Python"ipaddress" 模块之概述

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在本文中，我们会看一看Python 3.3及更高版本中提供的ipaddress模块。本教程旨在为想知道如何在Python中解析和使用IP地址的网络工程师们提供一个简要参考。

在这篇概述中，你将了解到：

IPv4和IPv6地址之间的区别是什么
如何使用Python的ipaddress模块处理IPv4地址
如何使用Python的ipaddress模块处理IPv6地址

IPv4与IPv6地址 - 入门知识

从大的方面来说，IPv4地址和IPv6地址具有相同的目的和功能。但是，由于每个协议的地址结构存在很大差异。本教程用了不同的部分，来分别讨论IPv4和IPv6。

当今的互联网中，IPv4协议承担了绝大部分的IP处理任务，在不久的将来也依旧如此。尽管IPv6所带来的规模和功能方面的增强对未来互联网不可或缺，正在被逐步应用，但是到目前为止，应用率仍然很低。

一个IPv4地址由32位组成，分为四个“八位组”。 “八位组”一词用于标识一个八位结构来代替更常见的术语“字节”，但它们的定义相同。四个八位组被称为octet1，octet2，octet3和octet4。这是一个“点分十进制”格式，其中每个八位组对应一个从0到255的十进制值。

IPv4地址示例：192.168.100.10

IPv4地址示例（CIDR表示法）：192.168.100.10/24

“/24”是CIDR表示法，表示32位的前24位用于标识地址的网络部分。记住每个八位组长度为8位，这意味着前三个字节（3×8 = 24）标识网络（192.168.100.x），地址的其余八位标识节点（x.x.x.10）。

CIDR表示法可以是从 /8位到 /30位的任何值，偶尔有 /32位（/31无效），但通常使用/24。例如，你的家庭网络，或你的学校或公司网络很可能用/24 CIDR来表示。

用于表示网络标识的早期术语是子网掩码，其中CIDR表示为单独的点分十进制数。例如，一个/24 CIDR相当于一个网络掩码255.255.255.0。

IPv6地址长度为128位，与IPv4地址中的32位相比，有显著的增加。 IPv4和IPv6之间有很多不同之处，但最大的区别在于寻址结构。额外的长度提供了可支持的网络和主机数量的指数级增长。

IPv6地址示例：2001:db8:abcd:100::1/64

在IPv4地址使用点分十进制格式的情况下，IPv6协议使用十六进制表示法。 IPv6地址中的每个位置表示4个位，其值从0到f，按以下方式组织：

128位被分成8组，每组16位，每组由冒号分隔。一个组被称为4个十六进制字符（4个十六进制字符乘以4位= 16位）的“四重组”或“十六位组”。在上面的例子中，第一个四重组是“2001”。
任何四重组中的头部的0会被去除/压缩。在上面的例子中，第二个四重组是“db8”，实际上是“0db8”“，最开头的0被去掉了。最后一个四重组是“1”，实际上是“0001”“，三个头部0被压缩了。
如果一个四重组包含全零，它将被压缩为一个零。例如：具有“:0000:”的四重组将被压缩为“:0:”。
如果一个地址包含一个连续的全部为零的四重组，则连续的零被压缩并用双冒号表示。在上面的例子中，双冒号表示3个全部为零的四重组，或者“:0000:0000:0000:”浓缩为“::”。由于范例的地址有5个有值的四重组，所以压缩以后的四重组的数量肯定是3个（总数减8）。

所有的IPv6地址结构都使用CIDR表示法来确定有多少前导位用于网络标识，其余部分则用于主机/接口标识。考虑到是128位，产生的组合有很多。

Python的ipaddress模块和IPv4地址

ipaddress模块是按照CIDR表示法设计的，由于其简洁易用，受到人们的推荐。 ipaddress模块还包含了一些方法，用于在必要的情况下还原子网掩码。

IPv4地址的最初定义中包含一个“类”，这个“类”由第一个八位组中的地址范围所定义。 ipaddress模块不识别IPv4类，故在本教程中不会涉及。

ipaddress模块包含三个特定的IPv4地址对象类型：

一个“主机”，或一个不包含CIDR表示法的独立的地址对象
包含CIDR表示法的单个接口地址对象
以及一个网络地址对象，指的是整个网络的IP地址范围。

“主机”和“接口”之间的主要区别在于主机或ip_address对象不包含CIDR表示法，而ip_interface对象包含CIDR表示法：

处理不需要或不使用CIDR表示法的IP数据包时，ip_address对象最为有用。
当使用节点和接口标识来连接到必须包含网络/子网标识的IP网络时，ip_interface对象最管用。
ip_network对象包含网络中的所有地址，并且对于网络标识非常有用。

用ipaddress创建IPv4主机地址对象

ipaddress.ip_address() 工厂函数用于创建ip_address对象。它会根据传入的值自动确定是创建IPv4还是IPv6地址（IPv6地址将在本教程的后面部分讨论）。如上所述，这个对象表示一个数据包在穿越不需要CIDR的网络的过程中，所发现的IP地址。

