Wi-Fi 6/7高密度無線LANの電波設計とWPA3・高速ローミング

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。

この現象の真因は、電波の「強さ」ではなく、「空間の混雑（同一チャネル干渉とCSMA/CAの衝突待ち）」にあります。 無線LAN（Wi-Fi）は、空気を全端末で共有する「半二重（Half-Duplex）」通信です。 IEEE 802.11の基本アクセス制御方式である CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance） では、「誰か1台でも電波を送信している間は、他の端末は一切送信できず、ランダムな待機時間（バックオフ）を挟んでじっと待つ」というルールがあります。 高密度な環境でAP（アクセスポイント）や端末の台数が増えると、各端末は通信待ち時間（待ち行列）ばかりが膨らみ、実効スループットがゼロ近くまで急落します。

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、従来のWPA2の暗号解読リスクを根絶する 「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。

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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。

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[!CAUTION] 試験頻出の障害原因：DFSによるWeb会議切断事故 企業オフィスでW53やW56を無計画に採用すると、「上空を飛行機が通過した」「近隣の気象レーダー波を拾った」瞬間に、会議室のWi-Fiが突然1分間完全に沈黙し、全社員のWeb会議が一斉に切断されるという大事故が発生します。 【設計ルール】: ビデオ会議やIP電話など、瞬断が絶対に許されない最重要エリアでは、DFSの影響を受けない「W52（36, 40, 44, 48ch）」または「6GHz帯」を最優先で割り当てます。

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

従来のWi-Fi（Wi-Fi 5以前）で使用されていた OFDM（直交周波数分割多重） は、ある一瞬の送信タイミングにおいて、チャネル全体の全帯域（20MHz〜80MHz）を「単一の端末」が独占して使っていました。 端末がほんの数バイトのACKパケットを送るだけでも帯域全体を占有するため、高密度環境では非常に非効率でした。

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• 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が最大75%削減される。

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。

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4.2 PMF（Protected Management Frames: IEEE 802.11w）

従来のWi-Fiでは、データフレームは暗号化されていましたが、接続制御を司る 「管理フレーム（Beacon, Probe Request, Deauthentication等）」は完全に平文 でした。 攻撃者は容易にAPのMACアドレスを偽装し、端末に向けて 「認証解除フレーム（Deauthパケット）」 を送りつけることで、通信を強制切断させる攻撃（DoS攻撃、または偽APへ誘導するEvil Twin攻撃）が可能でした。

• PMF（保護対象管理フレーム）:

- 認証解除フレームなどの管理フレームを暗号化・改ざん検証（ICV付与）する。 - 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。

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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自律型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。

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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:

- 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。（36字 → 圧縮） - 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。（34字）

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。（34字）

減点・失点分析

• ×「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。0点）

• △「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部分点どまり）

【設問2】

J社が、役員会議室のような途絶が許されない最重要エリアにおいて、同様のレーダー検知による電波停止を恒久的に防ぐために実施すべき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、レーダー電波が存在せず、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。」（23字）

模範解答

DFS対象外のW52チャネルを割り当てる。（23字）

減点・失点分析

• ×「2.4GHz帯のチャネルに変更する。」（2.4GHzは家電やBluetoothと干渉し帯域も狭小なためビジネス要件を満たせない）

• △「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。