-Fi 7 MLO（Multi-Link Operation）

Wi-Fi 7では、端末とAPの間で 2.4GHz、5GHz、6GHzの異なる周波数帯の複数リンクを同時に束ねて通信 できます。 一方の周波数帯に突発的な電波干渉が発生しても、もう一方の周波数帯で通信が継続するため、有線LANに匹敵する超低遅延・高信頼性を実現します。

4. WPA3セキュリティの革新：SAEとPMF

家庭や小規模拠点で広く使われてきた WPA2-Personal（事前共有鍵: PSK）は、攻撃者がAPと端末の間の 「4ウェイハンドシェイク」パケットを盗聴 すると、手元のPCで辞書攻撃や総当たり攻撃（オフラインブルートフォース）を行い、パスワードを割り出すことが可能でした。

4.1 WPA3-Personalの「SAE（Simultaneous Authentication of Equals）」

WPA3では、事前共有鍵認証に SAE（RFC 7664 / Dragonfly鍵交換プロトコル） を採用しました。

4.2 PMF（Protected Management Frames: IEEE 802.11w）

PMFを利用しない接続では、攻撃者が送信元MACアドレスを偽装した認証解除・関連付け解除フレームによって端末を切断させるおそれがある。PMFはWPA3より前にも導入されており、「従来のすべての管理フレームは常に保護されない」とは限らない。

• PMF（保護対象管理フレーム）:

- 認証解除等の保護対象管理フレームの真正性・完全性を検証する。ユニキャストでは暗号化も行うが、グループ宛ての保護は主に完全性であり、全管理フレームを暗号化するわけではない。 - WPA3ではこの PMFの有効化が必須（Mandatory） と規定されています。

5. 高速ローミング（IEEE 802.11k / 802.11v / 802.11r）

社員がノートPCやスマートフォンで内線通話（VoIP）しながらオフィス内を歩行移動する際、接続先APを切り替える処理を ローミング（Roaming） と呼びます。 従来のローミングでは、APを切り替えるたびに「全チャネルのスキャン（数秒）」＋「802.1X認証のやり直し（数百ミリ秒）」が発生し、通話がプツプツと途切れていました。

これをシームレス化するのが以下の3大規格連携です。

6. 午後・科目B形式 実戦演習

【問題シナリオ】

総合商社のJ社は、新本社ビルの移転に伴い、全館をカバーする大規模なエンタープライズ無線LANシステムを新規導入した。 J社のネットワーク構成は、フロアごとに多数のコントローラ管理型APを配置し、集中管理型の無線LANコントローラ（WLC）によって電波出力やチャネルを自動制御する設計となっている。

役員会議室がある高層階（25階）において、5GHz帯のチャネル割り当てに「W53（52〜64ch）」および「W56（100〜144ch）」を採用していた。 ある日の重要なオンライン役員会議の最中、AP-01に接続していた全役員のPCが一斉に切断され、約1分間以上にわたりWi-Fiへの再接続ができない重大障害が発生した。 WLCのシステムログを調査したところ、以下の記録が残されていた。

[LOG 14:15:02] AP-01: DFS Radar detected on channel 56 (W53).
[LOG 14:15:02] AP-01: Interface 5GHz radio state changed to DOWN.
[LOG 14:15:03] AP-01: Moving to new channel 60. Starting Channel Availability Check (CAC).
[LOG 14:16:03] AP-01: CAC timer expired. No radar found. Radio state changed to UP.

【設問1】

役員会議室において、AP-01に接続していた全端末が一斉に切断され、約1分間にわたり再接続できなかった直接の原因について、電波法の規制に基づくAP-01の動作に着目して35字以内で述べよ。

解答への思考プロセス

• 事実関係の整理:

- W53/W56帯は気象レーダー等と周波数を共有している。 - ログにある通り、AP-01がチャネル56上でレーダー電波（Radar）を検知したため、電波法に定められたDFS（動的周波数選択）が発動した。 - レーダー干渉を避けるため、APは即座に電波を停止（停波）した。 - 新チャネル（60ch）へ移行する際、60秒間（1分間）レーダー波が存在しないかを確認する「CAC（Channel Availability Check）」を実施するため、その間電波を送信できず待機状態となった。

• 設問要求の確認:

