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)

Most modern local networks use the Ethernet protocol, where data is split into small blocks called frames and transmitted on the wire one frame at a time. Data speeds vary from 10 Mb/s for older Ethernet cards to 100 Gb/s in the newest cards (with the most common rate currently growing from 100 Mb/s to 10 Gb/s). The most widely used cables are called 10BASE-T, 100BASE-T, 1000BASE-T, 10GBASE-T and 40GBASE-T, depending on the throughput they can reliably provide (the T stands for “twisted pair”); those cables end in an RJ45 connector. There are other cable types, used mostly for speeds of 10 Gb/s and above.

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 10.6 節「IPv6」で説明されていますが、その概念は IPv4 と同じです。

The network is automatically configured during the initial installation. If Network Manager gets installed (which is generally the case for full desktop installations), then it might be that no configuration is actually required (for example, if you rely on DHCP on a wired connection and have no specific requirements). If a configuration is required (for example, for a WiFi interface), then it will create the appropriate file in /etc/NetworkManager/system-connections/.

NOTE NetworkManager

If Network Manager is particularly recommended in roaming setups (see 第 8.2.5 節「ローミングユーザ向けの自動ネットワーク設定」), it is also perfectly usable as the default network management tool. You can create “System connections” that are used as soon as the computer boots either manually with a .ini-like file in /etc/NetworkManager/system-connections/ or through a graphical tool (nm-connection-editor). If you were using ifupdown, just remember to deactivate the entries in /etc/network/interfaces that you want Network Manager to handle, or specifically allow Network Manager to handle these devices.

→ https://wiki.gnome.org/Projects/NetworkManager/SystemSettings

→ https://networkmanager.dev/docs/api/1.42.4/ref-settings.html

→ https://networkmanager.dev/docs/api/1.42.4/NetworkManager.conf.html#id-1.2.3.9

If Network Manager is not installed, then the installer will configure ifupdown by creating the /etc/network/interfaces file. A line starting with auto gives a list of interfaces to be automatically configured on boot by the networking service. When there are many interfaces, it is good practice to keep the configuration in different files inside /etc/network/interfaces.d/ as described in sidebar 「BACK TO BASICS .d で終わるディレクトリ」.

In a server context, ifupdown is thus the network configuration tool that you usually get. That is why we will cover it in the next sections. For more information about the syntax of the configuration file please read interfaces(5).

Alternatives to the mentioned packages are netplan and systemd-networkd, which should be mentioned here. They are often used by cloud hosters and providers of virtual private servers. Please read their manual pages if you are planning on using them.

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 enp0s31f6
iface enp0s31f6 inet dhcp
  hostname arrakis

IN PRACTICE ネットワークインターフェースの名称

By default, the kernel attributes generic names such as eth0 (for wired Ethernet) or wlan0 (for WiFi) to the network interfaces. The number in those names is a simple incremental counter representing the order in which they have been detected. With modern hardware, that order (at least in theory) might change for each reboot and thus the default names are not reliable.

Fortunately, systemd and udev are able to rename the interfaces as soon as they appear. The default name policy is defined by /lib/systemd/network/99-default.link (see systemd.link(5) for an explanation of the NamePolicy entry in that file). In practice, the names are often based on the device's physical location (as guessed by where they are connected) and you will see names starting with en for wired ethernet and wl for WiFi. In the example above, the rest of the name indicates, in abbreviated form, a PCI (p) bus number (0), a slot number (s31), a function number (f6). Thus the name becomes predictable.

当然ですが、この命名規則を上書きしたり、いくつかの特定のインターフェースに特別な名前を付けることも可能です。ネットワークインターフェースの名前は ip addr の出力 (または /sys/class/net/ のファイル名) に使われています。

In some corner cases it might be necessary to disable the predictable naming of network devices as described above. Besides changing the default udev rule it is also possible to boot the system using the net.ifnames=0 (restores the default kernel behavior) and biosdevname=0 kernel parameters to achieve that.

The predecessor of the predictable name scheme was called “persistent name scheme”. It was done using a udev rule to assign the device name based on the MAC address. This scheme has been abandoned and with the release of Debian 10 Buster users have been encouraged to migrate to predictable network device names.

