JSでサブネットマスクの計算

2021-02-04

概要

JSでIPv4のサブネットマスクの計算を行った時の記録及び自分用メモです。

JSでIPの計算を行う機会なんて殆どないかもしれませんが、(node.jsは別として) 重要な理論を整理するためにJSで実装してみました。

JSによるサブネットマスク関連の計算

大前提としてサブネットの計算を整理しておきます。

※ ここに記載しているコードは"最低限の機能"しか実装しておらず、入力値をチェックする機構はないので注意が必要です。例外的な値を入力すると誤作動します。

IPv4アドレス文字列をNumber型に変換する

IPv4アドレスの文字列、例えば 192.168.0.1 といった形式の文字列をbit演算を利用して計算するために Number型に変換しておきます。

具体的には次のような手順で変換します。

192.168.0.1 # IPアドレス表記
↓
11000000.10101000.00000000.00000001 # 2進数に変換
↓
3232235521 # 10進数表記

// IPv4 to binary string
const ip2bin = (ip) => ip.split(".").map(e => Number(e).toString(2).padStart(8, '0')).join('')
// IPv4 to Number
const ip2long = (ip) => parseInt(ip2bin(ip), 2)
// Number to IPv4
const long2ip = (num) => {
    let bin = Number(num).toString(2).padStart(32, '0')
    return [
        bin.slice(0, 8),
        bin.slice(8, 16),
        bin.slice(16, 24),
        bin.slice(24, 32),
    ].map(e => parseInt(e, 2)).join('.')
}

console.log(ip2bin("192.0.34.166")) // 11000000000000000010001010100110
console.log(ip2long("192.0.34.166")) // 3221234342
console.log(long2ip(ip2long("192.0.34.166"))) // 192.0.34.166

余談ですが、ip2long/long2ipはPHPで同じ名前の関数が存在します。

ip2long - php.net

これらを参考にしました。

CIDR とサブネットの相互変換

CIDRは2進数で表示された場合の先頭からの1の数を表しており、1〜32の値となります。

なので次のような関係が成り立ちます。

26  # CIDR
↓
11111111.11111111.11111111.11000000 # 26個1を並べ2進数表記に変換
↓
255.255.255.192 # 1バイト(=8bit)ずつに区切ってそれぞれを10進数に変換する

コードにするとこのようになります。

// CIDR to Number
const cidr2long = (cidr) => parseInt(String("").padStart(cidr, '1').padEnd(32, '0'), 2)
// CIDR to SubnetMask
const cidr2subnetmask = (num) => long2ip(cidr2long(num))
// SubnetMask to CIDR
const subnetmask2cidr = (ip) => ip2bin(ip).split('1').length - 1

console.log(cidr2subnetmask(26)) // 255.255.255.192
console.log(subnetmask2cidr("255.255.255.192")) // 26

ネットワークアドレスとブロードキャストアドレス

ネットワークアドレス(開始アドレス)は、IPアドレスとサブネットマスクのAND(論理積)で求められます。

また、ブロードキャストアドレス(終了アドレス)は、IPアドレスと反転したサブネットマスクのOR(論理和)で求められます。

ただし、そのままビット演算子を利用して論理積や論理和を求めようとすると32ビット符号付き整数として計算されてしまうため符号なしとして計算してやる必要があります。

具体的には論理右シフト>>>を利用して "符号なし" に変換します。

したがって、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスは次のように求めます。

// ネットワークアドレス
const getNetworkAddr = (ip, subnetmask) => (ip & subnetmask) >>> 0
// ブロードキャストアドレス
const getBroadcastAddr = (ip, subnetmask) => (ip | ~subnetmask) >>> 0

クラス

IPアドレスは使用するネットワークの規模によってクラスA〜C + 特殊用としての「D」や実験用の「E」に分かれています。

クラスA 0.0.0.0 ～ 127.255.255.255
クラスB 128.0.0.0 ～ 191.255.255.255
クラスC 192.0.0.0 ～ 223.255.255.255
クラスD 224.0.0.0 ～ 239.255.255.255
クラスE 240.0.0.0 ～ 255.255.255.255

これを次のようにコードに落としました。

const getClass = (ip) => {
    if (ip2long("0.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("127.255.255.255")) {
        return 'A'
    }
    if (ip2long("128.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("191.255.255.255")) {
        return 'B'
    }
    if (ip2long("192.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("223.255.255.255")) {
        return 'C'
    }
    if (ip2long("224.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("239.255.255.255")) {
        return 'D'
    }
    if (ip2long("240.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("255.255.255.255")) {
        return 'E'
    }
    return false;
}
console.log(getClass(ip2long("192.168.0.1"))) // C

改めて計算方法を整理する

改めて整理してサブネットマスク関連の一連の計算を行います。コード全て載せます。

const ip2bin = (ip) => ip.split(".").map(e => Number(e).toString(2).padStart(8, '0')).join('')

const ip2long = (ip) => parseInt(ip2bin(ip), 2)

const long2ip = (num) => {
    let bin = Number(num).toString(2).padStart(32, '0')
    return [
        bin.slice(0, 8),
        bin.slice(8, 16),
        bin.slice(16, 24),
        bin.slice(24, 32),
    ].map(e => parseInt(e, 2)).join('.')
}

const cidr2long = (cidr) => parseInt(String("").padStart(cidr, '1').padEnd(32, '0'), 2)

const cidr2subnetmask = (num) => long2ip(cidr2long(Number(num)))

const subnetmask2cidr = (ip) => ip2bin(ip).split('1').length - 1

const getNetworkAddr = (ip, subnetmask) => (ip & subnetmask) >>> 0

const getBroadcastAddr = (ip, subnetmask) => (ip | ~subnetmask) >>> 0

const getClass = (ip) => {
    if (ip2long("0.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("127.255.255.255")) {
        return 'A'
    }
    if (ip2long("128.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("191.255.255.255")) {
        return 'B'
    }
    if (ip2long("192.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("223.255.255.255")) {
        return 'C'
    }
    if (ip2long("224.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("239.255.255.255")) {
        return 'D'
    }
    if (ip2long("240.0.0.0") <= ip && ip <= ip2long("255.255.255.255")) {
        return 'E'
    }
    return false;
}

const ipLong = ip2long("192.168.0.1")
const cidr = cidr2long(24)
console.log(`
IPアドレス: ${long2ip(ipLong)}
サブネットマスク: /${subnetmask2cidr("255.255.255.0")} (${cidr2subnetmask(24)})
ネットワークアドレス: ${long2ip(getNetworkAddr(ipLong, cidr))}
使用可能IP: ${long2ip(getNetworkAddr(ipLong, cidr) + 1)} 〜 ${long2ip(getBroadcastAddr(ipLong, cidr) - 1)}
ブロードキャストアドレス: ${long2ip(getBroadcastAddr(ipLong, cidr))}
アドレス数: ${getBroadcastAddr(ipLong, cidr) - getNetworkAddr(ipLong, cidr) + 1}
ホストアドレス数: ${getBroadcastAddr(ipLong, cidr) - getNetworkAddr(ipLong, cidr) - 1}
IPアドレスクラス: ${getClass(ipLong)}
`)

そして出力結果がこちらになります。サブネット計算サイトの結果と一致しました。

IPアドレス: 192.168.0.1
サブネットマスク: /24 (255.255.255.0)
ネットワークアドレス: 192.168.0.0
使用可能IP: 192.168.0.1 〜 192.168.0.254
ブロードキャストアドレス: 192.168.0.255
アドレス数: 256
ホストアドレス数: 254
IPアドレスクラス: C