2020年代の自宅サーバー

「自宅サーバー」というと、最近では自宅でビールサーバーが楽しめるサービスの方を思い浮かべる方が多いくらいマイナーなものとなっている2021年の夏ですが、現在自宅サーバーを2台運用しているので、今回は自宅サーバーについて軽い話題を中心に書いてみます。

自宅サーバーとは

一応定義を書いておくと、自宅に物理的なサーバーを置いて運用することです。

2000年代に出てきたレンタルサーバー、その後に出てきた VPS、あるいは AWS 等の IaaS といった便利・安価なサービスは使わないので、一種の道楽という認識の人も多いかもしれません。

自宅サーバーのメリット

自宅サーバーは、単なる趣味では無く、実益もあります。

技術力が身に付く

1番大きなのは、自宅サーバーの構築・運用を通じて技術力が身に付くことです。

自宅サーバーを稼働させるには、以下のような作業が必要です。

PC に Linux 等をインストールしてサーバーにする
- ★その後サーバーの設定をする
ドメインを取得し、DNS の設定をする
自宅のルーターの設定を行う

また、上に挙げたような必須の作業以外に

OS のインストールにあたり、パーティションの分割を行う
PC を自作する
LAN ケーブルを敷設する

などをする人もいると思います。

また、「サーバーの設定」と一言で書きましたが、実際には

ネットワークの設定
ウェブサーバーの構築、設定
その他、各種サーバーの構築、設定

などがあります。こうしたことを1人でやると、色々調べざるを得ないため、自然に技術力が付きます。

安く環境が手に入る場合も

ウェブサーバー、メールサーバーなどは安価なサービスが沢山あるため、自宅サーバーで運用するのは、コストだけを考えると（10年以上前から）割りに合わなくなっています。ただ、いくつかの分野ではまだ自宅サーバーの方がコストの面で優位性があります。

機械学習など

一番の顕著なものは機械学習環境です。AWS、GCP などの GPU インスタンスは、ちょっとした実験などで不定期に数日、1週間とかを起動するのにはちょうど良いと思います。一方、ジョブを何度も動かしてチューニングなどする場合には、起動しっぱなしにするのでかなりの金額になります。

例えば、AWS の p2.xlarge (NVIDIA K80 12GB)の場合、大雑把には月に7万円くらいです。1年間の Compute Savings Plan の場合でも5万円強/月です。

一方、自宅サーバーの場合、大雑把に費用を計算すると、本体30万円＋電気代1万円/月くらいです。GPU はゲーム PC 用のものを使う事になるため、性能的に比較が難しい面がありますが、p2.xlarge の 2/3 の性能だとしても1年弱で元が取れると思います。

機械学習特化のもの、ゲーム用も含めた GPU の比較は、以下のようなページがありますので、参考にして下さい。

The Best GPUs for Deep Learning in 2020 — An In-depth Analysis

その他

それ以外だと、動画とかのファイルを大量に保管する場合などは、NAS とかを使った方が若干安くなるかもしれません。

ただ、ネットワーク転送量や管理の手間などを考えると、レンタルサーバーなり Dropbox とかを使った方が良いかもしれませんが。

自宅サーバーのセットアップ（基本）

自宅サーバーの基本的なセットアップ方法は、20年くらい前からあまり変わっていません。

OS のインストール、設定

OS は、特別な理由が無い限りは Linux をお勧めします。インストール方法や基本的なネットワーク設定の方法は、色々なページで紹介されているので、ここでは省略します。

ただ、余っている古い Windows 機、Mac などを使いたい場合もあると思いますので、以降、Linux 以外の手順も随時補足します。

固定IPの設定

プロバイダで固定IPを振ってくれる場合

自宅のプロバイダーが固定IPを付与してくれる場合、あるいはそういうオプションがある場合はそれを使いましょう。以下、固定IPが 1.2.3.4 だったとして、話を進めます。

固定IPが振られている場合は、次に、以下のような設定を行います。

サーバーのIPアドレスを固定する（例: 192.168.0.2）
自宅のルーターで静的 NAT の設定を行い、外部からのトラフィックは 192.168.0.2 にいくようにする

