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PPPとPPPoE(インタネット接続プロトコル)

インタネット接続プロトコルとは、単純にいえば宅内の接続機器とISPのインタネット接続機器の間に一時的なLANを設定するためのプロトコルです。
 PPPは公衆回線でのプロトコルで、PPPoEはPPPをイーサネットで使えるように拡張したもので、ブロードバンド接続では通常PPPoEになります。
 リンク確立、維持、切断の処理など基本的機能以外に、認証機能、圧縮・展開機能、マルチリンク機能などをもっています。

インタネット接続に関連した機能に、マルチセッションとマルチホーミングがあります。
マルチセッションは、同時に複数のISPに接続できる機能です。マルチホーミングは、同一宛先に複数の経路を設定し、負荷を分散させて高速伝送したり、回線トラブルに対応する機能です。

キーワード

HDLC、PPP、PPPoE、LCP、NCP、マルチセッション、マルチホーミング


HDLC、PPP、PPPoE

これらは、OSI基本参照モデルのデータリンク層での1対1(ピアツーピア)間の通信に関するプロトコルです。
 ISPと接続するための代表的なプロトコルにPPPがあります。
 PPPは伝送制御手順のHDLCをベースにして、ISPとの交信に必要な機能を追加したものです。
 PPPは公衆回線でのダイアルアップ接続を対象としたものですが、現在ではLANはイーサネット、インターネットとの接続はブロードバンドの常時接続が主流です。PPPをこの環境に合わせたプロトコルがPPPoEです。

HDLC( High-level Data Link Control )

HDLCは、データ通信で広く採用されている伝送制御手順です。全二重通信、パケット交換方式、コネクション方式、フレーム連続転送、CRC誤り制御などの特徴があります。→参照:通信一般・通信技術

HDLCは、上のような通信に不可欠な機能は持ちますが、PPPで示すような認証や圧縮などの機能を行うことはできません。そのため、HDLCに独自の機能を個別に作成する必要がありました。
 そのため、PPPの普及とともに、この用途での利用はなくなりました。

PPP(Point to Point Protocol)

PPPは、HDLCをベースにして、ISPのアクセスポイントに接続するときに必要な機能を追加したプロトコルです。電話回線やISDNなどダイアルアップ接続を対象にしています。

PPPでは、HDLCで個別に作成していた機能を標準化して、PPPフレームの「タイプ」で指定します。そして、それらを実現するソフトウェアのプロトコルが策定されています。
 PPPの機能は、LCPとNCPに大別されます。
 PPPの処理手順は、次のようになります。
  ・LCPによるデータリンク(PPPリンク)の確立
  ・LCPでの各種機能(認証など)の処理
  ・NCPによる通信の確立

LCP(Link Control Protocol)

リンク確立、維持、切断の処理をします。それ以外に次のようなオプション機能があります。

NCP(Network Control Protocol)

上位のネットワーク層のプロトコルを指定します。通常はIPですので、IPCP( Internet Protocol Control Protocol)を指定します。
インターネットを利用するには、IPアドレスが必要です。IPCPにより、ISPから一時的なIPアドレスが利用者側の機器に与えられます。

PPPoE(PPP over Ethernet)

PPPが公衆回線を対象にしているのに対して、PPPoEはイーサネットからブロードバンド回線に常時接続している環境を対象にします。
 PPPoEは、PPPの機能をほぼ包含しています。
 

用語の説明

これらの用語は通信一般で用いる用語ですが、以下の理解のために掲げておきます。

ネゴシエーション
二者間で接続の開始や通信方法の確認などについて情報を交換し、決定する過程のことです。
セッション
セッションとは,セッション層の用語で、通信の開始から終了までを管理する一つの単位です。
例えば、クライアントとサーバの間で暗号通信を行うとき、暗号化のプロトコルについてネゴシエーションして合意する必要があります。その合意がセッションで、合意が成立した状態を、セッションの確立といいます。
クライアントとサーバの間でセッションが確立した段階で,HTTPやSMTPなどの通信に使うアプリケーションを用いたデータ転送が可能になります。
コネクション
コネクションは、トランスポート層、TCP(Transmission Control Protocol)での用語で、セッションでデータ転送を行うための論理的な回線のことです。
暗号通信でいえば、コネクションを使えば、データを送信するたびにセッションの確立をしなくても暗号通信ができます。
コネクションはセッションによって管理されます。すなわち、一つのコネクションに複数のセッションを適用することはできませんが、一つのセッションに複数のコネクションが存在する場合もあります。

