有效地查找子网内可用 IP 地址的列表/范围答案

【问题标题】：Find list/ranges of available IP addresses within subnet efficiently有效地查找子网内可用 IP 地址的列表/范围
【发布时间】：2020-01-03 04:48:06
【问题描述】：

我正在尝试确定下一个可用的 IP 地址被赋予一个子网（基本上是一个起始 IPv4 地址和一个结束 IPv4 地址）和一个包含已分配 IPv4 地址的 addresses 表。

表格的简化架构：

CREATE TABLE addresses (
    address INET NOT NULL,
    -- OTHER INFORMATION ASSOCIATED WITH IP ADDRESSES --
);

当前实现在子网内生成所有可能的 IP 地址，并返回那些不在 addresses 表中的 IP 地址。

例如，给定一个子网，其起始 IP 为“192.0.0.0”，结束 IP 为“192.0.0.255”，查询将如下所示：

SELECT * 
FROM (
  SELECT i + '0.0.0.0' :: inet as generated_address
  from generate_series('192.0.0.0' :: inet - '0.0.0.0' :: inet,
                       '192.0.0.255' :: inet - '0.0.0.0' :: inet) as i) as iprange
                       WHERE generated_address NOT IN (SELECT address FROM addresses);

这可以正常工作，但问题是对于 /12 和更低的子网掩码它开始变慢，并且对于 /8 的子网掩码根本没有完成。

我正在尝试确定查找下一个可用 IP 地址的替代方法。
此外，如果我可以返回可用 IP 地址列表或范围列表（表示可用 IP 地址与不可用 IP 地址之间的差距），那将是理想的。

在post 上似乎有一些与此问题相关的好答案，但我发现很难理解该帖子中的答案并将它们翻译成我在 postgres 中的情况（因为我对它相当陌生）。

数据

我不完全确定数据会是什么样子，但地址表填充方式的 3 种情况如下：

稀疏（分配的 IP 地址很少）
不稳定（子网的一半已填满，但之间有很多间隙）
密集（占用大多数 IP 地址）

最坏的情况可能是情况 3，因为它需要查看所有记录。

我提供了一个简单的DB Fiddle 来演示该场景。

【问题讨论】：

您是否考虑过保留一个包含免费 IP 范围列表的表格？这可能会变得非常碎片化，但如果您不分配最低可用地址，但可能不会那么多，而是分配最小可用范围的第一个地址。您可以索引大小。
这是我可以考虑的一种可能的替代解决方案，但现在我更喜欢不包括创建另一个表的解决方案。
我的意思是把这张桌子作为唯一的桌子。无论如何，如果您的解决方案对您来说足够高效，那很好。
好吧，在问题中我简化了架构，但我将编辑问题以包括它们与addresses 表的每一行相关联的信息这一事实。为混乱道歉

标签： sql postgresql ip subnet

【解决方案1】：

我设法想出了这样的事情：

WITH gaps (start_ip, end_ip) as 
(
   SELECT
      address + 1 AS start_ip,
      next_address - 1 AS end_ip 
   FROM
      (
         SELECT
            address,
            LEAD(address) OVER (
         ORDER BY
            address) AS next_address 
         FROM
            addresses 
         where
            and address >= '192.0.0.0' :: INET -- Start Address
            and address <= '192.0.255.255' :: INET -- End Address
      )
      AS gaps 
   WHERE
      gaps.address + 1 <> gaps.next_address
)
SELECT
   generate_series(start_ip - '0.0.0.0' :: INET, end_ip - '0.0.0.0' :: INET) + '0.0.0.0'::INET as address 
FROM
   gaps

同样，大部分内容本质上是此post 中答案的翻译，但我认为它仍然可以帮助其他人在这里获得它。

一般的想法是在addresses 表（此处已分配地址）中寻找“空白”，这意味着介于两者之间的所有内容都是“免费的”。如果 LEAD 中的next_address 仅比当前的address 大 1，则表示下一个地址已被占用，没有间隙。这是DBFiddle

我仍在寻找更有效的解决方案，尤其是在地址表非常密集或满的情况下，最坏的情况是子网中只有最后一个 IP 地址是空闲的......

【讨论】：