IPサブネット計算ツール

CIDRとIPv4サブネット化の短い歴史

RFC 791が1981年9月にインターネットプロトコルを標準化したとき、IPv4アドレスは厳格なクラスに区切られていました。クラスAの割り当ては16,777,214ホスト、クラスBは65,534、クラスCは254を提供し、その中間には何もありませんでした。254を超えるホストを必要とする組織はわずか1,000人の従業員しか抱えていなくてもクラスBを要求し、割り当てごとに数万のアドレスが無駄になりました。1980年代後半までにクラスBは急速に消えつつあり、グローバルなルーティングテーブルはバックボーンルーターのメモリを超え、32ビットのIPv4空間は設計者が予想したよりもはるかに速く消費されていきました。RFC 1518とRFC 1519(1993年9月)はクラスレスドメイン間ルーティング(発音は「サイダー」)を導入し、ネットワークとホストの境界を任意のビット位置に置けるようにし、連続する16個の/24を単一の/20として通知できるようにしました。割り当てがついに必要に見合うようになり、BGPテーブルが自重で崩壊するのを止め、IPv4枯渇は約17年半未来に押し戻されました。RFC 4632は2006年8月にRFC 1519を再発行・廃止し、現在の権威であり続けています。RFC 1918は1996年2月に3つのプライベート範囲(10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16)を切り出し、すべてのNAT付きホームルーターと企業ファイアウォールに、公衆インターネットが決してルーティングしない使用可能なアドレスプールを提供しました。RFC 3021(2000年12月)はポイントツーポイントリンクのための/31例外を作り、ルーター間回線あたり約2つのIPv4アドレスを節約しました。IANAのトップレベルフリープールは2011年1月31日についに枯渇し、APNICは2011年4月、LACNICは2014年、ARINは2015年、AfriNICは2017年、RIPE NCCは2019年11月に続きました。CIDRは、これらの日付のいずれかが1990年代ではなくこの10年に位置している理由です。

サブネット計算の構造

• 32ビットIPv4アドレス。すべてのIPv4アドレスは32ビットで、慣例的に4つの8ビットオクテットをドット区切り10進数で書きます:192.168.1.0は2進数で11000000.10101000.00000001.00000000です。IPv4の合計空間は2³²、約43億のアドレスで、1981年には無限に聞こえましたが、2011年(IANA)、2015年(ARIN)、2019年(RIPE NCC)で使い果たされました。すべてのサブネット数学はこの32ビット値に対してビット単位で動作します。
• CIDRプレフィックス長。192.168.1.0/24のスラッシュの後の数字は、サブネットマスク内の連続する先頭1ビットの数を数えます。これはネットワークを識別するビット数と同じです。残りはそのネットワーク内のホストを識別します。/24はネットワークに24ビット、ホストに8ビットを予約し、/30は30と2を、/16は16と16を予約します。プレフィックスは、/0(インターネット全体)から/32(単一ホスト)まで、任意のビット位置に来ることができます。
• サブネットマスク。CIDRプレフィックスのドット10進数版の双子。/24は255.255.255.0で、2進数の24個の1の後に8個の0が続きます。/27は255.255.255.224です(最後のオクテットは11100000)。ルーターとオペレーティングシステムはどちらの表記も同等に受け入れます。マスクの補数、ワイルドカードマスクはCiscoのアクセスコントロールリストが使うもので、/24 ACLの一致は0.0.0.255と書き、255.255.255.0ではありません。
• ネットワークアドレス。ビット単位でIP AND サブネットマスクとして計算されます。ANDは各ホストビットをゼロにし、ネットワーク部分はそのまま残します。192.168.1.27/24の場合、マスクは255.255.255.0で、ネットワークアドレスは192.168.1.0です。ネットワークアドレスはサブネット自体を識別し、ホストに割り当てることはできません。唯一の例外は/31(RFC 3021)です。
• ブロードキャストアドレス。ビット単位でネットワークアドレス OR (NOT サブネットマスク)として計算されます。すべてのホストビットを1に設定します。192.168.1.0/24のブロードキャストは192.168.1.255で、192.168.1.0/27では192.168.1.31です。ブロードキャストアドレス宛のトラフィックはサブネット内のすべてのホストに同時に配信されるため、このアドレスは予約されており割り当てできません。/31は再び例外で、ポイントツーポイントリンクには2つの端点しかなく、ブロードキャストが不要だからです。
• 合計アドレスと使用可能ホスト。サブネット内の合計アドレス = 2^{(32 − プレフィックス)}。/24には256個、/27には32個、/30には4個含まれます。使用可能ホスト = 合計 − 2(ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスを差し引く)、したがって/24は254個の割り当て可能ホストを、/27は30個を提供します。2つの例外:RFC 3021による/31は2つの使用可能ホストを提供し(ポイントツーポイントリンク上で両方のアドレスが割り当て可能)、/32は単一ホストルートを表します。AWSサブネットは実際には3つ目の例外で、AWSは2個ではなく5個のアドレスをサブネットごとに予約するため、AWSの/24は251個の使用可能ホストを提供します。

