【PM試験対策】サブネットワークを理解する

サブネットワークとは？

IPネットワークを小さく分割した、論理的なネットワークのことです。

例えば、会社にパソコンが30台あるとして、以下のように機器同士が通信できるまとまりをネットワークと考えます。

会社のパソコン30台を、部署ごとに分けたいとします。
以下のように、1つの大きなネットワークを、小さなネットワークに分けたものが「サブネット」です。

分割してできた小さなネットワーク1つにつき、何台の機器をつなげられるかは計算で求めることができます。
※ここでいう「機器」は、パソコンだけでなく、サーバーやプリンターなど、IPアドレスを使って通信する機器も含む

PM試験では、この「接続可能な機器数」やサブネットワーク数などが試験に出ることがあるので、その解答方法をまとめていこうと思います。

サブネットの数と、接続できる台数の関係

1つのネットワークに 256個分のIPアドレスの枠があるとします。
その枠を、小さなネットワーク（サブネットワーク）に分配すると、分け方によって、1つあたりの台数が変わります。

同じ256個分のアドレスを分けるなら、分割する数が多いほど、1つあたりの取り分は小さくなる。
これが、サブネット数と接続台数の基本的な関係です。

ただし、アドレスのすべてを機器に割り当てられるわけではありません。
各サブネットのアドレスのうち、2個は機器に割り当てられません。

• 1個：そのサブネット自体を表すアドレス

• 1個：そのサブネット内の全機器宛てに送るブロードキャスト用アドレス

したがって、16個分のアドレスがあっても、機器に割り当てられるのは14個（16-2個）、ということになります。

要するに、ネットワークを何個に分けるかによって、次のように数字が変わるということです。

サブネットワークの数が増えれば増えるほど、機器に割り当てられるアドレスも少なくなる。
要するに以下の様な状態が発生するわけです。

• サブネットをたくさん作ると、各サブネットに使えるアドレスが減る

• 各サブネットにたくさんの機器を接続したい場合はサブネットの数を増やせない
  

サブネットマスクとは

サブネットマスクは、ざっくりいうと「どこまでがネットワークの番号で、どこからが機器の番号か」を区切るものです。

例えば、以下のようなサブネットマスクがあるとします。
サブネットマスク：255.255.255.0

最後の 0 の部分が、分割前はすべてホスト用に使える部分です。

最後の数字が変えることで、どこまでがネットワーク用で、どこからがホスト用かを示すことができます

例えば、最後の数字が「240」だった場合、もともとホスト用だった部分から 4ビットをネットワーク用に借りた、と考えることができます。

ネットワーク用とホスト用の違い

ネットワーク用、ホスト用、という言葉が出てきましたが、それぞれ以下のような違いがあります。

• ネットワーク用：どのネットワークに属しているかを識別する。

• ホスト用：そのネットワーク内のどの機器かを識別する。

そこで、「IPアドレスのホスト用だった部分（どの機器かを識別する部分）から 4ビットをネットワーク用に借りる」というのはどういう意味かを考えていきます。

IPv4アドレスの構造

そもそも、IPv4のIPアドレスは全部で32ビットあり、8ビットずつ4つに区切って10進数で表記することになっています。

IPアドレスの例：192.168.1.10

IPアドレスは上記のように「192」「168」「1」「10」の数字4つで書かれていますが、実際にはそれぞれの数字が8ビットで表されており、この8ビットずつの区切りを「オクテット」と呼ぶこともあります。

8ビットあると、組み合わせは (2^8=256) 通り。つまり、0〜255の数字を表せます。
そのため、IPv4アドレスは 192.168.1.10 のように、0〜255の数字を4つ並べて表している、ということです。

※IPv4が32ビットなのは、規格でそう決められているからで、8ビットずつ4つに分けるのも、その表記方法の一部です。

ここで、さっきのサブネットマスクの話に戻ります。

先ほど、ネットワーク用、ホスト用の違いを説明しましたが、IPアドレスの32ビットが、次の2つの役割に分かれている、と考えてください。

• ホスト部：そのネットワーク内のどの機器なのかを示す

• ネットワーク部：どのネットワークなのかを示す

例えば、サブネットマスクが 255.255.255.0 （最後が0 = 分割せず、すべてホスト用に使う）の場合は、以下のようになります。

つまり、この場合は先頭の24ビットでネットワークを区別し、残りの8ビット（ホスト部）でそのネットワーク内の機器を区別していることになります。

ホスト用8ビットの一部をネットワーク用に借りると、ネットワークを複数のサブネットに分けることができます。

例えば 255.255.255.240 の場合、最後の数字の「240」は4ビットを表すため、以下のように考えることができます。

• ネットワーク用：24＋4（借りた数）＝28ビット

• ホスト用：8（元の数）−4（貸した数）＝4ビット

覚えておきたいのは、32ビットという全体の長さは変わらず、ネットワーク部とホスト部の配分を変えているだけ、ということです。

覚えておく公式は2つです。

• サブネット数 = 2^（借りたビット数）

• 1サブネットあたりの最大ホスト数： 2^（貸したビット数）-2

表にまとめると以下の通りです。

CIDR表記について

サブネットワーク数について、CIDR表記で示すこともできます。
CIDR表記もサブネットワーク同様に、どこまでがネットワーク用で、どこからがホスト用なのかを示しています。

