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8.2. ネットワークの設定

BACK TO BASICS ネットワークの本質的概念 (イーサネット、IP アドレス、サブネット、ブロードキャスト)

多くの現代的なローカルネットワークがイーサネットプロトコルを使っています。データはフレームと呼ばれる小さなブロックに分割され、一度に 1 つのフレームがワイヤ上で転送されます。データ転送速度は古いイーサネットカードの 10 Mb/s から新しいカードの 10 Gb/s (現在最も一般的な速度は 100 Mb/s から 1 Gb/s) までさまざまあります。最も広く使われているケーブルは、確実に保証される転送速度に依存して 10BASE-T、100BASE-T、1000BASE-T、10GBASE-T と呼ばれています(T は「ツイストペア」を意味しています)。ケーブルの終端には RJ45 コネクタが付いています。他のケーブル型もあり、それらは 1 Gb/s 以上の速度で使われています。
IP アドレスは、ローカルネットワークやインターネットでコンピュータのネットワークインターフェースを識別するために使われる番号です。IP の現在最も広く使われているバージョン (IPv4) では、IP アドレスは 32 ビットにエンコードされ、通常ピリオドで区切った 4 個の数字で表現されます (例 192.168.0.1)、それぞれの数字は 0 以上 255 以下です (8 ビットのデータに対応します)。IP の次期バージョン IPv6 では、アドレス空間を 128 ビットに拡張し、IP アドレスは通常コロンで区切られた 16 進数列で表されます (たとえば 2001:0db8:13bb:0002:0000:0000:0000:0020 などで、これは短縮形の場合 2001:db8:13bb:2::20 と表されます)。
サブネットマスク (ネットマスク) は 2 進コードの形で、ある IP アドレスのネットワークに相当する部分を定義します。残りの部分はマシンに相当する部分を定義します。ここで挙げる静的 IPv4 アドレスの設定例では、サブネットマスク 255.255.255.0 (2 進数表記では 24 個の「1」の後に 8 個の「0」が並ぶ) は IP アドレスの最初の 24 ビット分がネットワークアドレスに対応し、残りの 8 ビット分がマシンに固有のアドレスであることを意味しています。IPv6 では可読性を高めるためにネットマスクを 2 進数表記した際に「1」となるビットの個数で表すので、ネットマスクは 64 のように書けます。
ネットワークアドレスは IP アドレスの一種で、マシン番号を表現する部分は 0 で表されます。完全なネットワークにおける IPv4 アドレスの範囲は通常 a.b.c.d/e という構文で表現されます。ここで、a.b.c.d はネットワークアドレスで e は IP アドレスのネットワーク部分を表すビット数です。つまり例のネットワークは 192.168.0.0/24 のように表現されます。IPv6 の場合も構文は似ており、2001:db8:13bb:2::/64 のように表現されます。
ルータとは、複数のネットワークを相互に接続するマシンです。ルータを通過するすべてのトラフィックは接続されたネットワークに誘導されます。これを行うために、ルータは着信パケットを解析し、宛先の IP アドレスに従ってパケットを転送します。ルータは通常ゲートウェイとしても知られています。ルータがゲートウェイの役割を果たす場合、ルータはローカルネットワークを越える (インターネットなどの外部ネットワークに向かう) ためのマシンとして機能します。
ブロードキャストアドレスは特殊なアドレスでネットワークにいるすべてのマシンに対応付けられています。ブロードキャストアドレスは、ほとんど「転送され」ませんし、当該のネットワークだけを対象に働きます。具体的に言うと、ブロードキャスト宛のデータパケットはルータを通過しないことを意味しています。
この章では IPv4 アドレスだけに注目します。なぜなら IPv4 アドレスは現在最も一般的に利用されているからです。IPv6 プロトコルの詳細は第 10.5 節「IPv6」で説明されていますが、その概念は IPv4 と同じです。
ネットワークは初回インストール時に自動設定されますので、/etc/network/interfaces ファイルには既にさまざまな設定が含まれています。auto で始まる行は、起動時に ifupdown と /etc/init.d/networking init スクリプトで自動的に設定したい、インターフェースのリストです。通常 eth0 は自動設定したいインターフェースで、1 つ目のイーサネットカードを意味しています。

ALTERNATIVE NetworkManager

NetworkManager はマシンを移動して使う場合に特に推奨され (第 8.2.4 節「ローミングユーザ向けの自動ネットワーク設定」を参照してください)、デフォルトのネットワーク管理ツールとしても極めて便利です。コンピュータの起動の可能な限り早い段階で使われる「システム接続」を作るには、/etc/NetworkManager/system-connections/ 内の .ini 系ファイルを手作業で編集するか、またはグラフィカルツール (nm-connection-editor) を使います。NetworkManager でネットワーク接続を管理する場合、/etc/network/interfaces に含まれるすべてのエントリを無効化するのを忘れないでください。
→ https://wiki.gnome.org/Projects/NetworkManager/SystemSettings/jessie
→ https://developer.gnome.org/NetworkManager/0.9/ref-settings.html

