使用了Java、C#等许多语言好多年了,一直没怎么用过这些语言中的位移运算符,最近为了实现了一个小功能,才体会到这几个运算符的用途。在介绍如何用GO语言计算CIDR地址段之前,先介绍一下什么是网络地址的CIDR。
CIDR全称Classless Inter-Domain Routing(无类域间路由),相比CIDR,现在全球的IPV4地址(通过32位比特位表示)早在上世纪80年代就被划分成了A、B、C、D、E五大类地址,其中A类地址的比特位以0开头,B类地址以10打头,C类地址以110打头,D类地址以1110打头,E类地址以1111打头。其中D类地址主要用于路由组播,E类地址暂时保留。每一类地址剩余的比特部分又被划分为网络和主机两部分,具体划分请见下图:
每一类IP地址具体范围如下图所示,其中A、B、C三类地址各自预留了一块内网保留地址,这几块保留地址是不是看起来很眼熟:
虽然有了这五类地址(实际可利用的只有三类)的划分,但是IPV4地址资源的分配要比这个细得多,毕竟全球那么多组织和企业在伸手要,为了对这几大类IP地址更加细分,相关组织引入了通过掩码来细化IP段,从而进行更细粒度的分配。IPV4的掩码与IP地址一样也是用32位比特位进行表示,我们可以在IP地址后面加一个“/XX”来指明用于CIDR的掩码,其中XX为一个不大于32的数字,例如如果指定XX=22,那么就表明要使用“11111111.11111111.11111100.00000000”(22个比特1+10个比特0)作为IP细分的掩码,这种做法相当于不再只单独使用原来的ABCDE五类地址来划分IP地址,因此名字中使用了Classless这个词。在Linux下有个ipcalc第三方命令可以用于计算CIDR,大家可以自己安装体会一下。
虽然有类似ipcalc的工具可用,但是开发网络程序时,还是得有个可以直接调用的lib,在Go下面搜寻未果的情况下,我决定自己实现一下,代码思路是非常简单的,主要是计算好掩码的位数即可,下面贴出来代码供同学们参考(为了演示,这里只计算了低16位的IP):
package main import ( "fmt" "strings" "strconv" ) func main() { minIp, maxIp := getCidrIpRange("100.111.111.111/22") fmt.Println("CIDR最小IP:", minIp, " CIDR最大IP:", maxIp) fmt.Println("掩码:", getCidrIpMask(22)) fmt.Println("主机数量", getCidrHostNum(22)) } func getCidrIpRange(cidr string) (string, string) { ip := strings.Split(cidr, "/")[0] ipSegs := strings.Split(ip, ".") maskLen, _ := strconv.Atoi(strings.Split(cidr, "/")[1]) seg3MinIp, seg3MaxIp := getIpSeg3Range(ipSegs, maskLen) seg4MinIp, seg4MaxIp := getIpSeg4Range(ipSegs, maskLen) ipPrefix := ipSegs[0] + "." + ipSegs[1] + "." return ipPrefix + strconv.Itoa(seg3MinIp) + "." + strconv.Itoa(seg4MinIp), ipPrefix + strconv.Itoa(seg3MaxIp) + "." + strconv.Itoa(seg4MaxIp) } //计算得到CIDR地址范围内可拥有的主机数量 func getCidrHostNum(maskLen int) uint { cidrIpNum := uint(0) var i uint = uint(32 - maskLen - 1) for ; i >= 1; i-- { cidrIpNum += 1 << i } return cidrIpNum } //获取Cidr的掩码 func getCidrIpMask(maskLen int) string { // ^uint32(0)二进制为32个比特1,通过向左位移,得到CIDR掩码的二进制 cidrMask := ^uint32(0) << uint(32 - maskLen) fmt.Println(fmt.Sprintf("%b \n", cidrMask)) //计算CIDR掩码的四个片段,将想要得到的片段移动到内存最低8位后,将其强转为8位整型,从而得到 cidrMaskSeg1 := uint8(cidrMask >> 24) cidrMaskSeg2 := uint8(cidrMask >> 16) cidrMaskSeg3 := uint8(cidrMask >> 8) cidrMaskSeg4 := uint8(cidrMask & uint32(255)) return fmt.Sprint(cidrMaskSeg1) + "." + fmt.Sprint(cidrMaskSeg2) + "." + fmt.Sprint(cidrMaskSeg3) + "." + fmt.Sprint(cidrMaskSeg4) } //得到第三段IP的区间(第一片段.第二片段.第三片段.第四片段) func getIpSeg3Range(ipSegs []string, maskLen int) (int, int) { if maskLen > 24 { segIp, _ := strconv.Atoi(ipSegs[2]) return segIp, segIp } ipSeg, _ := strconv.Atoi(ipSegs[2]) return getIpSegRange(uint8(ipSeg), uint8(24 - maskLen)) } //得到第四段IP的区间(第一片段.第二片段.第三片段.第四片段) func getIpSeg4Range(ipSegs []string, maskLen int) (int, int) { ipSeg, _ := strconv.Atoi(ipSegs[3]) segMinIp, segMaxIp := getIpSegRange(uint8(ipSeg), uint8(32 - maskLen)) return segMinIp + 1, segMaxIp } //根据用户输入的基础IP地址和CIDR掩码计算一个IP片段的区间 func getIpSegRange(userSegIp, offset uint8) (int, int) { var ipSegMax uint8 = 255 netSegIp := ipSegMax << offset segMinIp := netSegIp & userSegIp segMaxIp := userSegIp & (255 << offset) | ^(255 << offset) return int(segMinIp), int(segMaxIp) }
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