【応用情報】『サブネットマスク』を超分かりやすく【新感覚Study】

サブネットマスク
2024.07.15

アバンタイトル

IT分野は範囲がとても広いです。そのため、過去問を解いていると１ページに何個も理解できない単語が出てきます。それを一気に理解しようとするのはとても骨が折れるし、やる気も続きません。

しかし、そんな時は１周まわって１つのことに徹底集中してみるのはどうでしょうか？覚えなきゃいけないことが沢山あると、終わりが見えずモチベーションが続きません。

でも、「今日はこの１つをマスターしよう！」と１つにフォーカスすればゴールが見えて、集中力も続くようになります。また、一点集中型なので理解力も深まり応用も効くようになります。

ということで、当サイトでは１点集中をコンセプトに解説を展開しています。勉強法が定まっていなかったり悩んでいる方は是非、続きをご覧になってみてはいかかでしょうか？

はじめに

今回も中二病心ちゅうにびょうごころを刺激するワードを取り扱います。それがサブネットマスクです。

今回学ぶこのフレーズに対しては、「難しそー」とか「役に立つの？」といった思考は一旦おいといて「ただかっこいいから知りたい！」というシンプルな思考でStudyしていってほしいです。

そのためにこの記事では、初心者にも超分かりやすく解説していきます。ただの試験対策、ただの退屈な勉強、という感覚ではなく、「人前でこのフレーズを連呼してる自分を想像したら胸がわくわくする」みたいな、そういう軽い気持ちを主としてStudyしていきましょう（笑）！

また、この記事はIT経験者でなくても、だれでも読み進められる構成になっているので、最後まで楽に進めます。そして、読み終わった頃には、「あれ？知らぬ間に理解が深まっているぞ」ということに気づくでしょう。それでは、一緒に学んでいきましょう！そして、「勉強しなきゃ！」という義務感ではなく「かっこいいから知りたい！」という単純な理由で楽しみながらStudyしていきましょう！

【ここで扱う疑問】

  1. サブネットマスクの大枠は？
  2. サブネットマスクのメリットは？
  3. サブネットマスクのデメリットは？
  4. サブネットマスクの計算手順は？
  5. 実践：こんな問題が出題される！
    1. Question 1
    2. Question 2
    3. Question 3
  6. おまけ：用語解説 8/9
  7. サブネットってなに？
  8. サブネットワークってなに？
  9. 論理積ってなに？
  10. ブロードキャストアドレスってなに？
  11. ネットワークアドレスってなに？

などの、サブネットマスクに纏まつわる様々な疑問を解消していきます！

サブネットマスクの大枠を教えて！　1/8

Answer

サブネットマスクは、IPアドレスをネットワーク部とホスト部に分けるための仕組みです。IPアドレスはネットワーク部とホスト部から成り、サブネットマスクはどの部分がネットワーク部で、どの部分がホスト部であるかを示します。

サブネットマスクのメリットは？　2/8

クエスチョン question
  1. ネットワークの分割と管理: サブネットマスクを使用することで、大きなネットワークを複数の小さなサブネットに分割することができます。これにより、異なる部門や役割ごとにネットワークを管理することが容易になります。
  2. セキュリティの向上: サブネットを分割することで、不必要なトラフィックを制限したり、アクセス制御を細かく設定することが可能です。セキュリティポリシーを適用しやすくなります。
  3. パフォーマンスの最適化: サブネット化することで、ネットワーク内のトラフィックを局所化し、通信の効率を向上させることができます。特定のサブネット内での通信は、ルーティングや帯域幅の制限が少なくて済むため、より迅速で効率的な通信が実現できます。

サブネットマスクのデメリットは？　3/8

クエスチョン question
  1. 管理の複雑化: サブネット化することで、ネットワーク管理の複雑さが増します。異なるサブネット間でのルーティングやセキュリティポリシーの管理が必要になります。
  2. IPアドレスの浪費: 小さなサブネットを多く作成すると、IPアドレスの割り当てにおいて効率が悪くなる場合があります。特にIPv4では、アドレス枯渇のリスクがあります。
  3. トラフィックの増加: サブネット化により、ルーティングのためのトラフィックが増加することがあります。特に大規模なネットワークでは、適切なルーティングの設計が重要です。