一般的なサブネットサイズとその使われ方

• 家庭およびスモールオフィスLAN(/24)。市場のほぼすべての消費者向けルーター(Linksys、Netgear、Asus、TP-Link、eero、Google Nest Wifi)は、RFC 1918の192.168.0.0/16範囲内のデフォルト/24で出荷されており、通常は192.168.0.0/24または192.168.1.0/24です。LANあたり254個の使用可能ホスト、ルーター自体は通常.1を取り、ネットワークアドレスは.0で終わり、ブロードキャストは.255で終わります。デフォルトはすべてのものと重なるため、VPNユーザーは日常的に192.168.42.0/24や10.42.0.0/24のようなあまり一般的でないものにリナンバリングします。
• 中規模から大規模の企業ネットワーク(10.0.0.0/8階層)。大企業とクラウドネイティブショップは最大のRFC 1918ブロックである10.0.0.0/8(1,670万アドレス)からすべてを切り出します。サイト/16、リージョン/20、部門/22、VLAN /24。階層は組織図を反映し、コアに向かってきれいにルート集約されます。中規模企業はしばしば172.16.0.0/12を選びます。これはRFC 1918範囲のうち最も使われていないため、従業員が自宅で使うランダムな消費者向けルーターと重なる可能性が低いからです。
• クラウドサブネット(AWS VPC、Azure VNet、GCP VPC)。AWS VPCの慣例はRFC 1918範囲のいずれかからの/16スーパーネットで、可用性ゾーンごとに/20または/24のサブネットに分割され、パブリック、プライベート、データベース層に分けられます。AWSはサブネットごとに5個のアドレスを予約し、2個ではありません(ネットワーク、ブロードキャストに加えてVPCルーター、DNS、1個の予備)。したがってAWS /24は254個ではなく251個の使用可能アドレスがあります。重要なルール:ピアリングまたはトランジットゲートウェイを共有する必要があるVPCはCIDR範囲が重なってはいけないため、マルチアカウントまたはマルチリージョン展開には初日からマスター割り当て計画が必要です。
• ポイントツーポイントリンク(/30と/31)。ルーター間回線、GREトンネル、IPsecトンネル、シリアルリンクはちょうど2つの端点を運びます。古典的な/30は4つのアドレスを与え、2つが使用可能で2つは無駄になります(ネットワークとブロードキャスト)。現代の機器はRFC 3021に従う/31をサポートし、2つのアドレスを両方とも使用可能にすることでIPv4消費を半減させます。500のポイントツーポイント回線を持つバックボーンは/30から/31に切り替えることで約1,000個のIPv4アドレスを節約します。すべてのIPv4アドレスにドル価値がある公衆インターネットバックボーンでは、これは本当のお金です。
• DMZ、サーバーVLAN、小さなセグメント(/27から/29)。数台のインターネット向けサーバーのための非武装地帯セグメント、スイッチループバック用の管理VLAN、小さなサーバーファーム、小さなIoTセグメント、アウトオブバンド管理ネットワーク。これらは通常/27(30ホスト)、/28(14ホスト)、/29(6ホスト)で動作します。適切なサイズのセグメントはブロードキャストドメインのノイズを制限し、誤設定または侵害された場合の影響範囲を減らします。ほぼすべての認定シナリオ問題はこのプレフィックス範囲のどこかに該当します。紙なしではビット計算が簡単ではないからです。
• 認定試験対策(CompTIA Network+、Cisco CCNA / CCNP、JNCIA)。サブネット計算はすべてのエントリーレベルのネットワーク試験の定番で、時間的プレッシャーは厳しいものです。受験者はアドレスとプレフィックスの質問1問につき30秒未満であることが多いです。古典的な学習のコツはマジックナンバー法(256から関連するマスクオクテットを引くとサブネットのストライドが得られる)とProfessor Messerが広めた2進数の7秒サブネット化練習です。このような計算機は実際のネットワークエンジニアリング業務ではどちらの方法よりも速いですが、両方の方法は計算機の使えない試験会場のために存在します。

