クラウドネットワークにおけるトンネリングとは、他者に知られることなく、あるネットワークから別のネットワークへデータを安全に移動させる方法です。自分だけが鍵を持つ秘密の通路や地下トンネルをイメージしてください。そこを通れば、覗き見を心配せずにデータを送受信できます。
ネットワークにおけるトンネリングの仕組み
ネットワークトンネリングでは、パブリックネットワーク上の通常のトラフィックに見えるよう、データをカプセル化したパケットで包みます。パケットは宛先に到着すると、カプセル化が解除され、復号されます。
パケットは通常、次の2つの部分で構成されます。
- ヘッダー：送信元と宛先のIPアドレスなど、プロトコルやルーティングに関する情報が含まれます。
- ペイロード：実際に送信されるデータです。
トンネリングにより、パブリックネットワーク上のプライベートトンネルを通過するデータの安全性が確保されます。また、パブリックネットワークの他のユーザーによる速度低下や通信の中断を心配する必要もありません。
ネットワークトンネルの2つのタイプ
ネットワークトンネルには目的の異なる複数のタイプがありますが、最も一般的なのは仮想プライベートネットワーク（VPN）とセキュアシェル（SSH）トンネルです。
仮想プライベートネットワーク（VPN）トンネル
ネットワークトンネルで圧倒的に一般的なのはVPNトンネルです。VPNトンネルを使うと、パブリックインターネット経由でリモートネットワークに安全に接続でき、セキュリティリスクを心配せずにトンネルの先にあるリソースへアクセスできます。VPNは暗号化も行うため、トンネルの外部にいる第三者がデータを傍受したり読み取ったりすることが困難になります。
セキュアシェル（SSH）トンネル
SSHトンネルは、インターネットのような安全でないネットワーク上で、サーバーとクライアント間に暗号化接続を提供します。SSHトンネルは、安全なファイル転送、リモートでのコマンド実行、ポートフォワーディングに利用できます。そのため、データセンターや、分散した従業員を集中管理するIT部門を持つ大企業で役立ちます。
トンネリングで使われる一般的なプロトコル
ネットワークでトンネリングを行う方法は多数あり、PPTP、L2TP、IPsec、SSL/TLSなど、さまざまなプロトコルが使われます。
ポイントツーポイントトンネリングプロトコル（PPTP）
ポイントツーポイントトンネリングプロトコル（PPTP）は、TCPポート1723でVPNを構築する安全な方法です。PPTPはIPネットワークを利用してトンネルを構築し、VPN接続経由で送信されるデータを暗号化します。接続をすばやく確立できるのが特徴です。
ただし、認証が脆弱になりやすいという問題があり、ユーザーにセキュリティリスクをもたらします。
レイヤー2トンネリングプロトコル（L2TP）
レイヤー2トンネリングプロトコル（L2TP）は、PPTPを拡張する形でISPがVPNを実現するために使う一般的なトンネリングプロトコルです。OSIモデルに基づくセッション層で動作し、IPのレイヤー3ネットワークを介して2つのL2ネットワーク間でデータを送信します。
L2TPには標準で暗号化機能が含まれていないため、セキュリティを高めるには別の暗号化プロトコルが必要になる点に注意してください。
インターネットプロトコルセキュリティ（IPsec）
インターネットプロトコルセキュリティ（IPsec）は、2つのネットワーク間のデータ通信を保護するために使われるトンネリングプロトコルです。望ましくない送信元からのアクセスを制限し、異なるプロトコルで動作する可能性のある2つのネットワークを組織が安全に接続できるようにします。
IPsecは、転送中の情報を安全に保つため、企業や政府機関に広く導入されています。機密データを送信する際には重要な利点です。
セキュアソケットレイヤー（SSL）とトランスポート層セキュリティ（TLS）
SSLは、データの暗号化に2つの鍵を使う暗号システムです。1つは全員が知る公開鍵、もう1つはメッセージの受信者だけが知る秘密鍵です。SSLはWebサーバーとブラウザーの間に暗号化リンクを作成し、ユーザーがオンラインでプライベートなデータを送信できるようにします。Web上の安全な通信に使われる最も一般的な技術の1つです。
TLSはSSLを改良したバージョンで、前身と同様に機能します。
スプリットトンネリング
スプリットトンネリングとは、モバイルユーザーが暗号化されたVPN接続を通じて特定のネットワークリソースにアクセスする一方、それ以外のトラフィックはローカルISPのゲートウェイ接続を介して、暗号化されずにパブリックなインターネットを通過できるようにするコンピューターネットワークの概念です。パブリックインターネットを通過するデータの安全性を高めながら、プリンターやファイル共有などのローカルリソースにも完全にアクセスできます。
IP in IP
