เทคนิคการออกแบบและคำนวณ IP Address

คนทำงานเน็ตเวิร์กต้องรู้เรื่อง IP Address กับ Subnet Mask ให้แม่น ไม่ว่าจะตั้งค่าเราเตอร์ วางแผนเน็ตเวิร์กในองค์กร หรือเตรียมสอบ CCNA บทความนี้สรุปวิธีคิดแบบเป็นขั้นตอน และมีตัวอย่างให้คำนวณตามได้ทันที

1. IP Address และ Subnet Mask คืออะไร

          IP Address คือหมายเลขประจำตัวของอุปกรณ์บนเครือข่าย TCP/IP (IPv4) มีขนาด 32 บิต หรือ 4 ไบต์ เขียนเป็นเลขฐานสิบ 4 ชุดคั่นด้วยจุด เช่น 168.108.2.12

หมายเลขชุดนี้แบ่งเป็น 2 ส่วน

Subnet Mask คือค่าที่ต้องใส่คู่กับ IP Address ทุกครั้ง ใช้บอกว่าบิตไหนเป็น Network บิตไหนเป็น Host

• บิตที่เป็น 1 ใน Subnet Mask = ส่วน Network
• บิตที่เป็น 0 ใน Subnet Mask = ส่วน Host

เขียนแบบย่อ (CIDR / Prefix): 192.168.10.1/24 หมายถึงใช้ 24 บิตแรกเป็น Network จึงมีค่าเท่ากับ Subnet Mask 255.255.255.0 ส่วน 192.168.10.65/26 จะมี Subnet Mask เป็น 255.255.255.192

 Note : IP Address เป็นแอดเดรสในเลเยอร์ 3 ที่เปลี่ยนได้ (ซอฟต์แวร์แอดเดรส) ส่วน MAC Address เป็นแอดเดรสที่ติดมากับการ์ดเน็ตเวิร์ก (ฮาร์ดแวร์แอดเดรส) ซึ่งเปลี่ยนไม่ได้

2. หา Network Address ด้วยการ AND

ขั้นตอน

1. แปลง IP Address เป็นเลขฐานสอง
2. แปลง Subnet Mask เป็นเลขฐานสอง
3. นำมา Logical AND ทีละบิต ผลลัพธ์คือ Network Address

กฎของการ AND: ได้ 1 เฉพาะเมื่อ 1 AND 1 เท่านั้น นอกนั้นได้ 0 ทั้งหมด

ทางลัดที่ใช้ได้เกือบทุกครั้ง

• ไบต์ของ Mask ที่เป็น 255 → คัดลอกเลข IP ในไบต์นั้นลงมาได้เลย
• ไบต์ของ Mask ที่เป็น 0 → ผลลัพธ์ในไบต์นั้นเป็น 0 เสมอ

ตัวอย่าง: IP 168.108.9.1 Mask 255.255.0.0

IP Address   : 168 . 108 .   9 .   1
Subnet Mask  : 255 . 255 .   0 .   0
-----------------------------------------
Network      : 168 . 108 .   0 .   0   ← Network Address
Host         :               9 .   1   ← Host Address

ผลคือเครื่องนี้อยู่ในเน็ตเวิร์ก 168.108.0.0 และมี Host Address เป็น 9.1

3. กฎพื้นฐานในการกำหนดแอดเดรส

1. 1 เซกเมนต์ = 1 Network Address เซกเมนต์คือพื้นที่ที่คั่นด้วยเราเตอร์หรือสวิตช์เลเยอร์ 3 แต่ละเซกเมนต์ต้องมี Network Address เป็นของตัวเองและห้ามซ้ำกับเซกเมนต์อื่น
2. 1 VLAN = 1 Network Address เครื่องที่อยู่ใน VLAN เดียวกันต้องใช้ Network Address เดียวกัน
3. ลิงก์ WAN ระหว่างเราเตอร์ ก็นับเป็นอีก 1 เน็ตเวิร์ก ถึงจะมีแค่ 2 อินเตอร์เฟซก็ตาม
4. Host Address ห้ามซ้ำกัน ในเน็ตเวิร์กเดียวกัน
5. ส่วน Host ห้ามเป็น 0 ทั้งหมด เพราะค่านี้คือ Network Address
6. ส่วน Host ห้ามเป็น 1 ทั้งหมด เพราะค่านี้คือ Broadcast Address ที่ใช้ส่งแพ็กเก็ตถึงทุกเครื่องในเน็ตเวิร์ก

