ネットワークのしくみ

IPv4は32ビット

IPアドレスは、ネットワーク上で通信元や通信先を識別するためのアドレスです。正確には機器のネットワークインターフェースに設定され、1台の機器が複数のIPアドレスを持つ場合もあります。

IPv4は32個の0・1で表されます。これを8ビットずつ4つに分け、それぞれを10進数にした表記が 192.168.10.70 です。8ビットのまとまりをオクテットと呼びます。

8ビットには2⁸＝256通りあり、各オクテットは0〜255です。例えば 192.168.10.256 はIPv4として正しくありません。

ネットワーク部とホスト部

ネットワーク部は所属するネットワーク、ホスト部はその中のアドレスを区別します。境界はIPアドレスだけでは決まらず、サブネットマスクまたはプレフィックスで指定します。

プライベートIPは、組織や家庭の内部で使えるように予約されたIPv4アドレスです。別々の独立したネットワークで同じ範囲を使えますが、接続するネットワーク内では重複しないように管理します。

これらのアドレスは、そのまま公共のインターネットで経路として扱われません。家庭などでは一般にルーターのNAT/NAPTを利用して外部と通信します。グローバルIPはインターネット上で利用するために割り当てられるアドレスですが、持っていれば必ず外部から接続できるわけではなく、経路やファイアウォールの設定にもよります。

範囲の分類と、計算に使うマスクは別

192.168.0.0/16 は予約範囲全体の表記です。その一部を 192.168.10.64/26 として使うこともできます。クラスA・B・Cという歴史的な分類ではなく、問題に指定されたプレフィックスを使って計算しましょう。

/26は「先頭26ビットがネットワーク部」

192.168.10.70/26 のホスト部は 32−26＝6ビットです。通常のCIDRのサブネットマスクは、ネットワーク部を連続した1、残りのホスト部を0で表します。

青：ネットワーク部26ビット ／ 橙：ホスト部6ビット

最後の 11000000 は128＋64＝192。したがってマスクは 255.255.255.192 になります。

サブネットとは？

大きなネットワークを、より小さなネットワークに分けたものです。例えば1つの /24 を /26 に分けると、ネットワーク部が2ビット増え、2²＝4個のサブネットになります。

図はすべて192.168.10.xの末尾です。70は青い範囲に含まれます。

1. ネットワークアドレスを求める

IPアドレスとサブネットマスクの同じ位置のビットをAND演算します。ANDは両方が1のときだけ1になる演算です。ネットワーク部は残り、ホスト部がすべて0になります。

先頭3オクテットはマスクが255なので元の値が残ります。ネットワークアドレスは 192.168.10.64 です。

2. ブロードキャストを求める

ネットワーク部をそのままにし、ホスト部の6ビットをすべて1にします。

したがって 192.168.10.127 です。このサブネット全体を宛先とするアドレスで、通常のホストには割り当てません。

3. ホスト範囲と台数を求める

通常のサブネットでは、先頭のネットワークアドレスと末尾のブロードキャストを除いた部分が、ホストに割り当て可能な範囲です。

ルーターのLAN側アドレスも通常はこの範囲の1つを使います。「利用可能ホスト数62台」は、端末用にルーターの分を別途引いた数ではありません。

端数のあるオクテットに注目

マスクに255でも0でもないオクテットがある場合、その値を256から引くと、そのオクテットでのネットワーク境界の間隔が分かります。

ネットワークの開始は「IPの値以下で最大の64の倍数」、終わりは「次の開始位置−1」です。64刻みという値はマスクではなく、境界の間隔です。

/20では、第3オクテットを見る

例：172.16.35.123/20

1. マスクは 255.255.240.0。
2. 第3オクテットの間隔は256−240＝16。
3. 開始位置は0・16・32・48…。35は32〜47に入る。
4. 第4オクテットはすべてホスト部なので、開始は0、終わりは255。

この「16」は第3オクテットの間隔で、アドレス総数ではありません。第4オクテットの256通りと合わせて、16×256＝4,096個になります。

/8・/16・/24はオクテットの境界

例えば 192.168.10.70/24 は、最初の3オクテットを残し、残りを0にするとネットワーク 192.168.10.0。残りを255にするとブロードキャスト 192.168.10.255 です。

ワイルドカードマスクは、アドレスを照合するときに使われます。0のビットは一致が必要、1のビットは比較しないという意味です。

サブネットの範囲を指定する場合

サブネットマスクの各ビットを反転します。10進数では、各オクテットを255から引けば求められます。

基準アドレス 192.168.10.64 と 0.0.0.63 の組み合わせでは、先頭26ビットが一致する 192.168.10.64〜127 が照合対象です。ホストだけでなくネットワーク・ブロードキャストも含みます。

問題で指定されたプレフィックスを使って、それぞれのIPのネットワークアドレスを求めます。結果が同じなら、その指定のもとで同じサブネットに含まれます。

同じサブネットという計算結果だけで、実際の通信が必ず成功するわけではありません。接続先のVLANや機器設定なども関係します。

1. 必要ホスト数からサイズを決める

50台を収容する通常のサブネットを考えます。2ʰ−2 ≥ 50 を満たす最小のホスト部ビット数hを探します。

「最小のサイズ」が条件なら/26を選びます。/25でも台数は足りますが、必要以上に広い範囲を使います。ゲートウェイなどを台数に含めるかは問題文の条件を確認してください。

2. 空き範囲と境界を確認する

親ネットワークが 192.168.10.0/24、既存の割り当てが 192.168.10.0/26 の場合を考えます。

192.168.10.64/26 なら、/26の開始境界に一致し、既存範囲にも重なりません。.128/26 や .192/26 も、この条件だけなら候補です。「最も小さいアドレスから」などの追加条件があれば、それに従います。

3. 割り当てる前の4つの確認

1. サイズ：必要なホスト数を収容できるか。
2. 境界：入力したアドレスはネットワークの開始位置か。
3. 親の範囲：サブネット全体が指定された親ネットワーク内に入るか。
4. 重複：既存ネットワークの開始〜終端と重ならないか。

開始アドレスが違うだけでは重複なしとは限りません。例えば 192.168.10.0/25 は0〜127を使うため、192.168.10.64/26 と重なります。

4. 複数のサイズを使う：VLSM

必要台数に合わせて異なるプレフィックスを使う方法をVLSMと呼びます。空の 192.168.20.0/24 に100台・50台・20台分を設計する例です。大きい範囲から配置すると整理しやすくなります。

それぞれ0〜127、128〜191、192〜223を使用します。224〜255は空きです。既存の割り当てがある場合は、それを動かさずに空き範囲を探します。

迷ったときの計算順

1. プレフィックスからマスクとホスト部ビット数を求める。
2. AND演算、またはブロックサイズでネットワークを求める。
3. ホスト部をすべて1にしてブロードキャストを求める。
4. 両端を除いて利用可能な範囲と台数を求める。

対応する問題で練習

まずはマスクとネットワークアドレスから。慣れたらホスト範囲や割り当てまで挑戦してみましょう。

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