サブネットマスクの計算方法（サブネット化の決定的なガイド）

今日取り上げるトピックはすべての人に当てはまるわけではありません。ネットワークに関する優れたガイドを作成する場合は、サブネットと呼ばれる手法であるサブネットマスクの計算方法を説明する記事が不可欠です。 これにより、IT管理者はネットワークとサブネットの構造をどこにでも設計できます。

コンテンツインデックス

これを行うには 、 ネットマスクとは何か、IPクラス 、およびIPアドレスを10進数から2進数に変換する方法を十分に理解している必要があります。

今のところ、 IPv4アドレスのネットマスクの計算に焦点を当てます 。IPv6はまだ実装するのに十分に実装されていないため、おそらく後の記事で説明します。 さらに面倒なことなく、タスクに取り掛かりましょう。

IPv4アドレスとIPプロトコル

最初に、論理的、一意的、 再現性のない 、 階層に従って、ネットワークインターフェイスを識別する10進数の IPアドレスを設定しましょう。 IPv4アドレスは、ドットで区切られた4オクテット （8ビットのグループ）に配置された32ビットアドレス （バイナリでは32の1と0）を使用して作成されます。 より快適な表現のために、常に10進表記を使用します 。これは、ホストとネットワーク機器で直接見られるものです。

IPアドレスは、 IPまたはインターネットプロトコルに従ってアドレス指定システムを提供します。 IP はOSIモデルのネットワークレイヤーで動作し、 非接続指向のプロトコルであるため、データ交換は受信側と送信側の間の事前の合意なしに行うことができます。 つまり、データパケットは宛先に到達するまでネットワーク上の最速パスを検索し、ルーター間をホップします。

このプロトコルは1981年に実装され、フレームまたはデータパケットにはIPヘッダーと呼ばれるヘッダーが含まれています 。 その中には、とりわけ、宛先と起点のIPアドレスが格納されているので、ルーターはそれぞれの場合にパケットの送信先を認識しています。 ただし、さらに、IPアドレスには、IPアドレスが動作するネットワークの識別情報、 さらにはそのサイズ 、および異なるネットワーク間の違いに関する情報も格納されます。 これは、 ネットマスクとネットワークIPのおかげで行われます 。

表現と範囲

この場合、IPアドレスには次のような命名法があります。

各オクテットには8つの0と 1の2進数があるため、これを10進表記に変換すると 、 0〜255の範囲の数値を作成できます。

この記事では、10進数から2進数に 、またはその逆に変換する方法については説明しません。これは次の場所にあります。

ナンバリングシステム間で変換を行う方法に関する決定的なガイド

その場合、0未満または255より大きい数値のIPアドレスを取得することはできません。255に到達すると、次の数値は再び0になり、次のオクテットはカウントを開始するための1桁になります。 まるで時計の分針のようなものです。

ネットワークの作成方法

IPアドレスとは何か、どのように表されるのか、何のためにあるのかはわかっていますが、サブネットマスクの計算方法を知るには、 いくつかの特別なIPを知っている必要があります 。

ネットマスク

ネットマスクは、 ネットワークのスコープまたは範囲を定義するIPアドレスです 。 これにより、作成できるサブネットの数と接続できるホスト（コンピューター）の数を知ることができます。

したがって、ネットマスクの形式はIPアドレスと同じですが、次のように 、ネットワーク部分を区切るオクテットを1で埋め 、ホスト部分を0で埋めることで常に区別されます 。

つまり、ネットワークをホストで埋めるためにIPアドレスを勝手に与えることはできませんが、ネットワークの部分とホストの部分を尊重する必要があります。 ネットワークパーツを計算して各サブネットにIPを割り当てたら、常にホストパーツを使用します。

ネットワークIPアドレス

また、デバイスが属するネットワークの識別を担当するIPアドレスもあります。 すべてのネットワークまたはサブネットに、すべてのホストがそのメンバーシップを示すために共通に必要な識別IPアドレスがあることを理解しましょう。