4. IP Address แบ่งเป็นคลาส

          IPv4 แบ่งเป็น 5 คลาส คือ A, B, C, D และ E เพื่อให้จัดการและวางแผนเน็ตเวิร์กได้ง่ายขึ้น วิธีดูคลาสที่ง่ายที่สุดคือ ดูบิตแรก ๆ ของไบต์แรก ถ้าขึ้นต้นด้วย 0, 10, 110, 1110 และ 1111 จะเป็นคลาส A, B, C, D และ E ตามลำดับ

□ ส่วน Network    ■ ส่วน Host    ■ Multicast / สงวนไว้    ตัวแดง = บิตนำหน้าที่บอกคลาส

Default Subnet Mask ของคลาส A, B และ C

จำง่าย ๆ: ดูไบต์แรกก็รู้คลาสทันที 1–126 = A, 128–191 = B, 192–223 = C
• เฉพาะคลาส A, B และ C เท่านั้นที่ใช้กำหนดให้อินเตอร์เฟซของโฮสต์ได้ (คำว่าโฮสต์หมายถึงคอมพิวเตอร์หรือเราเตอร์)
• เลข 0 และ 127 ในไบต์แรกเป็นแอดเดรสพิเศษ โดย 127 สงวนไว้เป็น Loopback

เคล็ดลับการจัดสรร IP ในแต่ละเน็ตเวิร์ก เช่นเน็ตเวิร์ก 192.168.10.0/24

• .1 – .10 → เซิร์ฟเวอร์
• .11 – .240 → เครื่องผู้ใช้ทั่วไป
• .241 – .254 → อุปกรณ์เน็ตเวิร์ก สวิตช์ และอินเตอร์เฟซเราเตอร์ (Gateway)

5. Subnetting: แบ่ง 1 เน็ตเวิร์กออกเป็นหลายเน็ตเวิร์กย่อย

          ถ้าเราได้ Network Address มาเพียงก้อนเดียว เช่น 10.0.0.0/8 หรือ Public IP 203.155.10.33/28 จาก ISP แต่องค์กรมีหลายเซกเมนต์ เราต้องแบ่งก้อนนั้นเป็นซับเน็ตย่อย ๆ

หลักการ: ยืมบิตจากส่วน Host มาใช้เป็นส่วน Subnet แล้วแก้ Subnet Mask ให้ตรงกับจำนวนบิตที่ยืม

ยิ่งยืมบิตมากก็ยิ่งได้ จำนวนซับเน็ตมากขึ้น แต่ จำนวนโฮสต์ต่อซับเน็ตลดลง

สูตรที่ต้องจำ

Subnet Zero / Subnet All-One คืออะไร
• Subnet Zero คือซับเน็ตที่บิต Subnet เป็น 0 ทั้งหมด มีเลขซ้ำกับ Network Address เดิม
• Subnet All-One คือซับเน็ตที่บิต Subnet เป็น 1 ทั้งหมด มี Broadcast Address ซ้ำกับ Broadcast ของเน็ตเวิร์กเดิม
ตำราและข้อสอบรุ่นเก่ากำหนดให้ตัด 2 ซับเน็ตนี้ทิ้ง แต่เราเตอร์ Cisco IOS รุ่นปัจจุบันเปิดใช้คำสั่ง ip subnet-zero เป็นค่าเริ่มต้นอยู่แล้ว ในงานจริงจึงใช้ได้ทุกซับเน็ต (2^N) ข้อควรระวังมีข้อเดียว คืออุปกรณ์หรือระบบปฏิบัติการรุ่นเก่าบางตัวอาจไม่รองรับ

6. ขั้นตอนออกแบบ Subnet 6 ขั้น

1. นับจำนวนเซกเมนต์ ที่ต้องการ (รวม VLAN และลิงก์ WAN)
2. ประมาณจำนวนเครื่อง ในเซกเมนต์ที่ใหญ่ที่สุด
3. หาจำนวนบิตที่ต้องยืม (N) โดยต้องได้ซับเน็ตพอ และบิตที่เหลือต้องพอสำหรับโฮสต์
4. คำนวณ Subnet Mask ใหม่ ซึ่งทุกเซกเมนต์ใช้ค่าเดียวกัน
5. หา Subnet Address ทั้งหมด
6. หาช่วง IP ที่ใช้ได้ ในแต่ละซับเน็ต แล้วแจกจ่ายให้อุปกรณ์

