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 771 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？

771 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：10.211.156.0/24, 10.211.157.0/24, 10.211.158.0/24, 10.211.159.0/24, 10.211.160.0/24, 10.211.161.0/24, 10.211.162.0/24, 10.211.163.0/24。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？

10.211.156.0/24 … 10.211.163.0/24

p =

3.コンピュータネットワークふつう

TCP の 3 ウェイハンドシェイクの目的は何ですか？

Aコネクションを確立し、シーケンス番号を同期すること
Bデータを送る前に、ホストの IP アドレスを見つけること
Cデータを暗号化すること
Dコネクションをすばやく切断すること

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
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サーバーが並列リクエストを処理できないから

5.記数法ふつう

8 ビットのパターン 0110 1000 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？

0110 10008 bit

N =

6.記数法むずかしい

ビットを 0100 0010 OR 0100 1100 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？

0100 0010OR0100 1100

R =

3溶液

1.IPv4 サブネット化

答え: p = 22

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

2⁹ − 2 = 510 < 771

2¹⁰ − 2 = 1022 ≥ 771 → h = 10

プレフィックス長

p = 32 − 10 = 22

答え

p = /22

2.IPv4 サブネット化

答え: p = 18

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

156 = 10011100

163 = 10100011

共通する先頭のビット：2

プレフィックス長

p = 16 + 2 = 18

答え

p = /18

集約経路：10.211.128.0/18 （リストにない 56 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: A · コネクションを確立し、シーケンス番号を同期すること

これが答えになる理由

ハンドシェイクは、データ送信前にコネクションを確立し、双方の初期シーケンス番号を取り決めます。

答え

A · コネクションを確立し、シーケンス番号を同期すること

4.コンピュータネットワーク

答え: B · 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

B · 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: N = 104

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。

64 + 32 + 8 = 104

答え

N = 104

6.記数法

答え: R = 78

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

OR は、少なくとも一方のビットが 1 のところで 1 になります。

0100 0010

OR 0100 1100

= 0100 1110

結果の値

0100 1110₂ = 78

答え

R = 78

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