コンピュータネットワーク：直前対策パック

公式集、全トピックの解法の要点、6 問の演習問題。完全な解答は巻末にあります。

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1公式と解法

IPv4 サブネット化

サブネットあたりのホスト数: 2^{(32 − prefix)} − 2 (/31: 2, /32: 1)
ブロックサイズ: 256 − (mask octet)
ネットワークアドレス: IP AND マスク
ブロードキャストアドレス: IP OR (NOT マスク)：ホスト部のビットをすべて 1 にする
n ビット借りたときのサブネット数: 2ⁿ

記数法

位取り: 2 進数 2^k、8 進数 8^k、16 進数 16^k
10 進数へ: Σ d_k·b^k
10 進数から: 基数で割り、余りを下から上へ読む
16 進数 ↔ 2 進数: 16 進数 1 桁 = 4 ビット
2 の補数: ビットを反転して 1 を足す

2演習問題

1.IPv4 サブネット化ふつう

ネットワーク 192.168.150.0/24 を /28 のサブネットに分割し、最も小さいアドレスから 1、2、3、… と番号をつけます（サブネット 1 は .0 から始まる）。サブネット 2 のネットワークアドレスの第 4 オクテット x はいくつですか？

192.168.150.0/24/28サブネット 2 (サブネット 1 は .0 から始まる)

x =

2.IPv4 サブネット化むずかしい

あるルータは次のネットワークへの経路をもっています：10.59.100.0/24, 10.59.101.0/24, 10.59.102.0/24。それらすべてをカバーする 1 つの集約経路の最長のプレフィックス長 p はいくつですか？

10.59.100.0/24 … 10.59.102.0/24

p =

3.コンピュータネットワークふつう

「ウェルノウン」ポートとして予約されている TCP/UDP ポート番号の範囲はどれですか？

A0–65535
B49152–65535
C1024–49151
D0–1023

4.コンピュータネットワークむずかしい

TCP 上の HTTP/2 でヘッドオブラインブロッキング（head-of-line blocking）が起きる理由は何ですか？

AHTTP/2 は UDP を使うから
Bサーバーが並列リクエストを処理できないから
Cリクエストごとに新しい TCP コネクションが必要で、後のリクエストは待ち行列で待たされるから
D失われた TCP セグメントが再送されるまで、多重化されたすべてのストリームが遅延するから

5.記数法ふつう

−86 を 8 ビットの 2 の補数パターンで表しなさい。そのパターンを符号なし 2 進数として読むと、10 進数での値 U はいくつですか？

N = −868 bit

U =

6.記数法むずかしい

ビットを 0101 1010 XOR 1001 1111 の 8 ビットの結果に設定します。結果の値 R は 10 進でいくつですか？

0101 1010XOR1001 1111

R =

3溶液

1.IPv4 サブネット化

答え: x = 16

IPv4 subnetting: an address has 32 bits. The prefix /p says how many leading bits identify the network; the remaining 32 − p bits number the hosts. A subnet has 2³²⁻ᵖ addresses, but the first (network address) and last (broadcast address) cannot be given to hosts, so 2³²⁻ᵖ − 2 hosts fit. Exceptions: a /31 (point-to-point link, RFC 3021) uses both of its 2 addresses for hosts, and a /32 is one single address (a single host or a loopback).

ブロックサイズ

2⁴ = 16

サブネット番号 2

ネットワーク: (2 − 1)·16 = 16

ブロードキャスト: 16 + 16 − 1 = 31

答え

x = 16

2.IPv4 サブネット化

答え: p = 22

経路集約：集約経路 a.b.c.0/p は、最初の p ビットが一致するすべてのネットワークをカバーします。最初と最後のネットワークの異なるオクテットを 2 進数で書きます。共通する先頭のビット数に、それより前のオクテットのビット数を加えたものが最長の集約プレフィックスです。

ビットを比べる

100 = 01100100

102 = 01100110

共通する先頭のビット：6

プレフィックス長

p = 16 + 6 = 22

答え

p = /22

集約経路：10.59.100.0/22 （リストにない 1 個のネットワークもカバーします）。

3.コンピュータネットワーク

答え: D · 0–1023

これが答えになる理由

ポート 0–1023 は標準的なサービスのためのウェルノウンポートです。1024–49151 は登録済みポート、49152–65535 は動的またはプライベートポートです。

答え

D · 0–1023

4.コンピュータネットワーク

答え: D · 失われた TCP セグメントが再送されるまで、多重化されたすべてのストリームが遅延するから

これが答えになる理由

TCP はバイトを順序どおりに配送するため、1 つの損失でそのコネクション上のすべてのストリームが停滞します。QUIC（HTTP/3）は UDP 上でストリームを独立して処理します。

答え

D · 失われた TCP セグメントが再送されるまで、多重化されたすべてのストリームが遅延するから

5.記数法

答え: U = 170

位取り記数法：各桁の値は、その数字に基数のべき乗を掛けたものです。2 進数では各桁の重みが 1、2、4、8、16、…、16 進数では 1、16、256、… で、A–F は 10–15 を表します。8 ビットの 2 の補数では、最上位ビットの重みが +128 ではなく −128 になり、こうして負の数を表します。

反転して 1 を足す

86 = 0101 0110

反転後: 1010 1001

+1 → 1010 1010

符号なしとして読む

1010 1010₂ = 256 − 86 = 170

答え

U = 170

6.記数法

答え: R = 197

ビットの設定：各ビットは 2 のべき乗（128、64、…、1）の値をもちます。16 進の 1 桁はちょうど 4 ビットで、8 ビットの 2 の補数では、いちばん左のビットの値は −128 です。ビット演算は、各ビット位置を別々に扱います。

ビットごとに

XOR は、2 つのビットが異なるところで 1 になります。

0101 1010

XOR 1001 1111

= 1100 0101

結果の値

1100 0101₂ = 197

答え

R = 197

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