ควรเผื่อจำนวนซับเน็ตและจำนวนโฮสต์สำหรับการขยายในอนาคตด้วย

7. ตัวอย่างการคำนวณ Subnet แบบละเอียด: แบ่ง 168.108.0.0 (คลาส B)

โจทย์: มีเน็ตเวิร์ก 168.108.0.0/16 ต้องการแบ่งเป็น 5 ซับเน็ต โดยแต่ละซับเน็ตมีเครื่องประมาณ 100–130 เครื่อง

ขั้นที่ 1: หาจำนวนบิตที่ต้องยืม

ใช้สูตรตำราสอบ 2^N − 2 ≥ 5

• N = 1 → 2 − 2 = 0
• N = 2 → 4 − 2 = 2
• N = 3 → 8 − 2 = 6

ต้องยืม 3 บิต และตรวจสอบจำนวนโฮสต์: เหลือบิต Host 16 − 3 = 13 บิต → 2¹³ − 2 = 8,190 เครื่อง พอสำหรับ 130 เครื่องแน่นอน

ขั้นที่ 2: หา Subnet Mask ใหม่

นำ 3 บิตแรกของส่วน Host มาเปลี่ยนเป็น 1

เดิม : 11111111.11111111.00000000.00000000  = 255.255.0.0
ใหม่ : 11111111.11111111.11100000.00000000  = 255.255.224.0  (/19)
                                              ↑ 3 บิตที่ยืมมาจาก Host

■ Network (16 บิต)    ■ Subnet (3 บิตที่ยืมมา)    ■ Host (13 บิตที่เหลือ)

ขั้นที่ 3: หา Subnet Address

ไล่ค่า 3 บิตที่ยืมมา (000 ถึง 111) ในไบต์ที่ 3

บิต Subnet	Subnet Address	หมายเหตุ
000	168.108.0.0	Subnet Zero
001	168.108.32.0
010	168.108.64.0
011	168.108.96.0
100	168.108.128.0
101	168.108.160.0
110	168.108.192.0
111	168.108.224.0	Subnet All-One

สังเกต: Subnet Address เพิ่มขึ้นทีละ 32 เพราะ 256 − 224 = 32 ตัวเลขนี้เรียกว่า ขนาดบล็อก (Block Size)

ขั้นที่ 4: หาช่วง IP ในแต่ละซับเน็ต

ตัวอย่างการแจกจ่ายในซับเน็ตแรก (Mask 255.255.224.0)

• 168.108.32.1 – .10 → เซิร์ฟเวอร์
• 168.108.32.11 – .200 → เครื่องผู้ใช้
• 168.108.32.201 – .254 → อุปกรณ์เน็ตเวิร์ก โดยให้ 168.108.32.254 เป็น Default Gateway

8. ตัวอย่างคลาส C ที่เจอบ่อย (192.168.100.0)

ตัวอย่าง /27 (255.255.255.224)

ซับเน็ตเพิ่มขึ้นทีละ 32

วิธีอ่านตาราง: ซับเน็ต 192.168.100.32 มีโฮสต์ตั้งแต่ .33 ถึง .62 และมี Broadcast คือ .63 (ในงานจริงยังใช้ซับเน็ต .0 ที่เป็น Subnet Zero และ .224 ที่เป็น Subnet All-One ได้อีก 2 ซับเน็ต)

ตัวอย่าง /26 (255.255.255.192)

• 192.168.100.64 → โฮสต์ .65 – .126 และ Broadcast .127
• 192.168.100.128 → โฮสต์ .129 – .190 และ Broadcast .191

ตัวอย่าง /29 (255.255.255.248)

ซับเน็ตเพิ่มขึ้นทีละ 8 คือ .8, .16, .24, … , .240

• 192.168.100.8 → โฮสต์ .9 – .14 และ Broadcast .15
• 192.168.100.16 → โฮสต์ .17 – .22 และ Broadcast .23

9. เทคนิคคำนวณย้อนกลับ: รู้ IP แล้วหาซับเน็ต

          ในงานจริงเรามักรู้แค่ IP Address กับ Subnet Mask ของเครื่อง เช่น 192.168.100.33 / 255.255.255.224 แล้วอยากรู้ว่าเครื่องนี้อยู่ซับเน็ตไหน ใช้ IP ตัวไหนได้บ้าง และ Broadcast คืออะไร

