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python 實現IP子網計算

0. 前言

IP地址目前存在兩個版本：IPv4和IPv6，平常我們見到最多的就是IPv4了，如192.168.1.1/24，當然,IPv4地址池資源緊缺，IPv6已悄然大量部署了。

我們在設計網絡架構時必須要對設備互聯地址、環回地址、業務地址進行規劃，那怎么規劃？給你一個A類地址你怎么辦？最重要是不是得計算？口算怕不準確吧？心算行不行，就不怕你沒這本事，哈哈！

下面請用python幫你搞定這一切吧！

1. ipaddress模塊介紹

1.1 IP主機地址

說明：不帶掩碼

怎么判斷是ipv4地址，還是ipv6地址呢？使用ipaddress.ip_address() 函數可以來知曉:

>>> ipaddress.ip_address('192.168.1.1')
IPv4Address('192.168.1.1')
>>> ipaddress.ip_address('192.168.1.1').version
4

>>> ipaddress.ip_address('fe80::1')
IPv6Address('fe80::1')
>>> ipaddress.ip_address('fe80::1').version
6

如果帶上掩碼就會報錯：

>>> ipaddress.ip_address('192.168.1.1/32')
Traceback (most recent call last):
 File "stdin>", line 1, in module>
 File "/usr/lib/python3.5/ipaddress.py", line 54, in ip_address
 address)
ValueError: '192.168.1.1/32' does not appear to be an IPv4 or IPv6 address

1.2 定義網絡

說明：表示網段

一個IP地址，通常由網絡號+網絡前綴組成，如192.168.1.0/24,可以通過ipaddress.ip_network函數來表示，缺省情況下，python只能識別網絡號，如果是IP主機就會報錯，當然你可以通過strict=False來避免。

>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.0/24')
IPv4Network('192.168.1.0/24')

#缺省，輸入主機位就會報錯
>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24')
Traceback (most recent call last):
 File "stdin>", line 1, in module>
 File "/usr/lib/python3.5/ipaddress.py", line 74, in ip_network
 return IPv4Network(address, strict)
 File "/usr/lib/python3.5/ipaddress.py", line 1536, in __init__
 raise ValueError('%s has host bits set' % self)
ValueError: 192.168.1.1/24 has host bits set #提示是主機IP

#修改位非嚴格模式，缺省為strict=True
>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24' , strict=False)
IPv4Network('192.168.1.0/24') #返回網絡號

1.3 主機接口

說明：表示接口地址(ip/掩碼)
一般在路由器、交換機、防火墻接口上配置IP地址，格式如192.168.1.1/24，如果使用以上ipaddress.ip_address()和ipaddress.ip_network函數的話，就不太好表示，那么可以通過ipaddress.ip_interface()函數類表示。

>>> ipaddress.ip_interface('192.168.1.1/24')
IPv4Interface('192.168.1.1/24')

1.4 檢查address/network/interface對象

1.4.1 檢查IP版本(v4或者v6)：

>>> ipaddress.ip_address('192.168.1.1').version
4
>>> ipaddress.ip_address('fe80::1').version
6

1.4.2 從接口IP獲取網段

>>> ipaddress.ip_interface('192.168.1.1/24').network
IPv4Network('192.168.1.0/24')

>>> ipaddress.ip_interface('fe80::/64').network
IPv6Network('fe80::/64')

1.4.3 計算網段有多少個IP地址

>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.0/24').num_addresses
256

>>> ipaddress.ip_network('fe80::/64').num_addresses
18446744073709551616

1.4.4 計算網段有多少個可用IP地址

>>> net = ipaddress.ip_network('192.168.1.0/24')
>>> for x in net.hosts():
...  print(x)
... 
192.168.1.1
192.168.1.2
 ...
192.168.1.100
192.168.1.101
 ...
192.168.1.254

>>> [x for x in net.hosts()][0]  #獲取第一個可用IP
IPv4Address('192.168.1.1')
>>> [x for x in net.hosts()][-1] #獲取最后一個可用IP
IPv4Address('192.168.1.254')

1.4.5 獲取掩碼與反掩碼

>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24' , strict=False).netmask
IPv4Address('255.255.255.0') #獲取掩碼

>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24' , strict=False).hostmask
IPv4Address('0.0.0.255') #獲取反掩碼

1.6 獲取網絡號與廣播地址

>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24' , strict=False).network_address
IPv4Address('192.168.1.0')  #獲取網絡號

>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24' , strict=False).broadcast_address
IPv4Address('192.168.1.255') #獲取廣播地址

1.7 異常處理

如果遇到IP地址格式不符合要求等這些情況，那怎么處理呢？

#錯誤顯示,報"ValueError"
>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24')
Traceback (most recent call last):
 File "stdin>", line 1, in module>
 File "/usr/lib/python3.5/ipaddress.py", line 74, in ip_network
 return IPv4Network(address, strict)
 File "/usr/lib/python3.5/ipaddress.py", line 1536, in __init__
 raise ValueError('%s has host bits set' % self)
ValueError: 192.168.1.1/24 has host bits set

#通過try-except語句來處理異常情況
>>> import ipaddress
>>> def cal_ip(net):
...  try:
...   net = ipaddress.ip_network(net)
...   print(net)
...  except ValueError:
...   print('您輸入格式有誤，請檢查！')
... 
>>> cal_ip(net = '192.168.1.1/24')
您輸入格式有誤，請檢查！

2. 計算IP子網代碼演示

2.1 完整代碼

#!/usr/bin/env python3
#-*- coding:UTF-8 -*-
#歡迎關注微信公眾號：點滴技術

import ipaddress

def cal_ip(ip_net):
 try:
  net = ipaddress.ip_network(ip_net, strict=False)
  print('IP版本號： ' + str(net.version))
  print('是否是私有地址： ' + str(net.is_private))
  print('IP地址總數: ' + str(net.num_addresses))
  print('可用IP地址總數： ' + str(len([x for x in net.hosts()])))
  print('網絡號： ' + str(net.network_address))
  print('起始可用IP地址： ' + str([x for x in net.hosts()][0]))
  print('最后可用IP地址： ' + str([x for x in net.hosts()][-1]))
  print('可用IP地址范圍： ' + str([x for x in net.hosts()][0]) + ' ~ ' + str([x for x in net.hosts()][-1]))
  print('掩碼地址： ' + str(net.netmask))
  print('反掩碼地址： ' + str(net.hostmask))
  print('廣播地址： ' + str(net.broadcast_address))
 except ValueError:
  print('您輸入格式有誤，請檢查！')

if __name__ == '__main__':
 ip_net = '192.168.1.1/24'
 cal_ip(ip_net)

2.2 運行結果

IP版本號： 4
是否是私有地址： True
IP地址總數: 256
可用IP地址總數： 254
網絡號： 192.168.1.0
起始可用IP地址： 192.168.1.1
最后可用IP地址： 192.168.1.254
可用IP地址范圍： 192.168.1.1 ~ 192.168.1.254
掩碼地址： 255.255.255.0
反掩碼地址： 0.0.0.255
廣播地址： 192.168.1.255