8.2.1. イーサネットインターフェース

コンピュータにイーサネットカードが付けられている場合、イーサネットカードに関連付けられる IP ネットワークは 1 つか 2 つの方法で必ず設定されなければいけません。最も簡単な方法は DHCP を使う動的設定で、これにはローカルネットワークで DHCP サーバを動かす必要があります。動的設定では、以下の例で hostname 設定に対応する、希望ホスト名を示すことが可能です。そして、DHCP サーバは適切なネットワーク設定を送信します。

例 8.1 DHCP 設定

auto eth0
iface eth0 inet dhcp
  hostname arrakis
「静的」設定の場合、必ず決められた方法でネットワーク設定を定義しなければいけません。「静的」設定には少なくとも IP アドレスとサブネットマスクが含まれます。さらに場合によってはネットワークとブロードキャストアドレスが含まれることがあります。ゲートウェイには外部に接続しているルータを指定します。

例 8.2 静的設定

auto eth0
iface eth0 inet static
  address 192.168.0.3
  netmask 255.255.255.0
  broadcast 192.168.0.255
  network 192.168.0.0
  gateway 192.168.0.1

NOTE 複数アドレス

複数のインターフェースに 1 つの物理ネットワークカードを関連付けることだけでなく、1 つのインターフェースに複数の IP アドレスを関連付けることも可能です。ある IP アドレスは DNS 経由で複数の名前に関連付けられているかもしれませんし、ある名前は複数の数値 IP アドレスに関連付けられているかもしれません。この点も忘れないでください。
お察しの通り、この設定はちょっと複雑で、この設定が必要になるのはとても特殊な場合だけです。ここで引用しているのは、典型的な通常設定の例です。

8.2.2. PSTN モデム経由の PPP 接続

2 点間 (PPP) 接続は断続的な接続を確立します。さらに PPP 接続は電話モデム (「PSTN モデム」とも呼ばれます。この名前は公衆交換電話網を経由して接続するところから付けられました) を使って接続する場合の最も一般的な接続方法です。
電話モデムを使って接続する場合、アクセスプロバイダのアカウント (電話番号、ユーザ名、パスワード) が必要で、認証プロトコルを使うこともあります。PPP 接続は pppconfig ツール (同名の Debian パッケージに含まれます) を使って設定されます。デフォルトで、pppconfig ツールは provider (インターネットサービスプロバイダのように) と名付けられた接続を設定します。認証プロトコルがよく分からなければ、PAP を使ってください。大多数のインターネットサービスプロバイダは PAP を提供しています。
設定が完了したら、pon コマンドを使って接続することが可能です (デフォルト接続名である provider が適切でない場合、接続名をパラメータとして与えてください)。リンクを切断するには poff コマンドを使ってください。これら 2 つのコマンドを実行できるのは、root ユーザと dip グループに所属するユーザだけです。

8.2.3. ADSL モデム経由の接続

「ADSL モデム」という一般名称の意味には、全く違う機能を持つ数多くの装置が含まれています。Linux で使うのが最も簡単なモデムはイーサネットインターフェースを持つものです (USB インターフェースではありません)。この種のモデムは人気になりつつあります。さらに、多くの ADSL インターネットサービスプロバイダはイーサネットインターフェース付きの「ボックス」を貸与します (またはリースします)。モデムの種類に依存して、必要な設定は広範囲にわたります。

8.2.3.1. PPPOE をサポートするモデム

一部のイーサネットモデムは PPPOE プロトコル (Point to Point Protocol over Ethernet) に対応しています。PPPOE 接続を設定するには、pppoeconf ツール (同名のパッケージに含まれます) を使います。PPPOE 接続を設定するために、pppoeconf ツールは与えられた設定で /etc/ppp/peers/dsl-provider ファイルを修正し、ログイン情報を /etc/ppp/pap-secrets と /etc/ppp/chap-secrets ファイルに記録します。pppoeconf ツールが提案したすべての変更を受け入れることを推奨します。
この設定が完了したら、pon dsl-provider で ADSL 接続を開始、poff dsl-provider で切断できます。

TIP 起動時に ppp を開始

定義によれば、ADSL 上の PPP 接続は断続的なものです。しかしながら、通常サービスプロバイダは時間に依存して従量課金しないので、常に接続状態を保つという誘惑に対して、ほとんど不利な点はありません。常時接続状態を保つ標準的な方法は init システムを使うことです。
Jessie のデフォルト init システムは systemd です。ADSL 接続用の自動再開タスクを追加するには、以下の内容を含む /etc/systemd/system/adsl-connection.service などの「ユニットファイル」を作成するだけで簡単に行うことが可能です。 
[Unit]
Description=ADSL connection

[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/sbin/pppd call dsl-provider
Restart=always

