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python 实现IP子网计算

0. 前言

IP地址目前存在两个版本：IPv4和IPv6，平常我们见到最多的就是IPv4了，如192.168.1.1/24，当然,IPv4地址池资源紧缺，IPv6已悄然大量部署了。

我们在设计网络架构时必须要对设备互联地址、环回地址、业务地址进行规划，那怎么规划？给你一个A类地址你怎么办？最重要是不是得计算？口算怕不准确吧？心算行不行，就不怕你没这本事，哈哈！

下面请用python帮你搞定这一切吧！

1. ipaddress模块介绍

1.1 IP主机地址

说明：不带掩码

怎么判断是ipv4地址，还是ipv6地址呢？使用ipaddress.ip_address() 函数可以来知晓:

>>> 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

如果带上掩码就会报错：

>>> 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 定义网络

说明：表示网段

一个IP地址，通常由网络号+网络前缀组成，如192.168.1.0/24,可以通过ipaddress.ip_network函数来表示，缺省情况下，python只能识别网络号，如果是IP主机就会报错，当然你可以通过strict=False来避免。

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

#缺省，输入主机位就会报错
>>> 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 #提示是主机IP

#修改位非严格模式，缺省为strict=True
>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24' , strict=False)
IPv4Network('192.168.1.0/24') #返回网络号

1.3 主机接口

说明：表示接口地址(ip/掩码)
一般在路由器、交换机、防火墙接口上配置IP地址，格式如192.168.1.1/24，如果使用以上ipaddress.ip_address()和ipaddress.ip_network函数的话，就不太好表示，那么可以通过ipaddress.ip_interface()函数类表示。

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

1.4 检查address/network/interface对象

1.4.1 检查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 从接口IP获取网段

>>> 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 计算网段有多少个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 计算网段有多少个可用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]  #获取第一个可用IP
IPv4Address('192.168.1.1')
>>> [x for x in net.hosts()][-1] #获取最后一个可用IP
IPv4Address('192.168.1.254')

1.4.5 获取掩码与反掩码

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

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

1.6 获取网络号与广播地址

>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24' , strict=False).network_address
IPv4Address('192.168.1.0')  #获取网络号

>>> ipaddress.ip_network('192.168.1.1/24' , strict=False).broadcast_address
IPv4Address('192.168.1.255') #获取广播地址

1.7 异常处理

如果遇到IP地址格式不符合要求等这些情况，那怎么处理呢？

#错误显示,报"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

#通过try-except语句来处理异常情况
>>> import ipaddress
>>> def cal_ip(net):
...  try:
...   net = ipaddress.ip_network(net)
...   print(net)
...  except ValueError:
...   print('您输入格式有误，请检查！')
... 
>>> cal_ip(net = '192.168.1.1/24')
您输入格式有误，请检查！

2. 计算IP子网代码演示

2.1 完整代码

#!/usr/bin/env python3
#-*- coding:UTF-8 -*-
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import ipaddress

def cal_ip(ip_net):
 try:
  net = ipaddress.ip_network(ip_net, strict=False)
  print('IP版本号： ' + str(net.version))
  print('是否是私有地址： ' + str(net.is_private))
  print('IP地址总数: ' + str(net.num_addresses))
  print('可用IP地址总数： ' + str(len([x for x in net.hosts()])))
  print('网络号： ' + 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地址范围： ' + str([x for x in net.hosts()][0]) + ' ~ ' + str([x for x in net.hosts()][-1]))
  print('掩码地址： ' + str(net.netmask))
  print('反掩码地址： ' + str(net.hostmask))
  print('广播地址： ' + str(net.broadcast_address))
 except ValueError:
  print('您输入格式有误，请检查！')

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

2.2 运行结果

IP版本号： 4
是否是私有地址： True
IP地址总数: 256
可用IP地址总数： 254
网络号： 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地址范围： 192.168.1.1 ~ 192.168.1.254
掩码地址： 255.255.255.0
反掩码地址： 0.0.0.255
广播地址： 192.168.1.255