WiFiは、 (WiFi)WiFi対応デバイスをローカルネットワークに接続できるようにするワイヤレスネットワークテクノロジーです。WiFiを使用すると、ローカルネットワークデバイス間でデータを転送したり、接続が利用可能な場合はインターネットに接続したりできます。私たち全員が毎日WiFiを使用しているので、ほとんどの人はおそらくこれを知っていますが、 WiFiは実際にどのように機能しますか？
WiFiはラジオです(WiFi Is Radio)
WiFiの最も基本的な事実は、電波を使用して情報を送信することです。電波は、私たちが電磁放射の特定の周波数範囲と呼んでいるものです。光(Light)は私たちの目が敏感なスペクトルの一部ですが、電波と同じ「もの」でできています。
WiFiは、2.4Ghzと5Ghzの2つの異なる周波数を送信に使用します。これは、それぞれ1秒あたり2,400,000,000サイクルと5,000,000,000サイクルです。これは、周波数が約100MhzしかないFMラジオと比較してかなり高いです。
電波の正確な周波数は、その特性によって大きく異なります。周波数が高いほど、信号に多くの情報を詰め込むことができます。ただし、一部の周波数の範囲はそれほど長くありません。
周波数が異なれば、物質への浸透も異なります。一部の周波数は大気圏で跳ね返ることができるため、送信機と受信機は見通し線を必要としません。他の周波数は、宇宙にまっすぐに飛び出します。これは、受信機が地球上にある場合ではなく、衛星と通信する場合に役立ちます。
送信電力に十分なワット数を投入し、邪魔にならず、適切なアンテナを使用すると、 WiFi動作周波数の波は数百マイルに達する可能性があります。ただし、標準的な家庭用WiFiの範囲は、通常30〜50メートル（約100/150フィート）です。2.4Ghz WiFiはより長い範囲を持ち、5GhzWiFi(WiFi)はより高速です。
WiFiはデジタルです(WiFi Is Digital)
WiFiはラジオですが、デジタル(digital )ラジオです。これは、電波がデジタルコードを運ぶように変調されていることを意味します。WiFiは絶対にデジタル情報でいっぱいです。
最新かつ最高のWiFiテクノロジーには、理論上の速度制限が4.8 Gbpsであり、一度に4つの1.2Gbps(Gbps)データストリームを使用します。これは毎秒600メガバイトです。もちろん、理論上の速度は最適な条件下でラボで決定されますが、現実の世界でも最新のWiFiは非常に高速です。
WiFiには標準とプロトコルがあります(WiFi Has Standards & Protocols)
WiFiは長い間存在していました。このテクノロジーの最初の商用イテレーションは、1997年にリリースされました。米国電気電子学会(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)（IEEE ）は、正式には(IEEE)IEEE802.11として知られている(IEEE 802.11)WiFi標準を成文化しました。WiFiの第1世代は802.11aとして知られていますが、時間が経つにつれて、 WiFiのより良いバージョンが開発されました。
- 802.11a
- 802.11b
- 802.11g
- 802.11n
- 802.11ac
- 802.11ax
WiFiは完全な下位互換性がありません。802.11aデバイスと通信できる最新のデバイスは多くありません。そこにある多くのWiFiデバイスは「bgn」であり、すべて2.4Ghz周波数帯域を使用するこれらの3つの標準で動作します。802.11acは5Ghz帯域を使用しますが、これらのルーターのほとんどは「デュアル帯域」であり、古い標準を使用して古いデバイスと通信するための2.4Ghzも提供します。
実際には、 WiFi(WiFi)との下位互換性は不十分です。これは、一部のデバイスがそれぞれの標準内で特定の速度にロックされているためです。新しいルーターは物事をそれほどゆっくりと進めないかもしれません！
ちなみに、「802.11」の命名規則全体が廃止されました。最新の802.11axは現在WiFi6として知られており、(WiFi 6) 802.11はWiFi5などです。
WiFiは暗号化されています(WiFi Is Encrypted)
誰でもWiFi電波を傍受できますが、デジタル暗号化(digital encryption)のおかげで、送受信されているものを簡単に傍受することはできません。少なくとも、 WiFi(WiFi)ネットワークがパスワードで保護され ている場合はこれが当てはまります。
WiFiパスワードは暗号化キーでもあるため、パスワードを持っている人は誰でもフィルタリングされていないすべてのデータパケットを見ることができます。(WiFi)これが、 HTTPS対応のWebサイトのみを使用し、パブリックWiFiホットスポットを使用している場合は常にVPNサービスを使用する必要がある理由です。(VPN)
WiFiデバイスはおそらくWPA2を使用して(WPA2)い(WiFi)ます。WPAはWiFiProtectedAccessの略で、(WiFi Protected Access)WiFi接続用の非常に強力な暗号化スキームです。ただし、何年にもわたって、ハッカーはさまざまなエクスプロイトを発見し、場合によっては、WPA2暗号化プロトコルを破ることができます。
2018年、WiFiテクノロジーの管理者であるWiFi Allianceは、 ( WiFi Alliance)WPA3を発表しました。この新しいバージョンはセキュリティを向上させ、 WPA2(WPA2)にあるセキュリティホールを塞ぎます。もちろん、世の中に出回っているすべてのハードウェアが新しいセキュリティ標準をサポートするようになるまでにはしばらく時間がかかります。
WiFiDirectは物です(WiFi Direct Is a Thing)
WiFiは、ルーターなどの中央デバイスを使用してデバイス間の通信を管理するように設計されています。ただし、WiFiを使用して、「ピアツーピア」接続と呼ばれる2つのデバイスを直接接続することもできます。これは、たとえば、自分のスマートフォンから誰かのスマートフォンに大きなファイルを送信する場合に非常に便利です。