このアドレスの特徴は、次のように、 共通ネットワーク 部分とホスト部分が常に0になっていることです。

前のセクションのネットワークマスクが示したホストパーツのオクテットを0にすることができます。 この場合、2になりますが、他の2はネットワーク部分用で、 予約済みIPです。

ブロードキャストアドレス

ブロードキャストアドレスは、ネットワークアドレスの正反対であり、 ホストをアドレス指定するオクテットのすべてのビットを1に設定します 。

このアドレスを使用すると、ルーターは、IPアドレスに関係なく、ネットワークまたはサブネットに接続されているすべてのホストにメッセージを送信できます。 ARPプロトコルは、たとえばアドレスの割り当てやステータスメッセージの送信などに使用されます。 したがって、これは別の予約済みIPです。

ホストIPアドレス

そして最後に、 ホストIPアドレスがあり、ネットワーク部分は常に不変のままで 、各ホストで変更されるのはホスト部分になります。 私たちが取っている例では、この範囲になります：

次に、 2 ¹⁶ -2ホスト 、 つまり65, 534台のコンピューターをアドレス指定して、ネットワークとブロードキャストの2つのアドレスを差し引くこと が できます 。

IPクラス

今までは簡単でしたね。 特定のIPアドレスがネットワーク、ブロードキャスト、およびマスク用に予約されていることはすでにわかっていますが、 IPクラスはまだ確認していません。 事実上、これらのアドレスはファミリまたはクラスに分割され、それぞれの場合に使用される目的を区別します。

IPクラスを使用して、これがネットワーク部分で取ることができる値の範囲、それらを使用して作成できるネットワークの数、およびアドレス指定できるホストの数の範囲を定めています。 合計で、IETF （Internet Engineering Task Force） によって定義された5つのIPクラスがあります 。

心に留めておいてください。私たちはまだサブネットマスクの計算について話しているのではなく、ネットワークを作成する機能について話しているのです。 これは、サブネット化とその詳細が表示されるときです。

• クラスAクラスBクラスCクラスDクラスE

ケースA IPは、インターネットネットワークやルーターへのパブリックIPの割り当てなど、 非常に大規模なネットワークを作成するために使用されます。 他のクラスBまたはC IPを実際に持つことができますが、たとえば、クラスBがあります。すべては、ISPプロバイダーが契約しているIPに依存します。これについては、以下で説明します。 クラスA にはクラス識別子ビットがあるので、 128のネットワークしかアドレスできず、期待どおりに256はアドレスできません。

このクラスでは、 ループバック用に予約されているIP範囲が127.0.0.0から127.255.255.255 であることを理解することが非常に重要です 。 ループバックは、ホスト自体にIPを内部的に割り当てるために使用されます。 私たちのチームは、内部的にIP 127.0.0.1または「localhost」を使用して、パケットを送受信できることを確認します。 したがって、これらのアドレスは原則として使用できません。

クラスBのIPは、都市の範囲など、 中規模ネットワークに使用されます 。今回は、ネットワークを作成する2つのオクテットと、 ホストをアドレス指定する2つのオクテットがあります 。 クラスB は、2つのネットワークビットで定義されます。

クラスCのIPが最もよく知られています。 これは、家庭内インターネットを使用するほとんどすべてのユーザーが、クラスCのIPを内部ネットワークに割り当てるルーターを持っているためです 。 これは小規模なネットワーク向けで、ホスト用に1つのオクテット、ネットワーク用に3つのオクテットを残しています。 PCにipconfigを実行し、IPがクラスCであることを確認します。この場合、クラスを定義するために3つのネットワークビットが使用されます 。

クラスDはマルチキャストネットワークに使用され 、ルーターは接続されているすべてのホストにパケットを送信します。 したがって、そのようなネットワークに入るすべてのトラフィックは、すべてのホストに複製されます。 ネットワーキングには適用されません。

