如何计算 SQL 中的 IPv6 CIDR 路由前缀？

Question

我一直致力于在 SQL Server 2012 实例上使用 T-SQL 运行从 IPv4 和 IPv6 地址范围生成 CIDR。通常我们的应用程序（在数据库之外）负责计算 CIDR，但我目前需要在数据库中进行 CIDR 计算。因为 IPv6 太大而无法存储在 bigint 数据类型中，我们将 IP 地址存储为 binary(4) 或 binary(16).

计算 IPv4 范围的路由前缀虽然有点难看，但相对简单：

declare @ipv4_begin binary(4)
       ,@ipv4_end binary(4)

set @ipv4_begin = 0xC0A80000 -- '192.168.000.000'
set @ipv4_end = 0xC0A8FFFF   -- '192.168.255.255'

select 32 - LOG(
                Cast(@ipv4_end As bigint)
                - Cast(@ipv4_begin As bigint) + 1, 2
               ) as ipv4_route_prefix

遗憾的是，针对 IPv6 修改的相同查询不起作用。它不起作用的原因是因为 IPv6 地址大于可以存储在 bigint 数据类型中的地址（我们使用 binary(4) 和 binary(16) 进行存储的原因）：

declare @ipv6_begin binary(16)
       ,@ipv6_end binary(16)

set @ipv6_begin = 0xFC000000000000000000000000000000 -- fc00:: 
set @ipv6_end = 0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFFFF   -- fc00::ffff:ffff:ffff:ffff

-- This will cause error: 'An invalid floating point operation occurred.'
select 128 - LOG(
                 Cast(@ipv6_end As bigint)
                 - Cast(@ipv6_begin As bigint) + 1, 2
                ) as ipv6_route_prefix

除了不稳定的按位运算（最终不起作用）之外，我还没有想出任何可以在数据库中进行此计算的方法。

是否可以根据 T-SQL 中的 IPv6 地址范围计算 IPv6 CIDR 的路由前缀？

Answer 1

好吧，您已经对 IPv4 有了巧妙的技巧 -- 只需将值分成我们可以处理的最大块并重复该技巧。

SELECT ISNULL(MIN(32 - B + N), 128) 
FROM (VALUES
    (LOG(
        CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_end,    1, 4)) - 
        CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_begin,  1, 4)
        ) + 1, 2),  0),
    (LOG(
        CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_end,    5, 4)) - 
        CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_begin,  5, 4)
        ) + 1, 2), 32),
    (LOG(
        CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_end,    9, 4)) - 
        CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_begin,  9, 4)
        ) + 1, 2), 64),
    (LOG(
        CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_end,   13, 4)) - 
        CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_begin, 13, 4)
        ) + 1, 2), 96)
) AS Bits(B, N)
WHERE B <> 0;

我们确定每个块中第一个设置位的位置，然后选择最低的这样的位——如果没有这样的位，则所有位都匹配（ISNULL 涵盖了这种情况）。如果您将“128”替换为“32”，这也适用于 IPv4，但显然您已经有了一个表达式。我们可以将它打包成一个对两者都适用的函数：

CREATE FUNCTION dbo.CidrPrefixFromRange(@ip_begin VARBINARY(16), @ip_end VARBINARY(16)) 
RETURNS TABLE AS
RETURN
    SELECT ISNULL(MIN(32 - B + N), DATALENGTH(@ip_begin) * 8) AS Prefix
    FROM (VALUES
        (LOG(
            CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_end,    1, 4)) - 
            CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_begin,  1, 4)
            ) + 1, 2),  0),
        (LOG(
            CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_end,    5, 4)) - 
            CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_begin,  5, 4)
            ) + 1, 2), 32),
        (LOG(
            CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_end,    9, 4)) - 
            CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_begin,  9, 4)
            ) + 1, 2), 64),
        (LOG(
            CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_end,   13, 4)) - 
            CONVERT(BIGINT, SUBSTRING(@ip_begin, 13, 4)
            ) + 1, 2), 96)
    ) AS Bits(B, N)
    WHERE B <> 0;

示例使用：

-- 192.168.100.0 - 192.168.103.255
SELECT * FROM dbo.CidrPrefixFromRange(0xc0a86400, 0xc0a867ff) -- /22

-- 192.168.0.0 - 192.168.255.255
SELECT * FROM dbo.CidrPrefixFromRange(0xC0A80000, 0xC0A8FFFF) -- /16

-- fc00:: - fc00::ffff:ffff:ffff:ffff
SELECT * FROM dbo.CidrPrefixFromRange(
    0xFC000000000000000000000000000000,
    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFFFF
) -- /64

-- 127.0.0.1 - 127.0.0.1
SELECT * FROM dbo.CidrPrefixFromRange(0x7f000001, 0x7f000001) -- /32

没有关于这有多高效的承诺......如果你想要效率，这不是你想要在 T-SQL 中做的事情。 :-)

附录：我使用 table 值函数而不是更简单的标量值函数的原因（毕竟，我们只返回一个值）是标量值函数 perform far worse inside a query。内联 table 值函数可以有效地 CROSS APPLY 到 table。出于这个原因，我习惯将每个函数都写成内联 TVF，即使我没有预见到这样的用途——任何东西都比标量值函数好。

如何计算 SQL 中的 IPv6 CIDR 路由前缀？

How to calculate a IPv6 CIDR route prefix in SQL?

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