[Install]
WantedBy=multi-user.target
このユニットファイルの配置を完了したら、systemctl enable adsl-connection を実行してこれを有効化する必要があります。その後手作業で systemctl start adsl-connection を実行してループを開始します。起動時にはこれが自動的に実行されます。
systemd を使っていないシステム (Debian Wheezy およびそれ以前のバージョンのシステム) では、標準的な SystemV init を別の方法で設定します。このようなシステムでは、/etc/inittab ファイルの最後に以下の 1 行を追加するだけで設定は完了します。このように設定することで、接続が切断されたらいつでも、init が再接続を試行するようになります。 
adsl:2345:respawn:/usr/sbin/pppd call dsl-provider
ADSL 接続が 1 日に 1 回自動切断されるような場合、この方法を取ることで、通信が遮断される期間を短くすることが可能です。

8.2.3.2. PPTP をサポートするモデム

PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) プロトコルは Microsoft によって作られました。PPTP は 初期の ADSL で使われましたが、すぐに PPPOE によって置き換えられました。PPTP を使わなければいけない場合は、第 10.2.4 節「PPTP」をご覧ください。

8.2.3.3. DHCP をサポートするモデム

モデムとコンピュータがイーサネットケーブル (クロスケーブル) で接続されている場合、通常は DHCP でコンピュータのネットワーク接続を設定します。さらにそのようなモデムは自動的にデフォルトでゲートウェイとして働き、ルーティングを処理します (これは、モデムがコンピュータとインターネットの間のネットワークトラフィックを管理することを意味しています)。

BACK TO BASICS 直接イーサネット接続用のクロスケーブル

コンピュータネットワークカードはケーブルの特定のワイヤからデータを受信し、別のワイヤからデータを送信します。コンピュータをローカルネットワークに接続する場合、通常ネットワークカードとリピータまたはスイッチの間をケーブル (ストレートまたはクロスケーブル) で接続します。しかしながら、2 台のコンピュータを直接 (中間にスイッチやリピータを介さずに) 接続したい場合、必ず送信側カードからみた送信ワイヤに伝わる信号を受信側カードからみた受信ワイヤに (その逆も) 伝送させなければいけません。これがクロスケーブルの目的であり、クロスケーブルが使われる理由です。
ケーブルの種類を区別して用途に合わせて使うという作業は、時間とともにほとんど無意味な作業になりつつある点に注意してください。なぜなら、最近のネットワークカードはケーブルの種類を検出して適切に適用できるからです。従って、ある場所で両方の種類のケーブルが使えるというのは異常ではありません。
市場に出ている多くの「ADSL ルータ」とインターネットサービスプロバイダによって提供されるほとんどの ADSL モデムはこのような方法で使われます。

8.2.4. ローミングユーザ向けの自動ネットワーク設定

Falcot の多くのエンジニアはラップトップコンピュータを持っており、自宅でも職務上の目的を果たすためにそれを使います。使用するネットワーク設定は場所によって異なります。自宅では wifi ネットワーク (WPA 鍵で保護されている) を使っているかもしれませんし、その一方で職場ではセキュリティと帯域幅を向上させるために有線ネットワークを使っています。
対応するネットワークインターフェースを手作業で接続したり切断するのを避けるために、管理者はローミングマシンに network-manager パッケージをインストールしました。NetworkManager を使うと、ユーザはグラフィカルデスクトップの通知エリアに表示された小さなアイコンを使って、あるネットワークから別のネットワークに簡単に切り替えることが可能です。NetworkManager のアイコンをクリックすると、利用できるネットワーク (有線と無線の両方) のリストが表示されます。このためユーザは単純に使いたいネットワークを選ぶだけです。NetworkManager は接続済みのネットワークの設定を保存します。そして現在の接続が切断された場合、利用できるネットワークから最適なものを選んで、自動的に切り替えます。
これを行うために、NetworkManager プログラムは 2 つに分割されています。すなわち、ネットワークインターフェースの有効化と設定を担当している root として動くデーモンと、このデーモンを操作するユーザインターフェースの 2 つに分割されています。PolicyKit は NetworkManager プログラムを操作する際に要求される認証を取り扱います。Debian は PolicyKit を設定して、netdev グループが NetworkManager の接続を追加したり、変えることができるようにしています。
NetworkManager はさまざまな種類の接続 (DHCP、手作業設定、ローカルネットワーク) をサポートしていますが、設定をうまく動作させるには NetworkManager プログラム以外を使ってはいけません。このため、NetworkManager は /etc/network/interfaces に含まれるすべてのネットワークインターフェースのうち、不適切なものを系統的に無視します。NetworkManager はネットワーク接続が見つからない場合にその詳細を教えてくれないので、/etc/network/interfaces から NetworkManager で管理されるすべてのインターフェースに関する設定を削除するのが簡単です。
NetworkManager は最初のインストール中に「デスクトップ環境」タスクを選んだ場合にデフォルトでインストールされることに注意してください。

ALTERNATIVE 「ネットワークプロファイル」を使った設定

さらに熟練したユーザは、自動的にネットワークを設定するために guessnet パッケージを試したくなるかもしれません。guessnet パッケージは臨機応変に有効化および設定すべきネットワークプロファイルがどれかを判断する一連のテストスクリプト集です。
ネットワークプロファイルを手作業で選択するのを好むユーザは netenv プログラムを好むかもしれません。このプログラムは同名のパッケージに含まれます。