最後に、 クラスEは残りの最後の範囲であり、研究目的のネットワーキングにのみ使用されます 。

このトピックに関して非常に重要なことは、現在ネットワークでのIPアドレスの割り当てが（CIDR）クラスレスドメイン間ルーティングまたはクラスレスドメイン間ルーティングの原則を満たしていることです 。 つまり、ネットワークのサイズに関係なく IPが割り当てられるため、クラスA、B、またはCのパブリックIPを使用できます。 では、これは何のためにあるのでしょうか？ まあ、サブネットが正しく作成される方法を理解するために。

サブネット化またはサブネット化とは

ネットワークではなく、サブネットマスクの計算に近づきます。 サブネット化手法は、ネットワークを異なる小さなネットワークまたはサブネットに分割することで構成されます 。 このようにして、コンピューターまたはネットワーク管理者は、大きな建物の内部ネットワークを小さなサブネットに分割できます。

これにより、さまざまなルーターにさまざまな機能を割り当て、たとえば1つのサブネットにのみ影響するActive Directoryを実装できます 。 または、サブネット内の残りのネットワークから特定の数のホストを区別して分離します。 各サブネットは互いに独立して機能するため、ネットワークの分野で非常に役立ちます。

ルーターを使用すると、データ交換の輻輳が解消されるため、サブネットを使用した方が簡単です。 そして最後に、管理者にとっては、 障害を修正してメンテナンスを実行する方がはるかに簡単です。

ホストとネットワークをアドレス指定するために128ビット以上のIPv6でサブネットを作成することもできますが、 IPv4アドレスを使用してこれを実行します。

サブネット化の利点と欠点

この手法では、IPアドレスの概念、存在するクラス、および上で説明したすべてについて非常に明確にする必要があります。 これには、2進数から10進数に、またはその逆に移行する方法を知る必要があるため、プロセスを手動で実行しようとすると、時間がかかる場合があります。

利点：

• ネットワークセグメントの分離独立した論理ネットワークでのパケットルーティングクライアントと柔軟性に適したサブネットの設計エラーの管理とローカリゼーションの向上機密性の高い機器を分離することでセキュリティを強化

短所：

• IPをクラスとホップで分割することにより、多くのIPアドレスが浪費される手作業で行うと、比較的面倒なプロセスになるネットワーク構造の変更は、最初から再計算する必要がある理解できない場合は、ネットワークの対象を一時停止することができます。

サブネット化手法：サブネットマスクとIPアドレスの計算

幸いなことに、 サブネット化プロセスでは、覚えて適用するための一連の単純な数式を扱います。 それでは、段階的に見ていきましょう。

1.サブネットの数と簡単な表記

サブネット計算の問題を見つけるための表記は次のようになります。

つまり、ネットワークIPは129.11.0.0で、16ビットがネットワーク用に予約されています（2オクテット）。 他のクラスのように、IDが16未満のクラスB IPは決して見つかりません。次に例を示します。

しかし、 31に到達するまでに優れた識別子を見つけることができる場合、つまり、最後のビットを除く残りのビットをすべて使用して、サブネットを作成します。 ホストに対処するために何かを残す必要があるので、最後のものは採用されませんよね？

サブネットマスクであること：

このようにして、ネットワーク用に16固定ビット 、サブネット用にさらに2つ 、ホスト用に残り 2つ を使用しています 。 これは、ホストの容量が2 ¹⁴ -2 = 16382に減少し、 2 ² = 4を実行できる可能性のあるサブネット容量の利点があることを意味します。

それを表で一般的な方法で見てみましょう：

2.サブネットとネットワークマスクを計算する

IPクラスに依存するサブネット制限を考慮して、例を段階的に示し、それがどのように解決されるかを確認します。

ここでは、 クラスB IP 129.11.0.0を使用して 、1つの大きな建物に40のサブネットを作成します 。 クラスCでそれを実行できましたか？ もちろん、クラスAも付いています。

