【ネットワーク】アドレス範囲をワイルドカードマスクで表現

はじめに

CCNA（ネットワーク試験）対策をしている際に、
ワイルドカードマスクに悩まされたので書きたいと思う。
※ 私が知っている範囲で書きます。間違っている場合は、修正かけてください。

ワイルドカードマスクとは？

① PATやACLなどで、IPアドレスの範囲を指定する際に使用するもの。
② IPアドレスの何ビット目を確認対象にするか指定するもの。
③ ０は、指定したIPアドレスのビットをチェックする。
④ １は、指定したIPアドレスのビットをチェックしない。
⑤ サブネットマスクとは、違う。
　 --> IPアドレスを、ネットワーク部分とホスト部分に識別するための数値

IPアドレス範囲をワイルドカードマスクで表現

（ip=IPアドレス / wc=ワイルドカード）

[題-1] 172.16.1.0/16 ～ 172.16.1.63/16のIPアドレス範囲

　① IPアドレスを2進数表記に変える
　　「10101100　00010000　00000001　00|000000」　<-- 「172.16.1.0」
　　「10101100　00010000　00000001　00|111111」　<-- 「172.16.1.63」
　-->　第4オクテットの上位2ビット目まで同じ値
　-->　第4オクテットの上位2ビットまでをチェックし、それ以降はチェックしなければ範囲指定可能

　② 使用するワイルドカードマスクを2進数で表現
　　「00000000　00000000　00000000　00|111111」　<-- 「0.0.0.63」
　　※ 0：チェックする / 1：チェックしない

　③ 結果
　　172.16.1.0(ip)　0.0.0.63(wc)

　 --備考--
　　引き算でも導ける： 172.16.1.0 ー 172.16.1.63 ＝0.0.0.63


[題-2] 172.16.80.0/16 ～ 172.16.83.255/16のIPアドレス範囲

　① IPアドレスを2進数表記に変える
　　「10101100　00010000　010100|00　00000000」　<-- 「172.16.80.0」
　　「10101100　00010000　010100|11　11111111」　<-- 「172.16.83.255」
　-->　第3オクテットの上位6ビット目まで同じ値
　-->　第3オクテットの上位6ビットまでをチェックし、それ以降はチェックしなければ範囲指定可能

　② 使用するワイルドカードマスクを2進数で表現
　　「00000000　00000000　000000|11　11111111」　<-- 「0.0.3.255」
　　※ 0：チェックする / 1：チェックしない

　③ 結果
　　172.16.80.0(ip)　0.0.3.255(wc)

　 --備考--
　　引き算でも導ける： 172.16.80.0 ー 172.16.83.255 ＝0.0.3.255
　　※ -255のマイナスは外す


[題-3] 192.168.192.0/24 ～ 192.168.223.0/24のネットワーク範囲

　① IPアドレスを2進数表記に変える
　　「11000000　10101000　110|00000　00000000」　<-- 「192.168.192.0」
　　「11000000　10101000　110|11111　00000000」　<-- 「192.168.223.0」
　-->　第3オクテットの上位3ビット目まで同じ値
　-->　第3オクテットの上位3ビットまでをチェックし、それ以降はチェックしなければ範囲指定可能

　② 使用するワイルドカードマスクを2進数で表現
　　「00000000　00000000　000|11111　11111111」　<-- 「0.0.31.255」
　　※ 0：チェックする / 1：チェックしない

　③ 結果
　　192.168.192.0(ip)　0.0.31.255(wc)

　 --備考--
　　192.168.192.0/24 のネットワーク範囲：192.168.192.0 ～ 192.168.192.255
　　↕ネットワーク間 のネットワーク範囲：192.168.193.0 ～ 192.168.222.255
　　192.168.223.0/24 のネットワーク範囲：192.168.223.0 ～ 192.168.223.255


[注-1] 192.168.1.4/24 ～ 192.168.1.63/24のIPアドレス範囲

　① IPアドレスを2進数表記に変える
　　「11000000　10101000　00000001　00|000100」　<-- 「192.168.1.4」
　　「11000000　10101000　00000001　00|111111」　<-- 「192.168.1.63」
　-->　第4オクテットの上位2ビット目まで同じ値
　-->　これをワイルドカードマスクで表現してみると・・・。

　② 使用するワイルドカードマスクを2進数で表現
　　「00000000　00000000　00000000　00111111」　<-- 「0.0.0.63」
　　※ 0：チェックする / 1：チェックしない

　③ 結果
　　192.168.1.4(ip)　0.0.0.63(wc)

　一見行けそうだが、NGである。2進数にして考えてみる。
　　「11000000　10101000　00000001　00|000100」　<-- 「192.168.1.4 (ip)」
　　「00000000　00000000　00000000　00|111111」　<-- 「0.0.0.63 (wc)」