これは、電話からスマートTVにビデオをキャストするためによく使用されるタイプのWiFiでもあります。(WiFi)GoProカメラや特定のWiFiカメラドローンなどのデバイスを使用する場合は、直接WiFi接続も使用しています。Bluetoothは、特にエネルギー効率が非常に高いため、ピアツーピアワイヤレス接続の世界で最も注目されていますが、WiFi Directは高速で、同じように簡単に使用できます。
ルーター、リピーター、メッシュネットワーク(Routers, Repeaters & Mesh Networks)
最近では直接WiFi接続が一般的ですが、私たち全員がほとんどの場合使用するWiFiは、ハブアンドスポーク設計を利用しています。(WiFi)つまり、すべてのWiFiデバイスは、仲介役として機能する中央デバイスに接続します。ほとんどの人にとって、これは一般的なWiFiルーターになります。
最新のルーターは複数のアンテナを備えており、WiFiデータを送受信するハードウェアだけでなく、さまざまな周波数帯域を分離しています。これらのルーターは、インターネット接続とネットワーク上の有線イーサネット(Ethernet)デバイスも処理し、有線ネットワークと無線ネットワークが相互に通信できるようにします。
ただし、前述したように、WiFi信号の範囲はかなり制限されています。つまり、ルーターから離れるほど、信号強度が低下します。WiFiリピーター(WiFi repeater)を使用して、カバレッジ範囲の端でその信号を拡張できます。
リピーターは十分に機能しますが、「メッシュ」WiFiシステムへの新しいトレンドがあります。ここには、中央ルーターはありません。代わりに、いくつかの小さなルーターが家中に分散し、相互に接続され、WiFiのシームレスなクラウドを提供します。これは大企業で最も一般的に使用されているWiFiテクノロジーですが、家庭での使用に手頃な価格になっています。(WiFi)
WiFiを超えて(Beyond WiFi)
あらゆる種類のデバイスがネットワーク接続を必要としているため、 WiFi(WiFi)はこれまで以上に私たちの周りにあります。ただし、ワイヤレスデータ伝送に関しては、 WiFiだけが競合するテクノロジーではありません。(WiFi)低電力、短距離接続に関しては、Bluetoothがねぐらを支配します。(Bluetooth)Bluetoothの将来のバージョンでは、速度と範囲に関して、WiFiにそのお金をかけさせる可能性さえあります。
ただし、WiFiの最大の競争相手は5Gかもしれません。第5世代のセルラーテクノロジーは、より安価なデータレートと高密度の都市カバレッジを提供します。5Gは家庭内のWiFi(WiFi)に取って代わるものではないかもしれませんが、5Gは、主にモバイルデータの高コストのために人気が高まっているパブリックWiFiホットスポットの代替手段を提供します。
HDG Explains: How Does WiFi Work?
WiFi is a wireless networking technology that lets you connect your WiFi-enabled devices to a local network. Using WiFi you can transfer data between local network devices or connect to the internet, if a connection is available. Most people probably know this, since we all use WiFi every day, but how does WiFi actually work?
WiFi Is Radio
The most fundamental fact about WiFi is that it uses radio waves to transmit information. Radio waves are what we call a specific frequency range of electromagnetic radiation. Light is the portion of the spectrum our eyes are sensitive to, but is made of the same “stuff” as radio waves.
WiFi uses two different frequencies for transmission: 2.4Ghz and 5Ghz. That’s 2,400,000,000 and 5,000,000,000 cycles per second respectively. This is pretty high compared to FM radio which has a frequency of only about 100Mhz.
The exact frequency of a radio wave changes a lot about its characteristics. With a higher frequency, you can pack more information into your signal. However, some frequencies don’t have very long ranges.
Different frequencies also penetrate matter differently. Some frequencies can be bounced off the atmosphere, so your transmitter and receiver don’t need line-of-sight to work. Other frequencies just shoot straight out into space. That’s useful if you want to communicate with a satellite, not so much if the receiver is on Earth.