นึกภาพง่าย ๆ: ให้ไบต์สุดท้ายเป็นถนนที่มีบ้านเลขที่ 0 ถึง 255 แล้วแบ่งถนนเป็นซอยขนาดเท่ากัน
• ขนาดซอย = Block Size (ซอยละกี่หลัง)
• บ้านหลังแรกของซอย = Network Address (ใช้เป็นชื่อซอย ให้เครื่องใช้ไม่ได้)
• บ้านหลังสุดท้ายของซอย = Broadcast Address (ใช้ประกาศถึงทุกหลัง ให้เครื่องใช้ไม่ได้)
• บ้านที่เหลือตรงกลาง = IP ที่แจกให้เครื่องได้

ตัวอย่าง: เครื่องมี IP 192.168.100.33 และ Subnet Mask 255.255.255.224

ขั้นที่ 1: หาขนาดซอย (Block Size)
ดู Subnet Mask ไบต์สุดท้ายในที่นี้คือ 224 แล้วเอา 256 ลบ
256 − 224 = 32 แปลว่าแต่ละซับเน็ตมี 32 หมายเลข

ขั้นที่ 2: แบ่งถนนเป็นซอย ซอยละ 32
เริ่มจาก 0 แล้วบวกทีละ 32 จะได้จุดเริ่มต้นของแต่ละซอยคือ 0, 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224

ขั้นที่ 3: ดูว่า IP ของเราอยู่ซอยไหน
เลข 33 อยู่ระหว่าง 32 กับ 63 ดังนั้นเครื่องนี้อยู่ในซับเน็ต 192.168.100.32

ขั้นที่ 4: อ่านค่าจากซอยนั้น

ทางลัดหา Broadcast: เอาจุดเริ่มต้นของซอยถัดไปลบ 1 เช่น ซอยถัดไปเริ่มที่ 64 ดังนั้น Broadcast คือ 64 − 1 = 63

ลองทำอีก 2 ตัวอย่าง

 ซับเน็ต /30 มี IP ที่ใช้ได้แค่ 2 หมายเลข จึงเหมาะกับ ลิงก์ WAN แบบ Point-to-Point ที่มีแค่เราเตอร์ 2 ตัวต่อกันโดยตรง เช่น 10.0.0.0/30 ให้เราเตอร์ A ใช้ .1 และเราเตอร์ B ใช้ .2 พอดี ไม่เหลือ IP ทิ้ง

10. Private Address: IP สำหรับใช้ภายในองค์กร

          เน็ตเวิร์กที่ไม่ได้ต่ออินเทอร์เน็ตโดยตรงไม่จำเป็นต้องขอ Public IP จาก ISP สามารถใช้แอดเดรสส่วนตัวตามมาตรฐาน RFC 1918 ได้

• องค์กรใหญ่นิยมใช้ 10.0.0.0/8 แล้วนำไปทำ Subnet ให้แต่ละเซกเมนต์
• Private IP ออกอินเทอร์เน็ตโดยตรงไม่ได้ ต้องใช้ NAT (Network Address Translation) แปลงเป็น Public IP ก่อน

11. ข้อจำกัดของ FLSM และทางออก

          การออกแบบที่ ทุกซับเน็ตใช้ Subnet Mask เท่ากัน เรียกว่า FLSM (Fixed Length Subnet Mask) มีข้อเสียคือ

• ถ้าเลือก Mask ให้ได้ซับเน็ตพอ อาจได้โฮสต์ไม่พอ หรือในทางกลับกัน
• ถ้าแต่ละเซกเมนต์มีจำนวนเครื่องต่างกันมาก จะเหลือ IP ที่ไม่ได้ใช้จำนวนมาก เช่น ลิงก์ WAN ใช้แค่ 2 IP แต่ได้ซับเน็ตขนาด 8,190 โฮสต์

ทางออก คือ VLSM (Variable Length Subnet Mask) ซึ่งให้แต่ละซับเน็ตใช้ Mask ต่างกันตามขนาดที่ต้องการ ใช้ IP ได้คุ้มค่ากว่ามาก

สรุปท้ายบท

• Network Address = IP AND Subnet Mask
• ดูคลาสจากไบต์แรก: 1–126 = A, 128–191 = B, 192–223 = C
• จำนวนซับเน็ต = 2^N (รุ่นเก่าใช้ 2^N − 2)
• จำนวนโฮสต์ = 2^M − 2 เสมอ
• Block Size = 256 − ค่าไบต์สุดท้ายของ Subnet Mask
• IP ที่ใช้ไม่ได้: ตัวแรกของซับเน็ต (Network) และตัวสุดท้าย (Broadcast)
• Private IP: 10.x.x.x, 172.16–31.x.x, 192.168.x.