　ワイルドカードマスクは、0ビット部分のみをチェックする為、IPアドレス範囲は下記となる。
　「IPアドレス範囲：192.168.1.0 ～ 192.168.1.63」

　範囲内に「192.168.1.0 / 192.168.1.2 / 192.168.1.3」が入ってしまっている。

　こういう場合は、もう一つIPアドレス範囲を作成する。
　　「11000000　10101000　00000001　000000|00」　<-- 「192.168.1.0 (ip)」
　　「00000000　00000000　00000000　000000|11」　<-- 「0.0.0.3 (wc)」
　　--> 192.168.1.0(ip)　0.0.0.3(wc)
　　--> IPアドレス範囲：192.168.1.0 ～ 192.168.1.3

　ACLで例えると、192.168.1.4 ～ 192.168.1.63の範囲のみを許可したいとする。
　そういった場合、下記のように設定する。

　１．172.16.1.0 - 172.16.1.3 をdenyとして設定する行（WC 0.0.0.3）
　　　-->　access-list 1 deny 192.168.1.0 0.0.0.63
　２．172.16.1.0 - 172.16.1.63 をpermitとして設定する行(WC 0.0.0.63)
　　　-->　access-list 1 permit 192.168.1.0 0.0.0.63

　このようにすることで、192.168.1.4 ～ 192.168.1.63 ピンポイントで範囲指定ができる。


[注-2] 192.168.0.0/24 ～ 192.168.0.14/24のアドレス範囲

　① IPアドレスを2進数表記に変える
　　「11000000　10101000　00000000　0000|0000」　<-- 「192.168.0.0」
　　「11000000　10101000　00000000　0000|1110」　<-- 「192.168.0.14」
　-->　第4オクテットの上位4ビット目まで同じ値
　-->　これをワイルドカードマスクで表現してみると・・・。

　② 使用するワイルドカードマスクを2進数で表現
　　「00000000　00000000　00000000　00001110」　<-- 「0.0.0.14」
　　※ 0：チェックする / 1：チェックしない

　③ 結果
　　192.168.0.0(ip)　0.0.0.14(wc)
　　IPアドレス範囲：192.168.0.0 ～ 192.168.0.14 の偶数のみになってしまう。
　　　--> 192.168.0.0 / 192.168.0.2 / 192.168.0.4 / 192.168.0.4 / 192.168.0.6
　　　　　192.168.0.8 / 192.168.0.10 / 192.168.0.12 / 1192.168.0.4

　　2進数にして考えてみる。
　　「11000000　10101000　00000000　0000|000|0」　<-- 「192.168.0.0 (ip)」
　　「00000000　00000000　00000000　0000|111|0」　<-- 「0.0.0.14 (wc)」
　　※ 0：チェックする / 1：チェックしない

　　よって192.168.0.0 - 192.168.0.14はできない。
　　ワイルドカードマスクにすると0.0.0.14 としたいところだが、
　　これをやると0から14までの偶数のIPアドレス範囲に理論上なるので、運用が大変になる。

まとめ

① 基本的にワイルドカードマスクで範囲を表す場合は、下記が条件

　1. 範囲の始まりがプレフィックスのネットワークアドレスであること
　　 --> /25 なら　x.x.x.0 か x.x.x.128

　　もしくは、末尾ビットが全て0ビットであること
　　 -->　 10.32.0.0 【 00001010　001|00000　00000000　00000000 】
　　 --> 172.16.32.0 【 10101100　00010000　001|00000　00000000 】
　　 --> 192.168.4.0 【 11000000　10101000　000001|00　00000000 】
　　 --> 192.168.4.8 【 11000000　10101000　00000100　00001|000 】
　　などなど　※ 末尾の0ビットの範囲内でしか範囲指定できない。それ以外だとおかしくなる。

　2. 範囲の終わりが (2の累乗)-1 であること
　　 --> 10.63.255.255 【 00001010　001|11111　11111111　11111111 】
　　 --> 172.16.63.255 【 10101100　00010000　001|11111　11111111 】
　　 --> 192.168.7.255 【 11000000　10101000　000001|11　11111111 】
　　 --> 192.168. 4. 15 【 11000000　10101000　00000100　00001|111 】
　　などなど　※ 末尾はすべて1ビットになる。

② アドレス範囲をピンポイントで指定する場合、アドレス範囲を複数作成するときがある。

--- 備考 ---
下記の計算ツールもあるので、試してみるのもありです。
【計算ツール】IPアドレス・サブネットマスク・ワイルドカードマスク

参照リンク

ACL - ワイルドカードマスクとは
ワイルドカードマスクとは - IT用語辞典 e-Words
IPアドレスとは？クラス範囲やサブネットマスク計算などの専門用語の意味を解説
サブネットマスク・ワイルドカードマスクの対応表と説明
【計算ツール】IPアドレス・サブネットマスク・ワイルドカードマスク
PATの設定（外部インターフェースのアドレスを使用）
アクセスコントロールリストとは