Waves at the WiFi operating frequencies can reach hundreds of miles if you put enough wattage into the transmission power, have nothing in the way and use the right antenna. However, standard household WiFi usually has an unobstructed range of between 30-50 meters (approx 100/150 feet). 2.4Ghz WiFi has the longer range, 5Ghz WiFi has higher speeds.
WiFi Is Digital
WiFi is radio, but it’s digital radio. That means the radio waves are modulated to carry digital code. WiFi is absolutely packed with digital information.
The latest and greatest WiFi technology has a theoretical speed limit of 4.8 Gbps, using four 1.2Gbps data streams at once. That’s 600 megabytes per second! Of course, theoretical speeds are determined in a lab under optimal conditions, but even in the real world modern WiFi is very fast.
WiFi Has Standards & Protocols
WiFi has been around for a long time.The first commercial iteration of the technology was released all the way back in 1997. The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) codified the WiFi standard, which is officially known as IEEE 802.11. The first generation of WiFi is known as 802.11a, but as time went by newer, better versions of WiFi were developed:
- 802.11a
- 802.11b
- 802.11g
- 802.11n
- 802.11ac
- 802.11ax
WiFi is not fully backwards compatible. You won’t find many modern devices that can still communicate with 802.11a devices. Many WiFi devices out there are “bgn” and will work with those three standards, which all use the 2.4Ghz frequency band. 802.11ac uses the 5Ghz band, but most of these routers are “dual band” and also offer 2.4Ghz to talk to older devices using older standards.
In practice backwards compatibility with WiFi is spotty, since some devices are locked to certain speeds within each respective standard. Newer routers may not let things go that slowly!
Incidentally, the whole “802.11” naming convention has been dropped. The latest 802.11ax is now known as WiFi 6, with 802.11 being WiFi 5 and so on.
WiFi Is Encrypted
Anyone can intercept WiFi radio waves, but thanks to digital encryption they can’t simply eavesdrop on what’s being sent and received. At least, this is the case if your WiFi network is password protected.
Your WiFi password is also the encryption key, so anyone with the password can see all the data packets unfiltered. This is why you should only use websites that are HTTPS enabled and always use a VPN service if you’re using a public WiFi hotspot!
Your WiFi devices are most likely using WPA2. WPA is short for WiFi Protected Access and is a very strong encryption scheme for WiFi connections. However, over the years hackers have discovered various exploits that, in some cases, allow them to break the WPA2 encryption protocols.
In 2018 the WiFi Alliance, which is the custodian of WiFi technology, announced WPA3. This new version improves security and plugs the security holes found in WPA2. Of course, it will be some time before all hardware out in the wild will support the new security standard.
WiFi Direct Is a Thing
WiFi was designed to use a central device such as a router to manage communication between devices. However, WiFi can also be used to directly connect two devices in what’s known as a “peer-to-peer” connection. This is very handy when, for example, you want to send a large file to someone’s smartphone from yours.
This is also the type of WiFi that’s often used to cast video from a phone to a smart TV. When you use devices such as GoPro cameras or certain WiFi cameras drones, you’re also using a direct WiFi connection. Bluetooth gets most of the attention in the peer-to-peer wireless connection world, especially since it’s so energy efficient, but WiFi direct is fast and just as simple to use.
Routers, Repeaters & Mesh Networks
While direct WiFi connections are commonplace these days, the WiFi we all use most of the time make use of a hub-and-spoke design. In other words, all of your WiFi devices connect to a central device, which acts as the go-between. For most people, this is going to be the common WiFi router.
Modern routers boast multiple antennas, separating different frequency bands as well as the hardware that sends and receives WiFi data. These routers also handle your internet connection and any wired Ethernet devices on your network, allowing the wired and wireless networks to communicate with each other.
However, as we said above, WiFi signal ranges are pretty limited. Which means that the further you are from the router, the worse the signal strength is. A WiFi repeater can be used to extend that signal at the edge of the coverage range.
While repeaters work well enough, there’s a new trend towards “mesh” WiFi systems. Here, there’s no central router. Instead several smaller routers are spread across your home, connected to each other and providing a seamless cloud of WiFi. This is the WiFi technology most commonly used in large businesses, but it’s become affordable for home use.
Beyond WiFi
WiFi is around us more than ever, as all sorts of devices now have a need for a network connection. However, WiFi is not the only competing technology when it comes to wireless data transmission. Bluetooth rules the roost when it comes to low-power, short range connections. Future versions of Bluetooth may even give WiFi a run for its money when it comes to speed and range.
However, the biggest competitor to WiFi might very well be 5G. Fifth-generation cellular technology offers cheaper data rates and dense urban coverage. 5G may not replace WiFi in the home, but 5G offers an alternative to public WiFi hotspots, which have become popular mainly due to the high costs of mobile data.
