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

ある部署では、1 つのサブネット内に 1395 個のホストアドレスが必要です。十分な大きさとなる最長のプレフィックス長 p（最小のサブネット）はいくつですか？

1395 hosts

p =

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：10.57.115.0/24, 10.57.116.0/24, 10.57.117.0/24, 10.57.118.0/24, 10.57.119.0/24, 10.57.120.0/24, 10.57.121.0/24, 10.57.122.0/24。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？

10.57.115.0/24 … 10.57.122.0/24

p =

3.コンピュータネットワークふつう

Wi-Fi が衝突検出ではなく衝突回避（CSMA/CA）を使うのはなぜですか？

AWi-Fi では 1 つのネットワークに 1 台のデバイスしか許されないから
B衝突検出は光ファイバーケーブルでしか機能せず、共有の無線チャネルでは機能しないから
C無線信号は決して衝突しないから
D無線の端末は送信中に衝突を確実に検出できないから

4.コンピュータネットワークむずかしい

アドレス不足への対策として IPv6 に NAT が不要なのはなぜですか？

AIPv6 はアドレスを使わないから
BIPv6 はすべてのアドレスを暗号化するから
C128 ビットのアドレス空間が十分に大きく、すべてのデバイスにグローバルアドレスを割り当てられるから
DIPv6 はローカルネットワークでしか動作せず、アドレスをグローバルに共有する必要が決してないから

5.記数法ふつう

8 ビットのパターン 1011 1110 は、符号付き整数を 2 の補数で表しています。10 進数での値 N はいくつですか？

1011 11108 bit

N =

6.記数法むずかしい

ビットを 1011 1110 << 1 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？

1011 1110<< 1

R =

3溶液

1.IPv4 サブネット化

答え: p = 21

IPv4 サブネット化：アドレスは 32 ビットです。プレフィックス /p は先頭の何ビットがネットワークを表すかを示し、残りの 32 − p ビットでホストを番号付けします。サブネットには 2³²⁻ᵖ 個のアドレスがありますが、最初（ネットワークアドレス）と最後（ブロードキャストアドレス）はホストに割り当てられないため、2³²⁻ᵖ − 2 台のホストが収まります。例外：/31（ポイントツーポイントリンク、RFC 3021）は 2 つのアドレスを両方ともホストに使い、/32 は単一のアドレス（単一ホストまたはループバック）です。

必要なホストビット数

2¹⁰ − 2 = 1022 < 1395

2¹¹ − 2 = 2046 ≥ 1395 → h = 11

プレフィックス長

p = 32 − 11 = 21

答え

p = /21

2.IPv4 サブネット化

答え: p = 20

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

115 = 01110011

122 = 01111010

共通する先頭のビット：4

プレフィックス長

p = 16 + 4 = 20

答え

p = /20

集約経路：10.57.112.0/20 （リストにない 8 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 · 無線の端末は送信中に衝突を確実に検出できないから

これが答えになる理由

無線の送信機は送信中に他の弱い信号を聞くことができず、互いに隠れている端末もあります。そのため 802.11 はランダムなバックオフ時間を待ち、確認応答を使います。

答え

D · 無線の端末は送信中に衝突を確実に検出できないから

4.コンピュータネットワーク

答え: C · 128 ビットのアドレス空間が十分に大きく、すべてのデバイスにグローバルアドレスを割り当てられるから

これが答えになる理由

IPv6 には約 3.4 × 10³⁸ 個のアドレスがあるため、IPv4 で NAT が必要になったアドレス不足は解消されます。セキュリティは引き続きファイアウォールが担います。

答え

C · 128 ビットのアドレス空間が十分に大きく、すべてのデバイスにグローバルアドレスを割り当てられるから

5.記数法

答え: N = −66

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。

重みを合計する

ほかのビットは通常の正の重みのままです。

−128 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 = −66

答え

N = −66

6.記数法

答え: R = 124

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

1 だけ左にシフトすると、すべてのビットが 1 桁左へ動きます。左端からはみ出したビットは失われ、右側には 0 が入ります。

1011 1110 << 1

= 0111 1100

結果の値

0111 1100₂ = 124

答え

R = 124

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