IPv4アドレスとサブネットを理解する

IPv4アドレスは32ビットの数です。どこまでがネットワーク部かをプレフィックス長で指定すると、同じネットワークの範囲や端末へ割り当てる数を計算できます。十進の見た目を二進の境界へ結び付けて理解します。

この単元で学ぶこと

  • IPv4の32ビット表記とマスクを対応付ける
  • ネットワーク・ブロードキャスト・端末範囲を計算する
  • 必要台数に合うサブネットを選ぶ
  • プライベート範囲と計算式の適用条件を説明する

本文解説

32ビットを四つへ区切る IPv4は32ビットを8ビットずつ四つへ区切り、192.168.10.37のような十進表記で示します。一部分は0〜255です。四つの十進数がネットワーク部とホスト部の境界を常に表すわけではありません。その境界にはマスクが必要です。

プレフィックス長 192.168.10.37/24の/24は先頭24ビットがネットワーク部であることを表します。残る8ビットがこの範囲内のホスト側です。/26ならネットワーク部を2ビット増やしホスト部は6ビットになります。プレフィックスが長いほど一つのブロックは小さくなります。

サブネットマスク ネットワーク部を1、ホスト部を0にすると、/24は255.255.255.0です。/26は末尾11000000なので255.255.255.192。アドレスとマスクをビットごとにANDすると、ホスト部が0になりネットワークアドレスが得られます。

ブロックとして読む /26は末尾6ビットが変わるので幅64です。0〜63、64〜127、128〜191、192〜255の四つへ分かれます。192.168.10.77/26は64〜127へ入るのでネットワークアドレスは192.168.10.64です。末尾の数字を単純に0へ変えるだけでは誤ります。

全数と割当て数 ホスト部hビットで全アドレス数は2^hです。通常のブロードキャスト型サブネットではホスト部が全0のネットワークアドレスと全1のブロードキャストアドレスを除き、2^h−2個を端末等へ割り当てます。/26なら64個中62個。この式を/31、/32や別の予約規則へ無条件に広げません。

同じサブネットか それぞれのアドレスへ指定マスクを適用し、ネットワークアドレスが一致するかを比較します。/26の192.168.10.70と100は両方64〜127に入ります。ただし末尾0が常にネットワーク用とは限りません。192.168.1.0/23は192.168.0.0/23内でホスト部が全0でない例です。

プライベートアドレス RFC 1918の範囲は10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16です。172で始まる全範囲ではなく第二区切り16〜31が対象です。組織内部などで再利用できますが、プライベートアドレスのまま世界のインターネットで一意な宛先として扱うものではありません。

割当てとルーティング 同じ通常の通信範囲で端末のアドレスを重複させると競合します。異なるサブネットへ届けるには適切なルーターや経路等が必要です。アドレスがグローバルだから必ず到達できる、プライベートだから暗号化済み、といった推論はできません。範囲、経路、通信の保護を分けて設計します。

図解

/26の範囲と役割
末尾数だけでなくプレフィックス長と用途の前提を合わせて計算する。

重要ポイント

  • IPv4は32ビット、/pのホスト部は32−pビット。
  • ネットワークアドレスはマスクとのANDで求める。
  • 通常の条件で全数2^h、端末数2^h−2。
  • 分割数と各ブロック内の数を区別する。
  • プライベートアドレスの使用だけで暗号化にはならない。

間違えやすい点

  • 先頭三部分の一致だけで全てのマスクを判断しない。
  • 末尾0や255だけでアドレスの用途を決めない。
  • /31・/32、IPv6、クラウド予約へ同じ引き算を広げない。

用語解説

プレフィックス長
アドレスの先頭からネットワーク部として扱うビット数。
サブネットマスク
ネットワーク部を1、ホスト部を0で示したビット列。
ネットワークアドレス
指定範囲のホスト部を全て0にした、ネットワークを識別するアドレス。
ブロードキャストアドレス
この教材の通常のIPv4サブネットでホスト部を全て1にした、同一範囲内への一斉送信に用いるアドレス。

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参考資料

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