主要なRFCと歴史的マイルストーン

• RFC 791(1981年9月)。Jon Postelによるオリジナルのインターネットプロトコル仕様。IPv4、32ビットアドレス、ドット10進表記、および元のクラスフル割り当て方式(クラスA、B、C、D、E)を定義しました。クラスフル設計は規模が置き換えを強いるまで12年間続き、/8、/16、/24のプレフィックスが今日でも「自然」に感じる歴史的な理由となっています。
• RFC 1518とRFC 1519(1993年9月)。クラスレスドメイン間ルーティング(CIDR)を導入したRFCのペア。RFC 1518(RekhterとLi)はアーキテクチャを定め、RFC 1519(Fuller、Li、Yu、Varadhan)はアドレス割り当てと集約戦略を定義しました。一緒に、厳格なクラスA/B/Cシステムを、地球上のすべてのルーターが今話す可変長プレフィックス表記に置き換えました。RFC 1519は2006年にRFC 4632によって廃止されました。
• RFC 1918(1996年2月)、BCP 5。Yakov Rekhter、Robert Moskowitz、Daniel Karrenberg、Geert Jan de Groot、Eliot Learが書いた文書で、3つのプライベートIPv4範囲(10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16)を切り出し、公衆インターネット上で非ルーティング可能と宣言しました。1996年以来、すべてのNATホームネットワーク、企業LAN、クラウドVPCはこれら3つのブロックの1つからアドレスを選んできました。
• RFC 3021(2000年12月)。Retana、White、Fuller、McPhersonが/31例外を作りました。ちょうど2つの端点を持つポイントツーポイントリンクではブロードキャストアドレスは必要ないため、/31上の両方のアドレスをホストアドレスとして割り当てることができます。この変更は次の20年間にわたって世界のISPバックボーンで数万個のIPv4アドレスを節約しました。
• RFC 4632(2006年8月)、BCP 122。Vince FullerとTony Liは原本から13年後にCIDR仕様を再発行し、RFC 1519を廃止しました。RFC 4632はIPv4アドレス割り当てと集約の現在の権威であり、「CIDRは標準のどこに住んでいる?」と尋ねられたときにネットワークエンジニアが引用する文書です。
• RFC 6598(2012年4月)。ISPが自身のIPv4割り当てを使い果たした後、加入者ルーターと公衆インターネットの間に配置する2層目のNATであるキャリアグレードNATのために100.64.0.0/10を予約しました。RFC 1918プライベート空間と悪名高く混同されますが別物です。エンドユーザーのネットワークはこのブロックから選んではいけません。ホームルーターの反対側でISPが既にそれを使用しているからです。
• RFC 6890(2013年4月)、BCP 153、RFC 8190(2017年6月)で更新。すべてのIPv4(およびIPv6)特殊用途予約を単一のIANA特殊用途アドレスレジストリに統合しました。ループバック(127.0.0.0/8)、リンクローカル(169.254.0.0/16)、ドキュメント範囲(192.0.2.0/24、198.51.100.0/24、203.0.113.0/24)、マルチキャスト/4、CGN /10はすべて、半ダースの古いRFCに散らばっていたのではなく、単一の標準レジストリの下に列挙されています。
• IPv4枯渇(2011年1月31日とそれ以降)。IANAのトップレベルフリープールは、CIDR公開から17年半後の2011年1月31日に空になりました。APNICは2011年4月15日、LACNICは2014年6月10日、ARINは2015年9月24日、AfriNICは2017年4月21日、RIPE NCCは2019年11月25日に続きました。IPv6への移行は20年間進行中で、まだ完了していません。CIDR、NAT、RFC 1918の組み合わせがIPv4がまだ立っている理由です。

その他のよくある質問

サブネットマスクとCIDRプレフィックスの違いは何ですか?