IP in IPは、IPパケットを別のIPパケット内にカプセル化し、2つのリモートホスト間に安全なトンネルを提供するトンネリングプロトコルです。トンネルは送信元IPアドレスを持つ入口と、宛先IPアドレスを持つ出口を作成します。
トンネリングでは、内部パケットはTime to Live（TTL）フィールドが減算される以外は変更されません。正常に送信するため、Don’t FragmentやType of Serviceなどの他のフィールドは外側のパケットにも複製されます。
また、パケットサイズがパスの最大転送単位（MTU）を超える場合は、トンネリング前に分割され、カプセル化解除後に宛先で適切に再構成されます。
Generic Routing Encapsulation（GRE）トンネリング
Generic Routing Encapsulation（GRE）は、Cisco Systemsが開発したトンネリングプロトコルで、IPネットワーク内に音声、動画、データのトラフィックをカプセル化します。GREはIPv4またはIPv6で利用でき、従来のVPN技術と比べて、拡張性や柔軟性が向上するなどのメリットがあります。
Virtual Extensible Local Area Network（VXLAN）
Virtual Extensible Local Area Network（VXLAN）は、物理インフラネットワーク上に仮想LANを構築するためのカプセル化プロトコルです。従来のVLAN技術と比べ、拡張性の向上、管理性の改善、高度なセキュリティ機能などのメリットがあります。
OpenVPN
OpenVPNは、VPN技術を利用して、安全なポイントツーポイント接続やサイト間接続、リモートアクセス機能を実現するオープンソースアプリケーションです。SSL/TLSを使った独自のセキュリティプロトコルを採用し、効率的な鍵交換を行うことで、転送中のデータを安全に保ちます。
Generic Network Virtualization Encapsulation（Geneve）
Generic Network Virtualization Encapsulation（Geneve）は、Internet Engineering Task Force（IETF）が開発したオーバーレイネットワークのカプセル化プロトコルです。VXLANやNVGREなど、複数のカプセル化方式をサポートします。また、パケット単位の負荷分散、ポリシーベースルーティング、QoS制御などの機能も備えています。
WireGuard
WireGuardは、使いやすさ、非常に高速なパフォーマンス、最大限のセキュリティを実現するために設計されたオープンソースのソフトウェアアプリケーションです。このプロトコルは、より強力なインフラを提供することで、OpenVPNやIPsecを上回る能力を発揮することが実証されています。WireGuardはUser Datagram Protocol（UDP）を使用します。
トンネリングの8つのメリット
ネットワークトンネリングには、データを安全かつ効率的に転送できるという明らかなメリットがありますが、それ以外にも、遅延の最小化、拡張性と管理性の向上、サポートされていないプロトコルやISPの制限を越えたデータ転送など、多くの利点があります。
ネットワークでトンネリングを利用する8つのメリットを紹介します。
1. データを安全に保護
トンネリングは、ネットワーク間を移動するデータを暗号化し、認証されたユーザーだけがアクセスできるようにすることで、データの安全性を高めます。また、ネットワークへの不正アクセスを防ぎ、悪意のある攻撃者を締め出すのにも役立ちます。
2. VPNを構築
トンネリングを使ってVPNを構築すれば、複数のリモートユーザーが共有のパブリックネットワークまたはプライベートネットワーク経由で安全に接続できます。これにより、リモートワークや他のチームとの共同作業がはるかに簡単かつ安全になります。
3. 遅延を最小化し、速度を向上
GREやIPsecなど一部のトンネリングプロトコルは、送信が必要なデータ量を減らすことで遅延と速度を改善し、ネットワークの効率を高められます。
4. 拡張性を向上
トンネルは既存の接続やサービスを中断せずに簡単に追加・削除できるため、ネットワークトンネリングを使うと現在のニーズに応じてネットワークを容易に拡張・縮小できます。
5. 管理性を改善
整理された状態を維持する必要がある大規模ネットワークでは、トンネリングにより、管理者はネットワークの各セグメントを互いのパフォーマンスやセキュリティ対策に影響を与えず、個別に管理できます。
6. 柔軟性を向上
トンネリングを使うと、ネットワークの構成に柔軟性が生まれます。VoIPやビデオ会議などの異なるプロトコルやアプリケーションをインフラの各部分で同時に利用しながら、すべてをトンネルで安全に接続した状態に保てるためです。
7. サポートされていないネットワークプロトコルを利用可能に
