ビット演算によるマスク処理とは？

ビット演算によるマスク処理の意味

AND・OR・NOTを組み合わせて特定のビットだけを取り出す・立てる・落とす操作。応用情報では、フラグ管理、サブネットマスクによるネットワークアドレスの算出、アクセス権の判定などの計算で問われる。

ビット演算によるマスク処理の具体例

状態をビットで持つとき、ANDで該当ビットが1かを検査し、ORで権限を追加し、ANDとNOTの組合せ（x AND NOT m）で剥奪する。IPアドレスとサブネットマスクのANDがネットワークアドレスになる。

ビット演算によるマスク処理は試験でどう引っ掛けられる？

「立てる」のはORで1を重ねる操作、「落とす」のはANDで0を掛ける操作。逆に覚えると結果が全く変わる。またマスクは論理演算であり、シフト演算のように桁位置を移動させるわけではない。

ビット演算によるマスク処理と関連する用語

• 排他的論理和（XOR）の性質
• シフト演算
• サブネッティングとCIDR

ビット演算によるマスク処理が出た過去問

• 8ビットのビット列の下位4ビットが変化しない操作はどれか。

  正解：16進表記0Fのビット列との論理積をとる。

  要点：ANDは0でクリア・1で保存。マスクの基本動作

  ビットマスクの基本問題。16進0Fは下位4ビットが1、上位4ビットが0のパターン。論理積（AND）は「1との積は元の値のまま、0との積は0」になるので、0Fとの論理積では下位4ビットが保存され、上位4ビットだけが0にクリアされる。したがって下位4ビットが変化しない操作はANDである。

  出典：平成28年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問1（IPA）

• TCP/IPネットワークにおいて，IPアドレスを動的に割り当てるプロトコルはどれか。

  正解：DHCP

  要点：DHCPはIPアドレス等の設定情報を動的に貸し出す

  起動した端末に対してIPアドレスやサブネットマスク、デフォルトゲートウェイなどの設定情報を自動的に貸し出すプロトコルがDHCPである。管理者が端末ごとに手作業で設定する必要がなくなり、限られたアドレスを使い回せる利点がある。

  出典：平成28年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問32（IPA）

• 2台のPCにIPv4アドレスを割り振りたい。サブネットマスクが255.255.255.240のとき，両PCのIPv4アドレスが同一サブネットに所属する組合せはど…

  正解：192.168.1.17と192.168.1.29

  要点：マスク240はホスト部4ビット。16ごとの区切りで判定する

  サブネットマスク255.255.255.240は下位4ビットがホスト部なので、16個ずつの区切りになる。第4オクテットで見ると0〜15、16〜31、32〜47、48〜63という範囲に分かれ、同じ範囲に入る2つのアドレスだけが同一サブネットとなる。17と29はどちらも16〜31の範囲に収まる。

  出典：平成28年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問33（IPA）

• 次のIPアドレスとサブネットマスクをもつPCがある。このPCのネットワークアドレスとして、適切なものはどれか。 IPアドレス：10.170.70.19 サブネッ…

  正解：10.170.70.16

  要点：ネットワークアドレスはIPとサブネットマスクのビット論理積

  サブネットマスク255.255.255.240は上位28ビットがネットワーク部で、第4オクテットの上位4ビットまでが該当する。第4オクテットの19は2進数で00010011なので、下位4ビットを0にすると00010000＝16になる。したがってネットワークアドレスは第4オクテットが16の値となる（このサブネットは16〜31、ブロードキャストは31）。

  出典：平成29年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問35（IPA）

• 次に示す手順は，列中の少なくとも一つは1であるビット列が与えられたとき，最も右にある1を残し，他のビットを全て0にするアルゴリズムである。例えば，0010100…

  正解：論理積（AND）

  要点：A AND (A XOR (A-1)) で最下位の1ビットだけを抽出できる

  1を引くと最右の1が0になり、その右側の0が全て1へ変わる。元の値との排他的論理和は最右の1とその右側だけが1のマスクになるため、これと元の値の論理積を取ると最右の1だけが残る。例では00101000と00001111の論理積で00001000となる。

  出典：平成30年度 秋期 基本情報技術者試験 午前 問2（IPA）