- 「電波法の規制に基づくAP-01の動作」に着目。 - 35字以内。

• 文章作成: 設問が求める原因・動作を短く整理し、以下の解答例のようにまとめる。

- レーダー波を検知してDFSが発動し、新チャネル確認のため停波したため。 - レーダー検知によるDFS発動で新チャネルの安全確認中停波したため。

模範解答

レーダー検知によるDFS発動で新チャネルの安全確認中停波したため。

解答で確認したい論点

• ×「AP-01のハードウェアが熱暴走で再起動したため。」（ログに明記されているDFSの動作を読み取れていない。論点不足）

• △「DFS機能により電波が停止したため。」（なぜ1分間も再接続できなかったのか「CAC（新チャネル確認待機時間）」の観点が抜けており説明が不足）

【設問2】

5GHzでの運用を維持しながら、レーダー検知に伴うDFS停波を避けるためのチャネル設計上の対策を25字以内で述べよ。

解答への思考プロセス

• 解決策の選定:

- DFSによる停波が発生する原因は、レーダーと共用する「W53」や「W56」を使用していることにある。 - 5GHz帯の中で、DFSの対象外で、DFSの機能自体が法的に不要とされている帯域は 「W52（36, 40, 44, 48ch）」 である（または6GHz帯の利用）。 - 役員会議室のAPには、W53/W56ではなくDFS不要の「W52」を固定割り当てする。

• 字数制限（25字以内）への整形:

- 「DFS対象外のW52チャネルを割り当てる。」

模範解答

DFS対象外のW52チャネルを割り当てる。

解答で確認したい論点

• 別案「2.4GHz帯へ変更」もDFS回避自体は可能。ただし本演習では5GHzを維持する条件なのでW52を答える。一般の設計では混雑・帯域・端末対応を評価する。

• △「電波出力を最大に上げる。」（電波出力を上げてもレーダー検知は防げず、むしろ干渉リスクが高まるため誤り）

7. まとめと次ステップ

現代の無線LANは、単なるケーブルの置き換えではなく、緻密な電波物理と高度な多元制御の結晶です。

• 高密度環境では、チャネル幅を無駄に広げず、干渉のないチャネル設計（W52の優先利用、6GHz帯の活用）が命。

• Wi-Fi 6/7のOFDMAにより、パケット待ち行列を周波数分割で同時解消。

• WPA3-SAEとPMFで、盗聴・オフライン辞書攻撃・強制切断攻撃を根本遮断。

• 802.11k/v/rで、歩行中も途切れないエンタープライズローミングを実現。

次稿 NWP-14（SD-WANアーキテクチャとインターネットブレイクアウト制御） では、拠点とクラウド（SaaS）をインテリジェントに直結し、回線コストの削減とアプリケーション性能の最大化を両立する次世代WAN制御技術を徹底解説します。

無線LANの規格値と運用条件

日本の利用可能な帯域・屋内外条件・出力・技適を確認する。5GHzのW52を屋内専用と断定せず、屋外利用では認められた設備・登録等の条件を確認する。6GHzの320MHz幅はWi-Fi 7の機能であり、Wi-Fi 6Eは最大160MHz。チャネル数は幅と144ch等の機器対応により変わる。

Wi-Fi 5にも下りMU-MIMOがあり、「OFDMでは常に1台だけ」は単一ユーザ伝送の説明に限る。Wi-Fi 6の2.4/5GHzでWPA3が規格上常に必須という説明は避け、6GHzと認証条件を分ける。MLOは同時伝送や切替など実装に応じたモードがある。

DFSで毎回全端末が必ず60秒切れるわけではない。移動先がDFS対象か、CACを事前実行しているか、複数無線機があるかで異なる。演習は移動先60chで事前CACを行っていないログの例である。

PMFは主に認証解除・関連付け解除・一定のAction等の保護対象管理フレームを保護する。すべてのBeaconやProbe Requestを一律に暗号化する機能ではない。SAEも弱い実装・遷移モード・オンライン試行への対策が必要で、あらゆる攻撃を根絶するものではない。802.11k/v/rの利用とローミング決定には端末対応が必要である。

参考資料・関連する学習記事

公式技術資料（www.buffalo.jp）

公式技術資料（blogs.cisco.com）

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