トンネルはさまざまな種類のトラフィックを通過させられるため、一部のハードウェアデバイスがサポートしていないプロトコルにも対応できます。これにより、互換性の問題で特定のアプリケーションがそのデバイス上で正常に動作できない事態を防げます。
8. ISPのファイアウォールを回避
トンネリングは、ローカルのファイアウォールルールやISPの制限を回避するルーティングに利用できます。検閲法やその他の規制上の問題により、特定の地域や国でブロックされているサービスにアクセスしたい場合に便利です。VPNアプリケーションはこうした制限の回避によく使われ、VPNなしではアクセスできないコンテンツにもアクセスできるようにします。
トンネリングの4つのデメリット
ネットワークでトンネリングを利用すると多くのメリットが得られる一方、セキュリティリスクや互換性の問題、場合によっては専用のハードウェアやソフトウェアが必要になるなど、いくつかのデメリットにも注意が必要です。
1. セキュリティリスク
ネットワークトンネルの主なデメリットは、データが適切に暗号化されていない場合にセキュリティリスクが生じることです。トンネルの設定を誤ると、悪意のある攻撃者にトンネルを通過するデータを傍受・改ざんされる可能性があります。
2. 専用のハードウェアやソフトウェアが必要
ネットワークトンネルを利用するには、トンネルをサポートする専用のハードウェアまたはソフトウェアが必要です。特に異なるネットワーク間に複数のトンネルを構築する場合、導入コストが高くなる可能性があります。
3. 互換性の問題
他のテクノロジーと同様、対応していないネットワーク間で異なるプロトコルやアプリケーションを使うと、互換性の問題が発生する可能性があります。そのため、ネットワークトンネルを導入する前に、各トンネリングプロトコルを調査し、互換性を確認することが重要です。
4. 遅延の増加
遅延には両面があります。一部のトンネリングプロトコルは遅延を減らせますが、逆に遅延を増加させるものもあります。導入前にさまざまなトンネリングプロトコルを調査し、自分の環境に最適なものを見極めることが重要です。
ネットワークトンネルはいつ使うべきか？
2つ以上のネットワーク間で大量のデータを安全に転送する必要がある場合、組織はネットワークトンネルの利用を検討すべきです。トンネリングプロトコルを使えば、転送中のデータを保護し、許可された担当者だけがアクセスできるようにできます。
トンネリングプロトコルを使うと、プライベートネットワークのデータやプロトコル情報をパブリックネットワーク内で送信できるため、異なる場所に複数のオフィスを持つ組織に最適です。
トンネリングプロトコルは、転送データを暗号化することで、出張中のデータ保護やサイバー犯罪の防止にも役立ちます。悪意のある攻撃者による機密情報の傍受やアクセスが困難になり、許可された担当者だけがデータにアクセスできるようになります。
さらに、トンネリングプロトコルは、ネットワークへのアクセスを許可する前にユーザーを認証することで、セキュリティをもう1段階高めます。
トンネリングの利用例
トンネリングの最も一般的な用途はVPNです。VPNは、インターネット経由でリモートネットワークへの安全なアクセスをユーザーに提供します。2つのネットワーク間で転送されるデータを暗号化することで、ユーザーデータを保護し、第三者による傍受や改ざんを防ぎます。政府による検閲が広く行われている国では、VPNを使って制限を回避し、本来ならブロックされるコンテンツにアクセスすることがよくあります。中国のインターネットユーザーや観光客は、Great Firewall of Chinaを回避するためにVPNアプリケーションを日常的に利用しています。
トンネリングのもう1つの一般的な用途は、データセンターのレプリケーションです。GREなどのトンネリングプロトコルを使うと、組織はあるデータセンターから別のデータセンターへデータを複製し、必要な情報をすべてパブリックインターネット経由で安全に転送できます。
まとめ：ネットワークトンネリングを理解して活用する
ネットワークトンネリングは、ネットワークの世界で非常に価値のあるツールです。安全でないネットワーク上で機密データを安全に転送しながら、ユーザーがリモートネットワークやリソースへ安全にアクセスできるようにします。適切に設定すれば、トンネルを通過するすべてのトラフィックをエンドツーエンドで暗号化し、セキュリティを大幅に高められます。
一方で、トンネリングの設定や維持は容易ではありません。トンネルの構築には慎重な計画が必要で、すべてが正しく機能するよう、関係する各プロトコルを十分に理解しなければなりません。また、トンネルの種類によっては、その性質上、遅延の問題が発生しやすいものもあります。トンネリングを利用するかどうかを判断する際は、この点も考慮してください。
総じて、ネットワークトンネリングは信頼性と安全性の高い通信を実現する優れた方法です。
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