PPPoEでの接続順序

PPPoEの通信は、
 ・Discoveryステージ:PPPoEで追加した操作
 ・PPPセッションステージ:PPPでの操作(上述と同じ)
に分かれます

ここでは、利用者側のLANの出口であるブロードバンドルータをクライアント、IPS側のPPPoEアクセスサーバをサーバということにします。
 (D)はDiscoveryステージ、(P)はPPPセッションステージを示します。
 矢印は発信元、受信先の関係を示します。

PPPoEの設定

PPPoEを使うには、ユーザIDとパスワードその他のオプション情報を、利用者が自分のルータやパソコンに設定しておく必要があります。接続時にPPPやPPPoEの機能により自動的に認証されます。設定方法はPPPもPPPoEもほぼ同じです。

設定は、次の二つに分かれます。どちらもパソコンのブラウザから設定できます。ルータで設定してあるのに、パソコンにも設定しようとすると、設定ができなかったり、接続できなくなったりすることがあります。ルータに設定すると決めておくのが適切でしょう。


関連事項

マルチセッション(Multisession)

PPPoEで使うことが多く、PPPoEマルチセッションともいいます。 同時に複数のISPに接続できる機能です。

シングルセッションとマルチセッション

通常は一つのISP(A)と契約をして、そのISPと接続したときに一つのセッションが確立して、一つのIPアドレスが与えられ、それを用いてインターネットを利用します。
 他のISP(B)とも契約して、同様のサービスを受けることができますが、同時にAとBの両方にセッションを確立することはできません。Aのセッションを切ってから、手動でBのセッションを立ち上げる必要があります。 (Bは必ずしも他ISPではなく、Aのサービス情報サイトの場合もありますが、ここでは省略します。)
 このような環境をシングルセッションといいます。

それに対して、マルチセッションでは、同時にAとBに接続できる仕組みです。マルチセッションの個数は、提供内容、契約内容により異なりますが、最大5程度で個人用では2が多いようです。

マルチセッションの仕組み

このような仕組みなので、マルチセッションを行うにはキャリアとISPの両方に対してマルチセッション契約を行うことになります。
そのため、東西NTTなどキャリアと主となるISP(A)をもつ事業者が有利です。フレッツなどではPPPoEマルチセッション機能を標準機能としてもっています。

マルチセッションの利点

個人・家庭用に限定します。利点としては次のことがあげられます。

反面、マルチセッションでは、ISPごとに利用料金が発生しますし、その環境設定は素人には面倒です(初期設定は契約業者が設定してくれますが)。さらに、上記の利点も代替手段が存在します。
 そのため、マルチセッションは個人よりもビジネス環境で使われるのが通常です。

マルチホーミング(Multihoming)

マルチホーミングは、同一宛先に複数の経路を設定し、負荷を分散させて高速伝送したり、回線トラブルに対応する機能です。

マルチホーミングの目的と用途

複数のISPと契約して、複数のIPアドレスでインターネットに接続するのはマルチセッションと似ていますが、マルチホーミングは、異なるISPから異なる経路により同じ宛先と接続することが目的で、主にバックボーン回線に注目した技術です。

複数のISPを利用すれば複数の経路で伝送できるので、伝送時間が短くなるのは当然ですが、それ以外にも伝送時間の短縮に役立ちます。
 一般的に送信先との間に、ルータなどの転送機器が少ないこと、その間が高速な回線であることが、伝送効率を高めますが、それらはISPがどのような回線を利用しているかにより異なりますし、状況により変化します。
 そのため、そのときどきに合わせて負荷分散すれば、最適な伝送が得られます。

マルチホーミングは、次のようなときに用いられます。

マルチホーミングの仕組み

ASとは、ISPが属する地域あるいは回線網のグループで、全世界で一意の番号が付けられいます。 AS間を結ぶ経路制御をBGPといい、その回線IXでは、AS番号をIPアドレスのようにして、受信先のIPSがいるASを特定します。 また、負荷分散にはロードバランサ機能をもちいます。


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