CIDR表記では、次のように表記します。

• サブネットマスク：255.255.255.0

• CIDR表記：192.168.1.100/24

/24は、先頭から24ビットがネットワークを識別する部分であることを意味しています。

つまり、以下を表しているということです。

• ネットワーク用：24ビット

• ホスト用：8ビット

例えばCIDR表記で192.168.1.16/28の場合は以下の様になります

• ネットワーク部分：28ビット

• 機器を識別する部分（ホスト用）：残り4ビット

• サブネットマスク表記：255.255.255.240

CIDR表記とサブネットマスクの関係性を表にすると以下のようになります。

IPアドレスとCIDR表記

CIDR表記は単にIPアドレスの後ろに"/ネットワーク用ビット数" をつければいいわけではなく、以下の様に表記が異なります。

• IPアドレス：192.168.1.18

• CIDR表記：192.168.1.16/28

 ここで、192.168.1.18 がCIDR表記だと 192.168.1.16/28になるのかを説明していきます。

区切り幅の求め方

CIDR表記には「区切り幅」という考えがあります。

区切り幅 =  256 − サブネットマスクの最後の数値 = ホスト用アドレス数

例えば

• /28 の区切り幅の場合

  • ネットワーク部：28

  • ホスト部：4

  • ホスト用アドレス数：2^4 = 16

  • 256 − サブネットマスクの最後の数値：256 - 240 = 16

  • 区切り幅：16

192.168.1.18 の最後の数字は 18 で、18は 16〜31の範囲に入っているため、このIPアドレスが属するサブネットは 192.168.1.16/28 になります。

• /26の区切り幅の場合

  • ネットワーク部：26ビット

  • ホスト部：6ビット

  • ホスト用アドレス数 = 2^6 = 64

  • 256 − サブネットマスクの最後の数値：256 - 192 = 64

  • 区切り幅：64

192.168.1.18 の最後の数字は 18 で、18は 0〜64の範囲に入っているため、このIPアドレスが属するサブネットは 192.168.1.0/26 になります。

/28 と比べると、以下の様な違いになります。

ここまでを試験用にまとめると以下のようになります。

ネットワークアドレスとブロードキャストアドレス

サブネット内には、通常、端末に割り当てられない特別なアドレスがあります。

• ネットワークアドレス：ホスト部がすべて0

• ブロードキャストアドレス：ホスト部がすべて1

例えば、以下のケースで考えてみます

• IPアドレス：192.168.1.100

• サブネットマスク：255.255.255.192

• CIDR表記：192.168.1.64/26

  • ネットワーク部：26ビット

  • ホスト部：6ビット

  • 区切り幅：64

  • 接続機器台数：62

区切り幅が64なので、以下の様に考えられます。

これはIPアドレス：192.168.1.100は、192.168.1.64〜192.168.1.127という範囲に所属するということを示しています。

上述の通り、64〜127という64個のアドレスがあっても、すべてをパソコンなどに割り当てられるわけではありません。
接続機器台数：64 - 2 = 62

最初と最後のアドレスには特別な役割があります。

1. ネットワークアドレス：192.168.1.64

   • サブネットそのものを識別するためのアドレス

2. ブロードキャストアドレス：192.168.1.127

   • 同じサブネットに所属するすべての機器に一斉にデータを送るためのアドレス

   • 例えば、同じネットワークにいる機器全体に対して「この情報を受け取ってください」と送るときに使う

ポイントは、64〜127という範囲の中で、最初のアドレスと最後のアドレスには特別な役割があるということです。

/31や/32などの例外について

これまで学んだルールでは、以下のようにホストに使えるアドレス数を「全体 − 2」で計算していました

• ネットワークアドレス：最初の1個

• ホストアドレス：その間

• ブロードキャストアドレス：最後の1個

実は、このルールには /31と/32という例外 があります。

/31の場合：ポイントツーポイントリンク

/31の場合について、これまでと同じルールで考えてみます。

• ネットワーク部：31ビット

• ホスト部：1ビット

• ホスト用アドレス：2^1 = 2

• 接続機器台数：2 - 2 = 0？

これでは1台も機器を接続できないことになってしまいます。

そこで、2台のルーターなどを1対1で接続するポイントツーポイント通信では、2つのアドレスを両方とも機器に割り当てられるという例外が認められています。

この場合、通常のサブネットのようにネットワークアドレスとブロードキャストアドレスを予約する扱いにはしません。

※ /31はどんなネットワークでも自由に使えるわけではなく、ポイントツーポイントリンクで利用する特別な方式です。

/32の場合：ホスト用ビットがゼロ

さらに進んで /32 になると、ホスト用のビットが1つもないことになります。

• ネットワーク用：32ビット

• ホスト用：0ビット

• ホスト用アドレス：2^0 = 1

例えば、192.168.1.100/32という場合、これは192.168.1.100という特定の1つのIPアドレスだけを表します。

/32ではホスト用ビットがないため、通常のサブネットのような「ネットワークアドレス・ホストアドレス・ブロードキャストアドレス」の3区分はしません。

代表的な用途は次のとおりです。

• 特定のサーバー1台への経路をルーティングテーブルに登録する

• 特定のIPアドレスだけを指定する

• ルーターなどの機器に設定されたループバックアドレスを表す

/30・/31・/32を比較してみる

PM試験での覚え方としては、次の3つを押さえれば良さそうです。

• /30： 通常のルールで2台使える

• /31： 1対1の接続なら2台とも使える（ポイントツーポイントリンク）

• /32： 1つのIPアドレスだけを指定する

このシリーズの一覧はこちらから読めます！