→ https://www.debian.org/releases/buster/amd64/release-notes/ch-information.en.html#migrate-interface-names

「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 enp0s31f6
iface enp0s31f6 inet static
  address 192.168.0.3/24
  broadcast 192.168.0.255
  network 192.168.0.0
  gateway 192.168.0.1

NOTE 複数アドレス

It is possible not only to associate several interfaces to a single, physical network card, but also several IP addresses to a single interface. To assign them, just create several iface entries for the same device. Remember also that an IP address may correspond to any number of names via DNS, and that a name may also correspond to any number of numerical IP addresses.

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. 無線インターフェース

Getting wireless network cards to work can be a bit more challenging. First of all, they often require the installation of proprietary firmwares. Then wireless networks rely on cryptography to restrict access to authorized users only, this implies storing some secret key in the network configuration. Let's tackle those topics one by one.

8.2.2.1. 必要なファームウェアのインストール

First you have to enable the non-free-firmware repository in APT's sources.list file: see 第 6.1 節「sources.list ファイルの内容」 for details about this file. Many firmware are proprietary and are thus located in this repository. You can try to skip this step if you want, but if the next step doesn't find the required firmware, retry after having enabled the non-free section.

Then you have to install the appropriate firmware-* packages. If you don't know which package you need, you can install the isenkram package and run its isenkram-autoinstall-firmware command. The packages are often named after the hardware manufacturer or the corresponding kernel module: firmware-iwlwifi for Intel wireless cards, firmware-atheros for Qualcomm Atheros, firmware-realtek for Realtek, etc. A reboot is then recommended because the kernel driver usually looks for the firmware files when it is first loaded and no longer afterwards.

8.2.2.2. `/etc/network/interfaces` 内の無線に関するエントリ

ifupdown には無線インターフェースを管理する機能がありますが、wpasupplicant パッケージの手助けが必要です。これは ifupdown と (WPA/WPA2 暗号化を使う場合に) 無線インターフェースを設定するための wpa_supplicant コマンドを統合するものです。これで /etc/network/interfaces 内のエントリに無線ネットワークの名前 (SSID) と 事前共有鍵 (PSK) を指定する 2 つの拡張パラメータを利用できるようになります。

例 8.3 無線インターフェース用の DHCP 設定

auto wlp4s0
iface wlp4s0 inet dhcp
  wpa-ssid Falcot
  wpa-psk ccb290fd4fe6b22935cbae31449e050edd02ad44627b16ce0151668f5f53c01b

wpa-psk パラメータには平文または wpa_passphrase SSID passphrase でハッシュ化されたパスフレーズを指定します。暗号化されていない無線接続を使う場合、wpa-key-mgmt NONE を追記して wpa-psk エントリを削除します。利用できる設定オプションに関する詳しい情報は /usr/share/doc/wpasupplicant/README.Debian.gz を参照してください。

この時点で、/etc/network/interfaces の読み込みパーミッションを root ユーザのみに制限することを検討すべきでしょう。なぜなら、このファイルに含まれる秘密鍵を誰もが見れる状況は避けるべきだからです。

8.2.3. 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。

8.2.4. 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。

8.2.4.1. 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。

systemd を使うなら、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。

8.2.4.2. 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 10.3.4 節「PPTP」をご覧ください。

8.2.4.3. 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。

Note that this distinction has become almost irrelevant over time, as modern network cards are able to detect the type of cable present and adapt accordingly, so it won't be unusual that both kinds of cable will work in a given location.

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。

8.2.5. 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。

Network Manager knows how to handle various types of connections (DHCP, manual configuration, local network), but only if the configuration is set with the program itself. This is why it will systematically ignore all network interfaces in /etc/network/interfaces and /etc/network/interfaces.d/ for which it is not suited. Since Network Manager doesn't give details when no network connections are shown, the easy way is to delete from /etc/network/interfaces any configuration for all interfaces that must be managed by Network Manager. Alternatively, it can be configured to manage all devices listed in that file as well. This configuration is handled in the [ifupdown] section of its configuration file.

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。