127.11.0.0/16 + 40サブネット

クラスBであるため、ネットマスクがあります。

解決する2番目の質問は次のとおりです。このネットワークで40のサブネット（C）を作成するには、何ビットが必要ですか？ これは、10進数から2進数に移動することでわかります。

40のサブネットを作成するには6ビットが追加される必要があるため、サブネットマスクは次のようになります。

3.サブネットおよびネットワークホップごとのホスト数を計算する

次に、各サブネットで アドレス指定できるコンピューターの数を把握します。 サブネットに6ビットを必要とすると、ホストのスペースが減少することはすでに確認しました。 ネットワークIPとブロードキャストIPをダウンロードする必要がある場合、 m = 10の10ビットしか残っていません。

各サブネットに2000台のホストが必要な場合はどうすればよいでしょうか。 まあ、明らかにクラスAのIPにアップロードして、ホストからより多くのビットを取得します。

次に、ネットワークホップを計算します 。これは、ホストのビットとサブネットのビットを考慮して、作成される各サブネットのIPに番号を割り当てることを目的としています。 オクテットの最大値から、マスクで取得されたサブネット値を単に減算する必要があります。つまり、

各サブネットがその最大ホスト容量でいっぱいになった場合にこれらのジャンプが必要になるため、これらのジャンプを尊重してネットワークのスケーラビリティを確保する必要があります。 このようにして、将来的に増加する場合に備えて再構築する必要がなくなります。

4.サブネットにIPを割り当てるだけです

これまでに計算したすべてを使用して、サブネットを作成する準備がすべて整っています 。最初の5つを実際に見てみましょう。 引き続きサブネット40を使用しますが、6ビットで64サブネットに到達するための十分な余地があります。

サブネットIPを適用するには、10個のホストビットが0であり、計算されたサブネットジャンプが4対4であることを考慮する必要があります。したがって、これらのジャンプは3番目のオクテットにあり、したがって最後のオクテットは0、ネットワークIPがどれほど優れているか。 この列全体を直接埋めることができます。

最初のホストIP は、サブネットIPに1を追加するだけで計算されます 。これには秘密はありません。 この列全体を直接埋めることができます。

次のサブネットIPから1を引くだけなので、ブロードキャストIPを配置するのが最も自然です 。 たとえば、127.11.4.0の以前のIPは127.11.3.255なので、これらすべてを続行します。 最初の列が入力されているので、これを簡単に取り出すことができます。

最後に、ブロードキャストIPから1を引いて 、最後のホストIPを計算します 。 ブロードキャストアドレスが既に作成されている場合、この列は最後の列に簡単な方法で入力されます。

サブネット化に関する結論

サブネット、ネットワークIP、ネットマスクとサブネット、およびブロードキャストアドレスの概念が明確であれば、サブネットマスクの計算プロセスは非常に簡単です。 さらに、いくつかの非常に単純な式を使用して、クラスに関係なく、IPのサブネットの容量 、および必要なネットワークに応じたホストの容量を簡単に計算できます。

明らかにこれを手作業で行い、10進数から2進数への変換を行う練習があまりない場合、特にキャリアネットワーキングまたは職業学位コースでこれを研究している場合は、少し長くかかる可能性があります。

この同じ手順は、クラスAとCのIPでクラス Bの例とまったく同じように実行されます。必要なアドレスの範囲とその識別子のみを考慮すればよく、残りは実質的に自動です。

そして、IPとクラスを提供する代わりに、サブネットの数とホストの数を提供するだけの場合は、クラスを決定し、対応するバイナリに変換し、予測を下回らないように数式を使用します。

さらに面倒なことなく、他のネットワーク概念をより詳細にカバーする興味深いリンクをいくつか残しておきます。

サブネットマスクの計算方法に関するチュートリアルでは、体はどのように見えましたか？ すべてが明確であることを願っています。それ以外の場合は、コメント欄に質問を入力したり、タイプミスがあった場合にご記入ください。