解释linux shell netmask2cdir和cdir2netmask中cidr到网络掩码的转换

Question

我从这个topic中找到了以下外壳函数

mask2cdr ()
{
   # Assumes there's no "255." after a non-255 byte in the mask
   local x=${1##*255.}
   set -- 0^^^128^192^224^240^248^252^254^ $(( (${#1} - ${#x})*2 )) ${x%%.*}
   x=${1%%$3*}
   echo $(( $2 + (${#x}/4) ))
}


cdr2mask ()
{
   # Number of args to shift, 255..255, first non-255 byte, zeroes
   set -- $(( 5 - ($1 / 8) )) 255 255 255 255 $(( (255 << (8 - ($1 % 8))) & 255 )) 0 0 0
   [ $1 -gt 1 ] && shift $1 || shift
   echo ${1-0}.${2-0}.${3-0}.${4-0}
}

您能否详细解释这些函数如何将cidr转换为网络掩码，并将网络掩码转换为cidr？具体地说，对set、参数扩展${#…}和算术扩展$((…))的调用非常繁重。

Answer 1

mask2cdr()

要从以点为十进制的网络掩码中获取CIDR前缀，请执行以下操作：

255.255.192.0

首先必须将四个二进制八位数转换为二进制，然后计算最高有效位(即前导一的数量)：

11111111.11111111.11000000.00000000  # 18 ones = /18 in CIDR

这个函数相当有创意地做到了这一点。首先，我们去掉所有前导的255八位字节(即二进制中全部为1的八位字节)，并将结果存储在变量x中

local x=${1##*255.}

这一步使用了parameter expansion，整个脚本都非常依赖它。如果我们继续使用255.255.192.0的示例网络掩码，我们现在有以下值：

$1: 255.255.192.0
$x: 192.0

接下来，我们设置三个变量：$1、$2和$3。这些变量称为positional parameters；它们非常类似于普通的命名变量，但通常是在将参数传递给脚本或函数时设置的。我们可以直接使用set --设置这些值，例如：

set -- foo bar  # $1 = foo, $2 = bar

我更喜欢使用命名变量而不是位置参数，因为它使脚本更容易阅读和调试，但最终结果是相同的。我们将$1设置为：

0^^^128^192^224^240^248^252^254^

这实际上只是一个表，用于将特定的十进制值转换为二进制值，并计算1位数。我们稍后再来讨论这个问题。

我们将$2设置为

$(( (${#1} - ${#x})*2 ))

这称为Arithmetic Expansion。它看起来很复杂，但它实际上只是计算我们在第一个命令中剥离的1位的数量。它分解为以下内容：

(number of chars in $1 - number of chars in $x) * 2

在我们的例子中，计算结果是

(13 - 5) * 2 = 16

我们去掉了两个二进制八位数所以我们得到16个。有道理。

我们将$3设置为：

${x%%.*}

这是剔除第一个.之后的$x的值。在我们的示例中，这是192。

我们需要将这个数字转换为二进制，并计算其中的1位的数量，所以让我们回到“转换表”。我们可以将表格分成相等的块，每个块有四个字符：

0^^^  128^  192^  224^  240^  248^  252^  254^

以二进制表示，上面的数字是：

00000000 10000000 11000000 11100000 11110000 11111000 11111100 11111110
# 0 ones 1 one    2 ones   3 ones   ...

如果我们从左开始计数，表中的每个四字符块都对应于一个额外的二进制1位。我们正在尝试转换192，所以让我们首先删除表的最右边部分，从192开始，并将其存储在x中

x=${1%%$3*}

$x的值现在是

0^^^128^

它包含两个四字符块或两个二进制1位。

现在我们只需要将前导的1位(总共16位，存储在变量$2中)和上一步的1位(总共2位)相加：

echo $(( $2 + (${#x}/4) ))

哪里

${#x}/4

是$x中的字符数除以4，即$x中四字符块的数量。

输出：

18

cdr2mask()

让我们继续运行前面的示例，该示例的CIDR前缀为18。

我们使用set --来设置位置参数$1到$9：

$1: $(( 5 - ($1 / 8) ))  # 5 - (18 / 8) = 3 [integer math]
$2: 255
$3: 255
$4: 255
$5: 255
$6: $(( (255 << (8 - ($1 % 8))) & 255 ))  # (255 << (8 - (18 % 8))) & 255 = 192
$7: 0
$8: 0
$9: 0

让我们研究一下用于将$1和$6设置得更接近的公式。$1设置为：

$(( 5 - ($1 / 8) ))

对于网络掩码，CIDR前缀的最大和最小可能值为32

11111111.11111111.11111111.11111111

网络掩码为0

00000000.00000000.00000000.00000000

以上公式使用整数除法，因此可能的结果范围为1到5：

5 - (32 / 8) = 1
5 - ( 0 / 8) = 5

$6设置为：

$(( (255 << (8 - ($1 % 8))) & 255 ))

让我们以CIDR前缀18为例来分析这一点。首先，我们取模数并做一些减法：

8 - (18 % 8) = 6

接下来，我们将按以下值按位移位255：

255 << 6

这与将6个0位推入二进制255的末尾相同：

11111111000000

最后，我们将此值与255进行逐位AND：

11111111000000 &
00000011111111  # 255

这给了我们

00000011000000

或者简单地说

11000000

看起来眼熟吗？这是我们的网络掩码中的第三个二进制八位数：

11111111.11111111.11000000.00000000
                  ^------^

以十进制表示，该值为192。

接下来，我们根据$1的值移动位置参数

[ $1 -gt 1 ] && shift $1 || shift

在我们的示例中，$1的值为3，因此我们将位置参数3向左移动。先前的$4值变为$1的新值，先前的$5值变为$2的值，依此类推：

$1: 255
$2: 255
$3: 192
$4: 0
$5: 0
$6: 0

这些值看起来应该很熟悉:它们是网络掩码中的十进制八位数(末尾附加了几个额外的零)。要获得网络掩码，我们只需打印出前四个中间带点的内容：

echo ${1-0}.${2-0}.${3-0}.${4-0}

每个参数后面的-0表示，如果未设置该参数，则使用0作为默认值。

输出：

255.255.192.0