IPA午前Ⅱ試験解説：IPアドレスのサブネット分割

Tech
<!--
{
  "title": "IPA午前Ⅱ試験解説：IPアドレスのサブネット分割",
  "primary_category": "情報処理技術者試験",
  "secondary_categories": ["午前Ⅱ", "ネットワーク"],
  "tags": ["IPA", "午前Ⅱ", "解説", "IPアドレス", "サブネット", "ネットワーク", "CIDR"],
  "summary": "IPアドレスのサブネット分割において、ネットワークアドレスとホストアドレスを効率的に計算し、必要なサブネット数とホスト数を導出する手順を解説する。",
  "mermaid": true,
  "verify_level": "業務ドラフト",
  "tweet_hint": "IPA午前Ⅱ試験のIPアドレスサブネット分割を徹底解説。ネットワークアドレスとホストアドレスの計算手順を理解し、効率的なネットワーク設計を学ぶ。",
  "link_hints": []
}
-->

本記事はGeminiの出力をプロンプト工学で整理した業務ドラフト（未検証）です。

IPA午前Ⅱ試験解説：IPアドレスのサブネット分割

IPアドレスのサブネット分割は、ネットワークアドレスとホストアドレスを効率的に計算し、必要なサブネット数とホスト数を導出する手順が重要となる。

背景

インターネットプロトコル（IP）アドレスは、ネットワーク上のデバイスを一意に識別するために用いられる。IPアドレスは、ネットワーク部とホスト部から構成されており、これらはサブネットマスクによって区別される。特にIPv4アドレスは枯渇問題があり、効率的なアドレス管理と柔軟なネットワーク設計が求められる。サブネット分割（サブネッティング）は、一つの大きなネットワークを複数の小さな論理ネットワークに分割する技術であり、アドレスの有効活用、ネットワークの管理性向上、セキュリティ強化に寄与する。これはクラスレス・ドメイン間ルーティング（CIDR）の普及により、より柔軟に行えるようになった。

問題点

IPA午前Ⅱ試験におけるサブネット分割の問題では、与えられたIPアドレスとサブネットマスクから、ネットワークアドレス、ブロードキャストアドレス、使用可能なホスト数、または特定の要件を満たすためのサブネットマスクの選択といった計算が頻繁に問われる。これらを正確に導出するには、IPアドレスとサブネットマスクを2進数で理解し、ビット演算を適用する知識が不可欠である。特に、サブネットマスクのビット長と、それによって決まるネットワーク部とホスト部の境界を明確に把握することが重要である。

計算/手順

IPアドレスとサブネットマスクから各種情報を計算する手順を以下に示す。

サブネット分割の計算フロー

graph TD
    A["IPアドレスとサブネットマスクの確認"] --> B["IPアドレスを2進数に変換"];
    C["サブネットマスクを2進数に変換"] --> D{"ネットワーク部とホスト部の特定"};
    B --> D;
    D -- 論理積 --> E["ネットワークアドレスの計算"];
    D -- ホスト部全て0 --> E;
    E --> F["ブロードキャストアドレスの計算"];
    D -- ホスト部全て1 --> F;
    D -- ホスト部のビット数 H --> G["ホスト数の計算 (2^H)"];
    G --> H["使用可能ホスト数の計算 (2^H - 2)"];

    subgraph ネットワークアドレス計算
        E_1["IPアドレスのネットワーク部を保持"]
        E_2["ホスト部を全て0にする"]
        E_1 & E_2 --> E
    end

    subgraph ブロードキャストアドレス計算
        F_1["IPアドレスのネットワーク部を保持"]
        F_2["ホスト部を全て1にする"]
        F_1 & F_2 --> F
    end

具体的な計算手順

例として、IPアドレス 192.168.10.50 とサブネットマスク 255.255.255.224 を用いて解説する。

  1. IPアドレスとサブネットマスクの2進数変換:

    • IPアドレス: 192.168.10.50 11000000.10101000.00001010.00110010

    • サブネットマスク: 255.255.255.224 11111111.11111111.11111111.11100000

  2. ネットワーク部とホスト部の特定: サブネットマスクの 1 の部分がネットワーク部、0 の部分がホスト部となる。 サブネットマスク 255.255.255.224 は、2進数で 11111111.11111111.11111111.11100000 なので、1 が27個 (/27)。

    • ネットワーク部: 上位27ビット

    • ホスト部: 下位5ビット (32 – 27 = 5)

  3. ネットワークアドレスの計算: IPアドレスとサブネットマスクのビット単位の論理積（AND）を取る。または、IPアドレスのネットワーク部をそのままに、ホスト部を全て 0 にする。

    IPアドレス:      11000000.10101000.00001010.00110010 (192.168.10.50)
サブネットマスク: 11111111.11111111.11111111.11100000 (255.255.255.224)
----------------------------------------------------
論理積(AND):     11000000.10101000.00001010.00100000 (192.168.10.32)

    したがって、ネットワークアドレスは 192.168.10.32。

  4. ブロードキャストアドレスの計算: ネットワークアドレスのネットワーク部をそのままに、ホスト部を全て 1 にする。

    ネットワークアドレス部: 11000000.10101000.00001010.001 (上位27ビット)
ホスト部を全て1:                                 11111 (下位5ビット)
----------------------------------------------------
ブロードキャストアドレス: 11000000.10101000.00001010.00111111 (192.168.10.63)

    したがって、ブロードキャストアドレスは 192.168.10.63。

  5. ホスト数と使用可能ホスト数の計算: ホスト部のビット数を H とすると、2^H がホストの総数となる。 この例ではホスト部のビット数は 5。

    • ホストの総数: 2^5 = 32

    • 使用可能なホスト数: ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスはホストに割り当てられないため、2^H - 2 となる。 32 - 2 = 30

計算結果のまとめ

項目 値
IPアドレス 192.168.10.50
サブネットマスク 255.255.255.224
サブネットマスク長 /27
ネットワークアドレス 192.168.10.32
ブロードキャストアドレス 192.168.10.63
ホストの総数 32
使用可能ホスト数 30

要点

  • IPアドレスとサブネットマスクを2進数で把握することが全ての計算の基礎となる。

  • サブネットマスクの 1 のビット数がネットワーク部、0 のビット数がホスト部を示す。

  • ネットワークアドレスは、IPアドレスのホスト部を全て 0 にしたもの。

  • ブロードキャストアドレスは、IPアドレスのホスト部を全て 1 にしたもの。

  • 使用可能なホスト数は、ホスト部のビット数を H とすると 2^H - 2 で計算される。-2 はネットワークアドレスとブロードキャストアドレスを除外するため。

  • CIDR表記（例: /27）は、サブネットマスクの 1 の連続数を表し、サブネットマスクを簡潔に示す。

これらの要点を理解することで、IPA午前Ⅱ試験のサブネット分割に関する問題を迅速かつ正確に解答できる。

ライセンス：本記事のテキスト/コードは特記なき限り CC BY 4.0 です。引用の際は出典URL（本ページ）を明記してください。
利用ポリシー もご参照ください。

コメント

タイトルとURLをコピーしました