そうすることで、以下のように外部からアクセス出来ます。

外部から 1.2.3.4 へのアクセス → ルーターで NAT → 192.168.0.2 へ到達

色々検索したものの、わかりやすく説明したページが意外に少なかったのですが、以下のページが比較的分かりやすかったので参考にしてみて下さい。

DMZとは？静的IPマスカレード/NAPTとは？

固定IPが無い場合

私は1年前くらいに引っ越したのですが、今のプロバイダでは固定IPを振ってくれないため、以下のサービスを使っています。

マイIP・マイIP ソフトイーサ版 | サービス一覧 | 株式会社インターリンク【公式】

この場合、Linux を普通にインストールした後で

Linux サーバーに固定IPを振る（例: 192.168.0.2、※）
Linux サーバー上でマイIPの設定をする: Unix (CentOS・Debian・Ubuntu・Arch Linux・FreeBSD)のPPTP接続　■マイIP (PPTP/L2TP版)

という作業を行えば、外部からマイIPで振られたIPにアクセスすると、Linux サーバーに接続出来ます。Windows、Mac の場合も手順は同様です。

なお、この方法だと、トラフィックは全てマイIPのサーバーを経由するので、サーバーのネットワーク速度が遅くなってしまいファイルのダウンロードなどに時間がかかるという欠点があります。proxy サーバーを用意するなどの回避策はありますが、詳細は省略します。

※: 必ずしも固定IPを振る必要は無いのですが、サーバーの IP が変わるとトラブルの元なので、固定しておいた方が無難です

DNS でホスト名を割り当てる

振られた固定IPをそのまま使って、 ssh user@1.2.3.4 などとやってもいいのですが、ホスト名を振っておいた方が良いです。

そのため、 DNS に以下のような A レコードを追加します。1つの IP に複数の A レコードを振ることも出来ますし、CNAME レコードを使っても良いです。

home-server.mobalab.net -> 1.2.3.4
machine-learning.mobalab.net -> 1.2.3.4

SSH 等、必要なサービスの起動

Linux の場合

Linux の場合は、難しい事は無いと思いますし、情報も多いので省略します。

Mac の場合

Mac の場合、「システム環境設定」→「共有」→「リモートログイン」で、SSH サーバーを起動することができます。

MacにSSHログインする方法 – リモートログインの設定 | PC設定のカルマ

昔の自宅サーバーと異なる点

ネットワーク接続の柔軟性

昔の自宅サーバーの場合、

自宅サーバー <-> 自宅LAN（有線/Wi-Fi）<-> ルーター <-> 光/ADSL

という以外のネットワーク構成は少なかったです。

一方、最近では、ネットワークに関して以下のような選択肢が増えました。

前述のマイIP、あるいはVPNサービスの使用
スマホのテザリングや LTE ルーター、ポケット Wi-Fi の使用・併用

実際、私の自宅サーバー・ネットワークでは、マイIP、スマホのテザリング、LTE ルーター、OpenVPN を併用しています。

用途が増えた・変わった

昔の自宅サーバーの用途としては、Web、DNS、ファイルサーバー、メール（メーリングリスト含む）、あたりが一般的だったと思います。それに比べると、最近では以下のような用途で使うことも多いです。

機械学習
メディアサーバー（録画した動画を外から見る、など）
監視カメラ（ペット、要介護の家族、外部からの侵入、など）
VPN
ゲームサーバー（Minecraft とか）

IPv6 が大分普及した

以前の自宅サーバーと事情が違うのが、IPoE での IPv6 接続が大分一般的になってきたことです。そのため、

自宅サーバーに繋ぐ際に、 IPv4 （あるいは IPv6）だとつながらない、といったトラブルへの対処
DNS への AAAA レコードの登録

などの余計な手間がかかってきます。

また、IPv6 環境で自宅サーバーを立てるには、ルーター側もそれに対応している必要があります（単に IPv6 で接続出来るだけではダメです）。

私の環境では IPv6 でのサーバー公開は諦めました。

仮想化、コンテナ技術

昔の自宅サーバーは、Apache、BIND、sendmail などを Linux 上で直接動かしていました。一方、現在の自宅サーバーでは、SSH などの基本的なサービスは OS 上で直接稼働させますが、それ以外のサービスは Docker コンテナ内で動かす事も多いと思います。

場合によっては VMware などを入れて、Windows サーバーを複数動かしたり検証に利用したりという事も考えられます。（知り合いの Windows 系のエンジニアがやっていました。）

まとめ

2021年の今、昔に比べると自宅サーバーのメリットは少なくなってるかもしれませんが、色々試すうちに技術力が付く、というメリットは不変です。また、機械学習・メディアサーバーなど、昔はあまり無かったような用途で使うメリットもあるので、自宅サーバー未経験の人は安価なPC・古いPCなどで一度自宅サーバーを立ててみてはどうでしょうか。