在多数情况下，用于创建ip_address对象的值将是一个字符串，格式为IPv4点分十进制，如图所示：

或者，IPv4地址可以以二进制形式输入，如完整32位二进制值的十进制值，或按照此例，以十六进制格式输入：

第一个例子使用完整的32位地址，第二个例子是32位地址的十进制值。两者都很笨拙，容易出错且没什么太大的价值。第三个示例使用十六进制值，这可能很有用，因为解析或嗅探中的大多数数据包，都以十六进制格式表示。

用ipaddress创建IPv4接口地址对象

ipaddress.ip_interface() 工厂函数用于创建ip_interface对象，该对象根据传入的值自动确定是创建IPv4还是IPv6地址（IPv6地址将在本教程的后面部分讨论）。

如前所述，ip_interface对象表示在正确处理数据包所需的CIDR（或掩码）所在的主机或网络接口上找到的IP地址。

在创建ip_interface选项时可以使用与ip_address选项（二进制，十进制值，十六进制）相同的选项。但是，唯一通过CIDR表示法或掩码来有效创建ip_interface的办法，是使用点分十进制IPv4地址字符串。

用ipaddress创建IPv4网络地址对象

ipaddress.ip_network()工厂函数用于创建ip_network对象，该对象根据传入的值自动确定是创建IPv4还是IPv6地址（IPv6地址将在本教程的后面部分讨论）。

IP网络定义：包括了一个网络或子网的连续IP地址范围。例如：

192.168.100.0/24是192.168.100.0网络，其中/24指定前3个八位组组构成网络标识。
第4个八位组用于分配给各个主机和路由器接口。
地址范围是192.168.100.1到.254。
192.168.100.0用于定义网络/子网，192.168.100.255是该网络的广播地址。它们都不能用于分配给主机或路由器接口。

创建ip_network对象遵循与创建ip_interface对象相同的语法：

在上面的例子中，使用的网络地址必须是一个有效的网络地址，它是构成网络的IPv4地址范围中的第一个地址。否则，Python将抛出一个异常：

在使用主机或路由器接口时，通常需要确定网络地址。可以经由计算得出，但是需要几个步骤，可以使用strict = False选项（strict = True是默认值）在一个步骤中完成。

在上面的例子中，ip_interface地址是已知的（192.168.100.10），但不是接口所属的ip_network。使用strict = False选项，计算ip_network地址（192.168.100.0/24）并将其填充到ip_network对象中。

Python的ipaddress模块和IPv6地址

与IPv4一样，ipaddress模块使用与IPv4相同的三种基本工厂功能。包括：

一个“主机”，或一个不包含CIDR表示法的独立地址对象，
包含CIDR表示法的接口地址对象
以及引用整个网络的IP地址范围的网络地址对象。

由于详细信息在IPv4部分中已经介绍，在此仅作简要描述。

用ipaddress创建IPv6主机地址对象

ipaddress.ip_address() 工厂函数用于创建ip_address对象。它会根据传入的值自动确定使用IPv6地址格式。请注意，CIDR表示法未与ip_address函数一起使用。

在大多数情况下，用于为IPv6创建ip_address对象的值将是根据此示例的IPv6四进制/六进制格式的字符串：

与IPv4一样，可以使用完整的二进制，十进制或十六进制值创建IPv6地址对象。对于IPv4地址，32位难以处理，而对于128位IPv6地址来说更是尴尬。实际上，预计八个四重组表示的字符串将是一般形式。

用ipaddress创建IPv6接口地址对象

ipaddress.ip_interface() 工厂函数用于创建ip_interface对象，该对象根据传入的值自动创建IPv6地址。请注意，函数中必须包含CIDR表示法。

用ipaddress创建IPv6网络地址对象

ipaddress.ip_network() 工厂函数用于根据传入的值为IPv6创建一个ip_network对象。

与IPv4一样，IPv6网络被定义为可分配给特定主机或路由器接口的一系列连续IP地址。

使用我们以前的示例2001:db8:abcd:100:: /64，/64 CIDR指定四个四重组构成完整的网络标识。请记住，前三个四重组是IPS分配的全局ID，第四个四重组识别内部子网编号。 64位的余额用于从“0000:0000:0000:0001”到“ffff:ffff:ffff:fffe”的范围内的主机标识。

与IPv4寻址一样，IPv6子网中的第一个和最后一个地址不能用于主机寻址。给定一个/ 64 CIDR，这意味着有2到2的64次方（减2）可能的主机地址，这意味着从数学角度，每个网络/子网有18,446,744,073,709,551,614个可能的主机地址。

上述全局地址分配如下：

全局标识符由ISP分配：2001:db8:abcd::/48
子网标识：2001:db8:abcd:100:: / 64
子网中的第一个可用地址：2001:db8:abcd:100:: 1/64
子网中最后一个可用地址：2001:db8:abcd:100:ffff:ffff:ffff:fffeffff / 64

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