VPN (Virtual Private Network) 入門

リモートワークを導入するにあたり、VPN の環境を構築する機会が増えていると思います。

一方で、以下の疑問を持つ方も多いと思います。

VPN って何？
VPN ってどういう仕組みなの？
VPN ってどんな種類があるの？

そのため、本記事は上記の疑問を解決するために執筆しました。

VPN (Virtual Private Network) とは

VPN (Virtual Private Network)とは、プライベートネットワーク(第三者からアクセスできないネットワーク)間で安全に通信するために、仮想的なプライベートネットワークを拡張する技術です。

以下の例のように、VPN は地理的に離れたネットワーク間で安全に通信するために利用します。

自宅のプライベートネットワークから企業のプライベートネットワークに安全にアクセス可能
東京支社のプライベートネットワークから大阪支社のプライベートネットワークに安全にアクセス可能

VPN を利用する理由は以下のとおりです。

地理的に離れたネットワーク間で通信する一般的な方法はインターネット
しかし、誰でもアクセス可能なインターネットはセキュリティ面で不安
そこで、VPNを利用（インターネット上に仮想的なプライベートネットワークを拡張）することで、通信の安全性を高める

上記で「地理的に離れたネットワーク間で通信する一般的な方法はインターネット」と言いましたが、他にも色々方法があります。

プライベートネットワーク間を通信する方法

プライベートネットワーク間で通信する方法は、主に次の3つとなります。

プロバイダーの専用線(専用の光ケーブル。契約者が独占。)
プロバイダーの閉域網 + VPN(1つのプロバイダーが持つ閉域網。契約者間で共有)
インターネット + VPN(複数のプロバイダーのルーターの集合。誰でもアクセス可)

プロバイダーの専用線

「プロバイダー専用線」は、契約者が独占する回線で、安全にプライベートネットワーク間を通信します。その代わりに回線費用が高くなります。

プロバイダーの閉域網 + VPN

「プロバイダーの閉域網」は、複数の契約者が回線を共有するため、契約者を区別するためにパブリック IP アドレスが必要となり、そのままではプライベートネットワーク間で通信できません。

インターネット + VPN

「インターネット」は、誰でも回線を使用できるため、次の 2 つの問題があります。

利用者を区別するためにパブリック IP アドレスが必要となり、そのままではプライベートネットワーク間で通信できません。
誰でも回線を使用できるため、悪意のある第３者から攻撃される可能性があります。

VPN では、費用を抑えつつ「プロバイダーの専用線」の機能を実現するために、「プロバイダーの閉域網」や「インターネット」にプライベートネットワークを拡張します。

VPN (仮想的なプライベートネットワーク) を実現する技術

VPN では、プライベートネットワークが「インターネット」、もしくは「プロバイダーの閉域網」を経由して送受信するデータに対して、次の2つの処理を実施することにより仮想的なプライベートネットワークを拡張を実現します。

悪意のある第３者から受信する攻撃を防ぐ
送信するデータを加工し、プライベートネットワーク間での通信する

悪意のある第３者から受信する攻撃を防ぐ

悪意のある第３者から受信する攻撃を防ぐ方法は、「インターネット」と「プロバイダーの閉域網」でそれぞれ以下のように異なります。

インターネットを利用した VPN の場合

認証(悪意のある第３者の侵入を防ぐ)

認証

暗号化(悪意のある第３者がインターネット上でデータを盗聴、改ざんすることを防ぐ)

プロバイダーの閉域網を利用した VPN の場合

プロバイダーと契約者のみが利用できる閉ざされたネットワークを利用して、悪意のある第3者がアクセスできないようにします。

送信するデータを加工し、プライベートネットワーク間での通信する

プライベートネットワークは基本的に他のネットワークからアクセスできません。

そのため、異なるプライベートネットワーク間で通信するためには、データをカプセリング(加工)する必要があります。

カプセリングの前提知識として、必要な OSI 参照モデルについては以下の記事に記載しています。

カプセリングについては、以下の記事をご覧ください。

なお、カプセリングしたデータを使用して、異なるプライベートネットワーク間で通信することをトンネリングと呼びます。

VPN の種類と技術

VPN ではプライベートネットワーク間を繋ぐ方法や「暗号化・認証・カプセリング」の実装方法によって次のような種類に分けられます。(下記に加えて、光ブロードバンド回線 + 通信事業者のIP網で実現するエントリー VPN もあります。)

VPN接続とは？VPNの基本とメリット・デメリットを紹介｜ICT Digital Column　【公式】NTTPCコミュニケーションズ

VPN接続は、公衆回線を用いてデータを暗号化し、通信の内容が漏れることを防ぐ接続方法です。VPN接続の主なメリットは、「複数の拠点からアクセスできる」「導入・運用コストを抑えられる」といったことです。

	「インターネット」を利用したVPN		「プロバイダーの閉域網」を利用したVPN
種類	インターネットVPN		IP-VPN	広域イーサーネット
種類	サイト間VPN	リモートアクセスVPN	IP-VPN	広域イーサーネット
Layer	Layer3	Layer3~7	Layer3	Layer2
認証暗号化	IPSec 詳細 >	IPSec, SSL 詳細(IPSec) > 詳細(SSL) >	無し (プロバイダーの閉域網のため、インターネットと違って外部から盗聴されない)	無し (プロバイダーの閉域網のため、インターネットと違って外部から盗聴されない)
暗号化		IPSec, SSL 詳細(IPSec) > 詳細(SSL) >	無し (プロバイダーの閉域網のため、インターネットと違って外部から盗聴されない)	無し (プロバイダーの閉域網のため、インターネットと違って外部から盗聴されない)
トンネリング		IPSec, OpenVPNなど詳細(IPSec) > 詳細(OpenVPN) >	MPLS 詳細 >	VLANタグ(リンク先後半) 詳細 >
実装方法	接続元と接続先でVPNルーターを使用ハードウェアルーター > ソフトウェアルーター >	接続元: VPNクライアントアプリ接続先: IPSec: VPNルーターを使用 SSL: VPNルーターやVPNサーバーアプリ IPSec クライアントアプリ > SSL クライアントアプリ > ハードウェアルーター > ソフトウェアルーター > VPNサーバーアプリ >	プロバイダーと契約具体例 >	プロバイダーと契約具体例 >
回線利点	インターネット回線が使える		回線速度が安定暗号化のオーバーヘッドが無い
実装利点	VPNクライアントアプリが不要	クライアント側にVPNルーターが不要(自宅や外出先からアクセス可能)	VPNクライアントアプリが不要	VPNクライアントアプリが不要 Layer 3でIPプロトコル以外を使用可能