サブネットマスクの計算手順は？　4/8

クエスチョン question

これは、とても簡単です。では手順を以下に記します。

  1. サブネットマスクを2進数に変換する
  2. 与えられたIPアドレスを2進数に変換する。試験などでは大抵の場合IPアドレスが与えられます。
    （今はイメージがつかなくても、後の練習問題で解消します）
  3. 1と2で求めた値の論理積を求める。

参考にしてください↓

乗数20212223242526272829210
値12481632641282565121024
２の乗数結果

実践：こんな問題が出題される！　5/8

challenge

では、ここからは実践に練習問題を解いてサブネットマスクに慣れていきましょう！

Question 1　5/8-（1/3）

クエスチョン question

IPアドレスが 192.168.1.75 で、サブネットマスクが 255.255.255.192 の場合、このホストが属するサブネットワークのアドレスはどれでしょうか？

  1. 192.168.1.0
  2. 192.168.1.64
  3. 192.168.1.128
  4. 192.168.1.192

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解答

Answer

サブネットマスク 255.255.255.192 を2進数に変換すると 11111111.11111111.11111111.11000000 となります。IPアドレス 192.168.1.75 を2進数に変換すると 11000000.10101000.00000001.01001011 です。
サブネットワークアドレスを求めるために、IPアドレスとサブネットマスクの論理積（AND）を取ります。

Markdown
/論理積を求める
11000000.10101000.00000001.01001011 (IPアドレス)
11111111.11111111.11111111.11000000 (サブネットマスク)
-----------------------------------
11000000.10101000.00000001.01000000 (サブネットワークアドレス)

これを10進数に戻すと 192.168.1.64 となります。したがって、正解は 2. 192.168.1.64 です。
他にも質問があれば、どうぞお知らせください！

Question 2　5/8-（2/3）

クエスチョン question

IPアドレスが 172.16.45.200 で、サブネットマスクが 255.255.255.224 の場合、このホストが属するサブネットワークのアドレスとブロードキャストアドレスはどれでしょうか？

  1. サブネットワークアドレス: 172.16.45.192, ブロードキャストアドレス: 172.16.45.223
  2. サブネットワークアドレス: 172.16.45.200, ブロードキャストアドレス: 172.16.45.255
  3. サブネットワークアドレス: 172.16.45.224, ブロードキャストアドレス: 172.16.45.255
  4. サブネットワークアドレス: 172.16.45.192, ブロードキャストアドレス: 172.16.45.255

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解答

Answer

サブネットマスク 255.255.255.224 を2進数に変換すると 11111111.11111111.11111111.11100000 となります。IPアドレス 172.16.45.200 を2進数に変換すると 10101100.00010000.00101101.11001000 です。
サブネットワークアドレスを求めるために、IPアドレスとサブネットマスクの論理積（AND）を取ります：

Markdown
/論理積を求める
10101100.00010000.00101101.11001000 (IPアドレス)
11111111.11111111.11111111.11100000 (サブネットマスク)
-----------------------------------
10101100.00010000.00101101.11000000 (サブネットワークアドレス)

これを10進数に戻すと 172.16.45.192 となります。

次に、ブロードキャストアドレスを求めるために、サブネットワークアドレスのホスト部をすべて1にします：

Markdown
/論理積を求める
10101100.00010000.00101101.11000000 (サブネットワークアドレス)
00000000.00000000.00000000.00011111 (ホスト部をすべて1に)
-----------------------------------
10101100.00010000.00101101.11011111 (ブロードキャストアドレス)

これを10進数に戻すと 172.16.45.223 となります。したがって、正解は 1. サブネットワークアドレス: 172.16.45.192, ブロードキャストアドレス: 172.16.45.223 です。

Question 3　5/8-(3/3)

クエスチョン question

IPアドレスが 192.168.10.0/26 のネットワークにおいて、使用可能なホストの最大数は何台でしょうか？

  1. 30台
  2. 32台
  3. 62台
  4. 64台

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解答

Answer

サブネットマスク /26 は、2進数で 11111111.11111111.11111111.11000000 です。つまり、ネットワーク部が26ビット、ホスト部が6ビットとなります。
ホスト部が6ビットの場合、ホストアドレスの組み合わせは 64(=26) 通りです。しかし、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスとして1つずつ予約されているため、使用可能なホスト数は (64 – 2 = 62) 台です。
したがって、正解は 3. 62台 です。

