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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