マスクネットワーク（MASK）の仕組みを図解で簡単理解！
ネットワークアドレスとホストアドレスを分離し、IPアドレスの効率的な管理とルーティングを可能にするマスクネットワーク。その仕組みは、一見複雑に見えますが、基本的な概念を理解すれば容易に把握できます。本稿では、マスクネットワークの基礎から応用まで、図解を交えながら分かりやすく解説します。
1. IPアドレスとサブネットマスクの基礎
IPアドレスは、ネットワークに接続された機器を識別するための数値です。IPv4アドレスは、32ビットの数値で構成され、通常は「dotted decimal notation」（例：192.168.1.1）で表現されます。このアドレスは、ネットワーク部とホスト部という2つの部分に分けられます。
サブネットマスクは、IPアドレスのどの部分がネットワーク部、どの部分がホスト部であるかを定義するものです。これも32ビットの数値で、ネットワーク部は「1」、ホスト部は「0」で表現されます。例えば、サブネットマスクが「255.255.255.0」の場合、IPアドレスの最初の3オクテットがネットワーク部、最後の1オクテットがホスト部となります。
IPアドレスとサブネットマスクを組み合わせて、ネットワークアドレスを計算します。ネットワークアドレスは、IPアドレスとサブネットマスクの論理積（AND演算）によって求められます。ネットワークアドレスは、同じネットワークに属するすべてのホストが共有するアドレスです。
2. マスクネットワークの動作原理
マスクネットワークの基本的な動作原理は、IPアドレスとサブネットマスクのAND演算に基づいています。この演算によって、ネットワーク部のみが抽出され、ネットワークアドレスが特定されます。これにより、ルーティングデバイスは、宛先IPアドレスがどのネットワークに属するかを判断し、適切な経路を選択することができます。
例えば、IPアドレスが「192.168.1.10」で、サブネットマスクが「255.255.255.0」の場合、ネットワークアドレスは「192.168.1.0」となります。これは、IPアドレスとサブネットマスクの各ビットを比較し、両方が「1」であるビットのみを残すことで計算されます。
ホスト部は、同じネットワーク内で一意に機器を識別するために使用されます。ホスト部のビット数が多いほど、ネットワーク内で接続できる機器の数が増えます。しかし、ホスト部のビット数が少ないと、ネットワーク内で接続できる機器の数が制限されます。
3. サブネット化のメリット
サブネット化は、ネットワークをより小さなネットワークに分割することです。これにより、以下のメリットが得られます。
- ネットワークのパフォーマンス向上: ネットワークのトラフィックを局所化し、ブロードキャストドメインを縮小することで、ネットワークのパフォーマンスを向上させることができます。
- セキュリティの向上: ネットワークを分割することで、セキュリティリスクを軽減することができます。例えば、機密性の高いデータを扱うネットワークを他のネットワークから分離することができます。
- IPアドレスの効率的な利用: IPアドレスをより効率的に利用することができます。例えば、大規模なネットワークでIPアドレスが不足している場合、サブネット化によってIPアドレスの利用効率を向上させることができます。
- ネットワーク管理の簡素化: ネットワークを分割することで、ネットワーク管理を簡素化することができます。例えば、各サブネットを個別に管理することで、ネットワーク全体の管理負荷を軽減することができます。
4. CIDR表記とプレフィックス長
CIDR（Classless Inter-Domain Routing）表記は、IPアドレスとサブネットマスクを簡潔に表現する方法です。CIDR表記では、IPアドレスの後にスラッシュ（/）とプレフィックス長を記述します。プレフィックス長は、サブネットマスクの「1」のビット数を示します。
例えば、「192.168.1.0/24」というCIDR表記は、IPアドレス「192.168.1.0」で、サブネットマスクが「255.255.255.0」であることを意味します。プレフィックス長が「24」であるため、サブネットマスクの最初の24ビットが「1」で、残りの8ビットが「0」です。
CIDR表記は、サブネットマスクを直接記述するよりも簡潔で、ネットワークの規模を容易に把握することができます。また、ルーティングテーブルのサイズを削減する効果もあります。
5. 可変長サブネットマスク（VLSM）
VLSM（Variable Length Subnet Mask）は、異なるサイズのサブネットを組み合わせる技術です。これにより、IPアドレスをより効率的に利用することができます。例えば、大規模なネットワークで、一部のサブネットには多数のホストが必要で、他のサブネットには少数のホストしか必要ない場合、VLSMを使用することで、IPアドレスの無駄を減らすことができます。
VLSMを使用するには、サブネット化の計画を慎重に立てる必要があります。各サブネットに必要なホスト数を考慮し、適切なプレフィックス長を選択する必要があります。また、VLSMを使用すると、ルーティングテーブルが複雑になる可能性があるため、ルーティングプロトコルの設定にも注意が必要です。
6. 特殊なネットワークアドレス
いくつかのIPアドレスは、特殊な目的で使用するために予約されています。これらのアドレスは、通常のホストには割り当てられません。
- ネットワークアドレス: 各ネットワークの識別子として使用されます。
- ブロードキャストアドレス: ネットワーク内のすべてのホストにデータを送信するために使用されます。
- ループバックアドレス (127.0.0.1): 自身にデータを送信するために使用されます。
- プライベートアドレス: インターネットに接続されていないネットワークで使用されます。
これらの特殊なネットワークアドレスを理解することは、ネットワークのトラブルシューティングやセキュリティ対策を行う上で重要です。
7. マスクネットワークの応用例
マスクネットワークは、様々なネットワーク環境で利用されています。
- 企業内ネットワーク: 企業内ネットワークを複数のサブネットに分割し、セキュリティを向上させ、パフォーマンスを最適化します。
- 家庭内ネットワーク: 家庭内ネットワークを複数のサブネットに分割し、IoTデバイスやゲストネットワークを分離します。
- データセンター: データセンター内のサーバーを複数のサブネットに分割し、負荷分散や冗長性を実現します。
- クラウド環境: クラウド環境で仮想ネットワークを構築し、セキュリティを確保し、リソースを効率的に管理します。
これらの応用例からもわかるように、マスクネットワークは、現代のネットワークインフラストラクチャにおいて不可欠な技術です。
まとめ
本稿では、マスクネットワークの仕組みを、IPアドレスとサブネットマスクの基礎から、サブネット化のメリット、CIDR表記、VLSM、特殊なネットワークアドレス、応用例まで、図解を交えながら分かりやすく解説しました。マスクネットワークは、ネットワークの効率的な管理とルーティングを可能にする重要な技術であり、ネットワークエンジニアやシステム管理者にとって必須の知識です。本稿が、読者の皆様のマスクネットワークの理解を深める一助となれば幸いです。