CIDR

実は、Question 3はCIDRという知識を使っています。使ったのは、IPアドレスの192.168.10.0/26です。これを簡単にいうと「/」の後の数字（プレフィックス長）がネットワーク部を表しているってことです。 CIDRを用いることで、いちいち2進数に変換してゴニョゴニョする作業を省くことができます 。

まとめ　6/8

ポート番号 summary

要するに…
サブネットマスクは、IPアドレスのホスト部とネットワーク部を明示的に分けるためのものです。サブネットマスクを使用する理由は、ネットワークを効率的に管理し、サブネット化のメリット（例えば、混雑の軽減、セキュリティの向上、帯域幅の効率的利用）を享受するためです。サブネットマスクを使用することで、第三者がどの部分がホスト部で、どの部分がネットワーク部かを明確に理解できるようになります。

また、CIDR（Classless Inter-Domain Routing）は、IPアドレスを「IPアドレス/プレフィックス長」の形式で表し、ネットワーク部のビット数を示します。例えば、192.168.1.0/26は、上位26ビットがネットワーク部であることを示します。

まとめると、サブネットマスクはホスト部とネットワーク部を明示的に分けるものであり、CIDR表記はこの分割を簡潔に表す方法です。

おまけ：用語解説　7/8

おまけ
サブネットってなに？　7/8-(1/5)

サブネット（Subnet）は、ネットワーク内の一部分を分割した小さなネットワークのことを指します。通常、大規模なネットワークを管理しやすくするために、IPアドレスの範囲を論理的に分割する技術です。

そして、そのサブネットを明示的に分かりやすく表現しているのがサブネットマスクです。

勝手に分割していると、他人からはどこまでがネットワーク部でどこからがホスト部か分からなくなってしまいます。そこでつかわれるのが、サブネットマスクという訳です。
サブネットワークってなに？　7/8-(2/5)

サブネットワークは、通常「サブネット」と呼ばれる小さなネットワークのことを指します。つまり、サブネットと同義です。

論理積ってなに？　7/8-(3/5)

論理積（AND演算）は、2つのビット（0または1）に対して行う基本的な論理演算の1つです。両方のビットが1の場合にのみ結果が1となり、それ以外の場合は結果が0になります。

簡単な真理値表で示すと以下のようになります：

入力A入力B出力 (A AND B)
000
010
100
111
論理積

具体的な例として、2つのビット列「1101」と「1011」の論理積を求めてみます：

Markdown
1101
AND 
1011
------
1001

それぞれのビット位置でAND演算を行うと、結果は「1001」になります。

サブネットマスクとIPアドレスを使ってネットワークアドレスを計算する際に、この論理積の考え方が用いられます。

ブロードキャストアドレスってなに？　7/8-(4/5)

ブロードキャストアドレスは、ネットワーク内のすべてのホストにデータを送信するための特別なアドレスであり、ホスト部がすべて1になります。

ネットワークアドレスってなに？　7/8-(5/5)

ネットワークアドレスは、特定のネットワーク全体を識別するためのIPアドレスです。ネットワーク内の全てのホストが共通して持つ部分であり、サブネットマスクを使って計算されます。

例えば…

  1. IPアドレス: 例えば、192.168.1.10
  2. サブネットマスク: 例えば、255.255.255.0

IPアドレスとサブネットマスクの各ビットごとの論理積（AND演算）をとることで、ネットワークアドレスが得られます。

この場合、192.168.1.0がネットワークアドレスです。

おわりに　8/8

goal

本日はここまでです。今日はサブネットマスクをStudy＆マスターしてきました！ただカッコいいからという理由だけの方が、意外と集中して向き合うことができたのではないでしょうか？

そうなんです！「勉強しなきゃ！知識つけなきゃ！」のように勉強を義務にしてしまうと長く続きません。だからこそ、私たちは楽しんで知識を身に着けていきましょう！そんなことをやってるうちに気づいたらスペシャリストになっているかもしれませんよ！

これからも、今日みたいに「the勉強するぞ！」という意気込みではなく、ヌルっと気づいたら知識が増えてた！みたいな軽い感覚でStudyを一緒にしていきましょう！

本日はここで、終わります。ありがとうございました。またお会いしましょう！では、さらばじゃ！

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