シェルスクリプトで IPアドレス計算

会社で、ローカルIPアドレスを何千件とインクリメントして、テストに利用しているのを見て、IP の計算ってどうやるんだ？ってことで、試しにやってみた。

具体的に「IPの計算」ってのは、以下を想定

• ネットワークアドレスを求める
• ブロードキャストアドレスを求める
• 連続したIP の一覧を求める
• あるIP が特定のネットワークの範囲にあるか判定する

どうやって計算するか

人間が使う IPアドレスは見やすいように、オクテット単位に区切られて、10進で表記されている。こんな感じ。

192.168.0.1

でもこれでは計算しづらいので、実際の 32bit値に変更して計算するのが良さそう。

# 10進数
3232235521

# ２進数
11000000 10101000 00000000 00000001

前準備

32bitの値で計算する必要があるので、以下のような関数があると便利。

1. IPアドレス表記 -> 32bit値 に変換 (ip2decimal)
2. 32bit値 -> IPアドレス表記 に変換 (decimal2ip)
3. CIDR 表記のネットワークアドレスを 32bit値に変換 (cidr2decimal)

3 については、ぱっと見、意味がわからないが、
192.168.0.0/24 の24を 32bit値4294967040(255.255.255.0)に変換するという意味。

で、作成した関数が、以下のようなもの。

bash:shellscript

# IPアドレス表記 -> 32bit値 に変換
function ip2decimal(){
    local IFS=.
    local c=($1)
    printf "%s\n" $(( (${c[0]} << 24) | (${c[1]} << 16) | (${c[2]} << 8) | ${c[3]} ))
}

# 32bit値 -> IPアドレス表記 に変換
function decimal2ip(){
    local n=$1
    printf "%d.%d.%d.%d\n" $(($n >> 24)) $(( ($n >> 16) & 0xFF)) $(( ($n >> 8) & 0xFF)) $(($n & 0xFF))
}

# CIDR 表記のネットワークアドレスを 32bit値に変換
function cidr2decimal(){
    printf "%s\n" $(( 0xFFFFFFFF ^ ((2 ** (32-$1))-1) ))
}

$ ip2decimal 192.168.0.1
3232235521
$ decimal2ip 3232235521
192.168.0.1

$ ip2decimal 255.255.255.0
4294967040
$ cidr2decimal 24
4294967040

やってることは、なんとなくわかると思いますが、一生懸命、頭にビット列の思い描きながら作りました。

計算

で、実際の計算。

1. ネットワークアドレスを求める

$ IP=192.168.0.1
$ CIDR=24
$
$ decimal2ip $(( $(ip2decimal $IP) & $(cidr2decimal $CIDR) ))
192.168.0.0

対象のIPアドレスを、ネットワークアドレスで AND（論理積&）すればよい。そのまま。

2. ブロードキャストアドレスを求める

$ IP=192.168.0.1
$ MASK=255.255.255.0
$
$ decimal2ip $(( $(ip2decimal $IP) | (0xFFFFFFFF ^ $(ip2decimal $MASK)) ))
192.168.0.255

対象のIPアドレスを、ネットワークアドレスの論理否定（ビット反転）と OR（論理和|）すればよい。(ただ、論理否定 ~ がうまく使えなかったので、XOR(排他的論理和)で代替)

3. 連続したIP の一覧を求める

function iplist(){
    local num=$(ip2decimal $1)
    local max=$(($num + $2 - 1))

    while :
    do
        decimal2ip $num
        [[ $num == $max ]] && break || num=$(($num+1))
    done
}

$ iplist 192.168.0.253 5
192.168.0.253
192.168.0.254
192.168.0.255
192.168.1.0
192.168.1.1

32bit値にしてインクリメントしているので、オクテットの境界と考える必要がない。

4. あるIP が特定のネットワークの範囲にあるか

function ipwith(){
   local addr=$1
   local mask=$2

   local num=$(ip2decimal $3)
   local net=$(( $(ip2decimal $addr) & $(ip2decimal $mask) ))
   local brd=$(( $(ip2decimal $addr) | (0xFFFFFFFF ^ $(ip2decimal $mask)) ))

   [ $net -le $num -a $num -le $brd ] && return 0 || return 1
}

192.168.0.200 192.168.1.200 が特定範囲(192.168.0.1/255.255.255.0)にあるか

$ ipwith 192.168.0.1 255.255.255.0 192.168.0.200
$ echo $?
0

$ ipwith 192.168.0.1 255.255.255.0 192.168.1.200
$ echo $?
1

指定されたIPが、ネットワークアドレスとブロードキャストアドレスの間にあるかどうかで判定。

まとめ

まぁ、使うことなさそう。 たまに使ってます (2016/03 追記)。