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

• 0以上255以下の整数nに対して、 next(n) = n+1 (0≦n<255)、0 (n=255) と定義する。next(n)と等しい式はどれか。ここで、x…

  正解：(n+1) AND 255

  要点：全ビット1の値とのANDは、下位桁を残す剰余マスクになる

  255は2進数で8ビットが全て1（11111111）である。n+1を255とビットANDすると、下位8ビットだけが残り、それより上位の桁は切り捨てられる。n<255のときn+1は255以下なので値はそのまま、n=255のときn+1=256（100000000）は下位8ビットが全て0なので結果は0となり、定義どおりの動作になる。ビットマスクによる剰余（mod 256）の典型パターンである。

  出典：令和1年度 春期 高度共通_午前I試験 am1 問1（IPA）

• IPv4ネットワークにおいて、あるホストが属するサブネットのブロードキャストアドレスを、そのホストのIPアドレスとサブネットマスクから計算する方法として、適切な…

  正解：サブネットマスクの各ビットを反転したものとIPアドレスとの論理和を取る。

  要点：ブロードキャストはマスク反転とIPの論理和で求める

  ブロードキャストアドレスは、ネットワーク部はそのままでホスト部のビットをすべて1にしたアドレスである。サブネットマスクを反転するとホスト部だけが1のビット列になるので、これとIPアドレスの論理和を取ればホスト部が全て1、ネットワーク部は元のままとなり、目的のアドレスが得られる。

  出典：令和3年度 秋期 高度共通_午前I試験 am1 問11（IPA）

• IPv4ネットワークで使用されるIPアドレスaとサブネットマスクmからホストアドレスを求める式はどれか。ここで、“～”はビット反転の演算子、“｜”はビットごとの…

  正解：a ＆ ～m

  要点：ホストアドレスは a ＆ ～m、ネットワークアドレスは a ＆ m

  サブネットマスクmは、ネットワーク部のビットが1、ホスト部のビットが0になっている。したがってホスト部だけを取り出すには、マスクを反転してホスト部だけが1のパターン(～m)を作り、アドレスaとビットごとの論理積をとればよい。すなわちa ＆ ～mでホストアドレスが得られる（a ＆ mならネットワークアドレスになる）。

  出典：令和3年度 春期 高度共通_午前I試験 am1 問10（IPA）

• IPアドレスの自動設定をするためにDHCPサーバが設置されたLAN環境の説明のうち、適切なものはどれか。

  正解：DHCPによる自動設定を行うPCに、DHCPサーバのアドレスを設定しておく必要はない。

  要点：DHCPはブロードキャストで探すのでサーバのアドレス設定は不要

  DHCPクライアントは、IPアドレスを持たない段階でブロードキャストによりDHCPサーバを探索するため、あらかじめサーバのアドレスを設定しておく必要はない。サーバからはIPアドレスのほか、サブネットマスクやデフォルトゲートウェイ、DNSサーバのアドレスなどもまとめて配布できる。

  出典：令和4年度 秋期 高度共通_午前I試験 am1 問11（IPA）

• サブネットマスクが255.255.252.0のとき、IPアドレス172.30.123.45のホストが属するサブネットワークのアドレスはどれか。

  正解：172.30.120.0

  要点：/22ではIPとマスクの論理積で第3オクテットが120になる

  サブネットマスク255.255.252.0はプレフィックス長22ビットで、第3オクテットの上位6ビットまでがネットワーク部となる。123（01111011）と252（11111100）の論理積は120（01111000）なので、サブネットワークアドレスは172.30.120.0である。

  出典：令和5年度 秋期 高度共通_午前I試験 am1 問10（IPA）