同じ情報を2つの表記で表現しています。CIDRの/24はドット10進サブネットマスクとしては255.255.255.0で、2進数では24個の1の後に8個の0が続きます。CIDRは現代の簡潔な表記、サブネットマスクは多くのネットワークOSがまだ表示している古い形式です。ルーターと計算機はどちらも受け入れます。便利な変換のコツ:マスクの各オクテットは0、128、192、224、240、248、252、254、255のいずれか(連続する先頭1の唯一の2進パターン)なので、255.255.240.0はすぐに8+8+4+0=20マスクビット、つまり/20と読めます。

なぜネットワークアドレスやブロードキャストアドレスを使えないのですか?

ネットワークアドレス(すべてのホストビットがゼロ)はサブネット自体の識別子として予約されています。ブロードキャストアドレス(すべてのホストビットが1)は「サブネットのすべてのホストに送信」のために予約されています。ルーターとオペレーティングシステムはこれら2つのアドレスへのトラフィックを特別に扱うため、単一のホストには割り当てられません。標準化された唯一の例外は/31です。RFC 3021によれば、/31の両方のアドレスは使用可能です。ブロードキャストのないポイントツーポイントリンクを意図しているからです。AWSはさらに進んでサブネットごとに5つのアドレスを予約するため、クラウドサブネットでの使用可能ホスト数は合計マイナス5で、合計マイナス2ではありません。

IPv6はどうですか?

IPv6は同じプレフィックス表記の考え方(/64、/48など)を使いますが、128ビットアドレスです。標準のエンドユーザーサブネットサイズは/64で、2⁶⁴=約1840京アドレスを含み、実際のIPv6ネットワークがホスト数レベルでサブネット化を心配することはほとんどありません。RFC 7421(2015)が/64が境界である理由を分析しています。IPv6にはブロードキャストアドレスが一切なく(マルチキャストが代わりになる)、「マイナス2」のルールは適用されません。この計算機はIPv4専用です。IPv6の数学は同じように機能しますが、数値が20桁ほど大きくなります。

サーバーに何か送信されますか?

いいえ。計算機はすべてブラウザ内で動作します。アドレス入力はJavaScriptでマスクに対してビット単位で計算され、結果はローカルでレンダリングされます。ネットワーク設計、IP範囲、計画されたサブネットに関するものは何も送信、記録、保存されません。人々がサブネット計算機に入れるアドレスは、企業内部範囲、VPN設計、クラウドトポロジー設計図であることが非常に多く、ここでのプライバシー保証は、そうした情報のいずれもあなたのマシンを離れないということです。

最も小さい実用的なサブネットは何ですか?

典型的なポイントツーポイントリンクの場合は/30(4アドレス、2使用可能ホスト)、またはRFC 3021に従って両方のアドレスが使用可能な同じケースには/31。/32はループバックエイリアス、BGPピアアドレス、ホストファイアウォールルール、ヌルルートなどに使用される単一ホストルートで、通常のLANセグメントには使いません。ARP、DHCP、ブロードキャストが機能する必要がある通常のEthernet LANでは、/29(6使用可能ホスト)が実用的な下限です。それより小さいとセグメントが成長する余地を奪われます。

ホームまたはオフィスネットワーク用にプライベート範囲をどう選びますか?

到達する必要のあるすべてのネットワークをリストアップすることから始めましょう:企業VPN範囲、ピアリングする可能性のあるAWS VPC、ビジネスパートナーVPN、リモート接続する場合の友人のホームネットワーク。それらのどれとも重ならないプライベート範囲を選びます。192.168.0.0/24と192.168.1.0/24はすべてのホームルーターのデフォルトで、絶えず重なります。10.42.0.0/24や172.20.10.0/24はVPN接続する必要があるものと衝突する可能性ははるかに低いです。VPNやトランジット経由で2つのネットワークを結合する予定がある場合は、最初から親スーパーネットの割り当てを決定し、最初から重ならない/24を切り出してください。後で稼働中のネットワークをリナンバリングするのは、最良の状況でも何晩もかかるプロジェクトだからです。