在 PHP 中获取可用的 CIDR 网络块答案

【问题标题】：Getting available CIDR netblocks in PHP在 PHP 中获取可用的 CIDR 网络块
【发布时间】：2018-06-29 13:41:16
【问题描述】：

给定一个父子网和许多“已使用”子网，确定“未使用”子网的最佳方法/算法是什么？

例如，给定：

$parent = '10.0.0.0/24';
$used = [
    '10.0.0.0/29',
    '10.0.0.8/29',
    '10.0.0.144/29'
];

程序需要提出最小的未使用子网数组：

$unused = [
    '10.0.0.16/28',
    '10.0.0.32/27',
    '10.0.0.64/26',
    '10.0.0.128/28',
    '10.0.0.152/29',
    '10.0.0.160/27',
    '10.0.0.192/26'
];

我打算使用以下伪代码来实现这一点：

create array $unused
add $parent to $unused
iterate through used subnets:
    if $used in $unused (exact match):
        remove from $unused
    else
        find subnet in $unused that contains $used
            split into smaller subnets

但是，我无法确切知道如何执行 split into smaller subnets 部分。如果有人可以建议最好的方法，或者更好/更有效的方法，将不胜感激！

【问题讨论】：

标签： php ip-address

【解决方案1】：

一种可能的方法是递归二分搜索。

子网是一个 IP 地址范围，因此第一步是开发将子网转换为范围并再次返回的函数（在您的示例中，您只显示了 IPv4 地址，所以我将使用整数来表示范围）：

function subnetToRange($subnet)
{
    list($ip_address, $mask_length) = explode('/', $subnet);
    $ip = ip2long($ip_address);
    $mask_right = pow(2, 32 - $mask_length) - 1;
    $mask_left = 0xffffffff ^ $mask_right;
    $ip_low = $ip & $mask_left;
    $ip_high = $ip_low | $mask_right;
    $range = [$ip_low, $ip_high];
    return $range;
}

function rangeToSubnet(array $range)
{
    $subnet = sprintf(
        '%s/%d',
        long2ip($range[0]),
        32 - log($range[1] - $range[0] + 1, 2)
    );
    return $subnet;
}

现在我们正在处理由下限和上限表示的范围，拆分范围的过程涉及创建两个较小的范围，一个覆盖原始范围的下半部分，另一个覆盖上半部分，例如：如果原始范围是 8 到 15，则两个新范围将是 8 到 11 和 12 到 15。

鉴于此，我们可以实现一种递归二分搜索形式，从父范围开始，然后如果它与任何使用的范围重叠，则递归地将其分成两半，直到找到完全未使用的范围，或完全使用的范围：

function findUnusedSubnets($parent, array $used)
{
    $parent = subnetToRange($parent);
    $used = array_map('subnetToRange', $used);
    $unused = array();
    findUnusedRanges($parent, $used, $unused);
    $unused = array_map('rangeToSubnet', $unused);
    return $unused;
}

function findUnusedRanges($subnet, $used, &$unused)
{
    foreach ($used as $range) {
        if ($subnet[0] > $range[1] || $subnet[1] < $range[0]) {
            continue; // subnet does not overlap used range
        }
        if ($subnet[0] >= $range[0] && $subnet[1] <= $range[1]) {
            return; // subnet completely within used range
        }
        // split subnet into two smaller subnets and check again
        $split = ($subnet[1] - $subnet[0] - 1) >> 1;
        findUnusedRanges([$subnet[0], $subnet[0] + $split], $used, $unused);
        findUnusedRanges([$subnet[1] - $split, $subnet[1]], $used, $unused);
        return;
    }
    $unused[] = $subnet; // subnet does not overlap any used range
}

结合这四个功能将允许您找到未使用的子网：

$parent = '10.0.0.0/24';
$used = [
    '10.0.0.0/29',
    '10.0.0.8/29',
    '10.0.0.144/29'
];
var_dump(findUnusedSubnets($parent, $used));

给出输出（用 php 5.6 测试）：

array(7) {
  [0]=>
  string(12) "10.0.0.16/28"
  [1]=>
  string(12) "10.0.0.32/27"
  [2]=>
  string(12) "10.0.0.64/26"
  [3]=>
  string(13) "10.0.0.128/28"
  [4]=>
  string(13) "10.0.0.152/29"
  [5]=>
  string(13) "10.0.0.160/27"
  [6]=>
  string(13) "10.0.0.192/26"
}

【讨论】：