サブネット計算機

サブネッティングはコンピュータネットワーキングの基礎概念の一つです。大きなIPネットワークをより小さく管理しやすいサブネットワーク（サブネット）に分割するプロセスであり、各サブネットには独自のIPアドレス範囲があります。ホームルーターの設定、企業ネットワークの設計、CCNAなどのネットワーキング資格の学習のいずれであっても、サブネットの仕組みを理解することは不可欠です。この計算機はIPv4アドレスとCIDRプレフィックス長（またはサブネットマスク）を受け取り、結果として得られるサブネットの主要な特性をすべて計算します。

IPアドレスとバイナリ表現

IPv4アドレスは32ビットの数値で、通常はドットで区切られた4つの10進数オクテットとして書かれます。例えば192.168.1.100です。バイナリでは、このアドレスは11000000.10101000.00000001.01100100です。各オクテットは8ビットを表し、0から255の範囲を取ることができます。32ビットのアドレス空間は理論上約43億のユニークアドレスを提供しますが、実際には多くのアドレスが特別な目的のために予約されています。

サブネットマスクもまた32ビットの数値で、IPアドレスのどの部分がネットワークを識別し、どの部分が個々のホストを識別するかを決定します。マスクは連続する1ビットのブロック（ネットワーク部分）の後に連続する0ビットのブロック（ホスト部分）で構成されます。例えば、サブネットマスク255.255.255.0のバイナリは11111111.11111111.11111111.00000000で、最初の24ビットがネットワーク部分、残りの8ビットがホスト部分であることを示します。

CIDR表記

CIDR（Classless Inter-Domain Routing、クラスレスドメイン間ルーティング）表記は、サブネットマスクを簡潔に表現する方法です。完全なマスク（255.255.255.0など）を書く代わりに、CIDR表記ではIPアドレスにスラッシュとネットワークビット数を付加します。例えば192.168.1.0/24です。スラッシュの後の数値は32ビットのうち何ビットがネットワーク部分に属するかを示します。

CIDRは1993年に、アドレスをクラスA（/8）、クラスB（/16）、クラスC（/24）ネットワークに厳格に分割していた古いクラスフルアドレッシングシステムの代替として導入されました。クラスフルアドレッシングは、組織が大きすぎるか小さすぎるブロックのいずれかを選択せざるを得なかったため、膨大な数のアドレスを無駄にしていました。CIDRではサブネット境界を任意のビット位置に設定できるため、アドレス空間のより効率的な割り当てが可能になります。

よく使われるCIDRプレフィックス長には、/24（256アドレス、254利用可能）、/25（128アドレス、126利用可能）、/30（4アドレス、2利用可能 — ポイントツーポイントリンクでよく使用）、/32（単一のホストアドレス）があります。プレフィックス/0はIPv4アドレス空間全体を表し、/32は正確に1つのアドレスを表します。

ネットワークアドレスとブロードキャストアドレス

すべてのサブネットには、ホストに割り当てることができない2つの特別なアドレスがあります。ネットワークアドレスはサブネットの最初のアドレスで、IPアドレスとサブネットマスクのビット単位のAND演算で求められます。ネットワークアドレスのすべてのホストビットはゼロに設定されます。サブネット192.168.1.0/24の場合、ネットワークアドレスは192.168.1.0です。

ブロードキャストアドレスはサブネットの最後のアドレスで、すべてのホストビットを1に設定して求められます。同じサブネットの場合、ブロードキャストアドレスは192.168.1.255です。ブロードキャストアドレスに送信されたパケットはサブネット上のすべてのホストに配信されます。ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスの間に利用可能なホストアドレスがあり、この場合192.168.1.1から192.168.1.254の254個の利用可能アドレスとなります。

ワイルドカードマスク

ワイルドカードマスクはサブネットマスクのビット単位の反転です。サブネットマスクが1ビットのところ、ワイルドカードマスクは0ビットになり、その逆もまた同様です。サブネットマスク255.255.255.0の場合、ワイルドカードマスクは0.0.0.255です。ワイルドカードマスクはCiscoルーターのアクセス制御リスト（ACL）やOSPFルーティング設定で、アドレスのどのビットをマッチさせるべきかを指定するためによく使用されます。

ワイルドカードマスクはアドレスのホスト部分のサイズを効果的に示します。ワイルドカードマスク0.0.0.255は最後の8ビットが変化可能であることを意味し、/24サブネットに対応します。ワイルドカードマスク0.0.0.3は最後の2ビットのみが変化可能であることを意味し、4つのアドレスを持つ/30サブネットに対応します。

IPアドレスクラス

CIDRが導入される前、IPv4アドレスは最初のオクテットの先頭ビットに基づいて5つのクラスに分けられていました。クラスAアドレス（最初のオクテット0〜127）は8ビットのネットワーク部分を使用し、各約1,677万ホストの128のネットワークを提供します。クラスBアドレス（128〜191）は16ビットのネットワーク部分を使用し、各65,534ホストの16,384のネットワークを提供します。クラスCアドレス（192〜223）は24ビットのネットワーク部分を使用し、各254ホストの200万以上のネットワークを提供します。

クラスDアドレス（224〜239）はマルチキャスト用に予約され、クラスEアドレス（240〜255）は実験用に予約されています。クラスフルアドレッシングは現代のネットワーキングではほぼ時代遅れですが、IPクラスはドキュメントや認定試験で依然として参照されます。この計算機は入力されたIPアドレスの最初のオクテットに基づいてクラスを識別します。

プライベートIPアドレス範囲 — 10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16 — はRFC 1918で定義され、NAT（ネットワークアドレス変換）デバイスの背後にある家庭や企業ネットワークで広く使用されています。これらのアドレスは公共インターネット上でルーティングされないため、同じプライベートアドレスが何百万もの別々のネットワークで競合なく再利用できます。

実践的なサブネッティングの例

50台のデバイスがある小規模オフィスは、62個の利用可能ホストアドレス（64個から2つの予約アドレスを引いた数）を提供するサブネット192.168.1.0/26を使用するかもしれません。200以上のアドレスが未使用のまま残る/24全体を使用するよりも効率的です。

大規模なキャンパスネットワークでは、各建物に/20を割り当て、建物ごとに4,094個の利用可能アドレスを提供するかもしれません。各建物内で、/20はさらに個々のフロアや部門用の/24サブネットに分割できます。この階層的なアプローチはルーティングテーブルを簡素化し、ブロードキャストドメインのサイズを縮小します。

ルーター間のポイントツーポイントリンクは通常/30サブネット（2つの利用可能アドレス）または/31サブネット（RFC 3021で定義されているように、両方のアドレスをホストアドレスとして使用）を使用します。これらのリンクに/30または/31を使用することで、2台のデバイスリンクに/24全体を割り当てるのと比べてアドレス空間を節約できます。