如何从Python中的IP范围列表中生成随机IP地址？

Question

如何从Python中的IP范围列表中生成随机IP地址？

我尝试使用ipaddress模块创建一个ip地址列表，然后将其随机化。

ipRanges = [
    "103.112.2.0/24"
]
network = ipaddress.IPv4Network(random.choice(ipRanges))
ip= random.choice(list(network))

这是我目前的密码。它工作了，但它使用了很多RAM，因为它需要以更好的方式存储在列表中？

Answer 1

与其生成所有可能的IP并选择一个IP，不如将IP威胁为32位整数，使用网络地址作为固定的最重要比特，并生成随机主机部分。

import ipaddress, random, struct

def random_ip(network):
    network = ipaddress.IPv4Network(network)
    network_int, = struct.unpack("!I", network.network_address.packed) # make network address into an integer
    rand_bits = network.max_prefixlen - network.prefixlen # calculate the needed bits for the host part
    rand_host_int = random.randint(0, 2**rand_bits - 1) # generate random host part
    ip_address = ipaddress.IPv4Address(network_int + rand_host_int) # combine the parts 
    return ip_address.exploded

这给了你：

>>> for _ in range(4):
    print(random_ip("103.112.2.0/24"))

103.112.2.143
103.112.2.120
103.112.2.75
103.112.2.59

>>> for _ in range(4):
    print(random_ip("103.112.164.0/22"))

103.112.165.120
103.112.164.219
103.112.165.159
103.112.166.232

>>> for _ in range(4):
    print(random_ip("103.112.164.0/255.255.252.0"))

103.112.165.17
103.112.165.210
103.112.167.184
103.112.166.171

>>> for _ in range(4):
    print(random_ip("0.0.0.0/0"))

115.231.216.55
252.123.19.92
218.198.69.183
179.73.234.254

Answer 2

您可以使用网络掩码和来自IPNetwork对象的地址来构造范围内的IP地址：

import ipaddress
import random

# Pick a CIDR block to use
ipRanges = [
    "103.112.2.0/24",
    "1.0.0.0/8",
]
network = ipaddress.IPv4Network(random.choice(ipRanges))

# Get the netmask and address as a list of bytes
netmask = network.netmask.packed
address = network.network_address.packed

# Operate on each byte of the address
picked = b''
for netmask_byte, address_byte in zip(netmask, address):
    # Pick a random value
    val = random.randint(0, 255)
    # Or in the random bits not in the netmask with the bits in the address in the netmask
    picked += bytes([((255 ^ netmask_byte) & random.randint(0, 255)) | address_byte])
# Turn the result into an IP address
picked = ipaddress.IPv4Address(picked)

print(picked)

Answer 3

我假设您只对IPv4地址感兴趣，因为这就是您在示例中所显示的。如果您也需要执行IPv6地址，答案就会变得更加复杂。

如果您可以将IP地址的范围转换为整数范围，那么进行随机选择就会容易得多。幸运的是，ipaddress使这个简单，即使它不是简单的。

import ipaddress
import struct

def ip_range(addr_spec):
    ip = ipaddress.ip_network(addr_spec)
    base = struct.unpack('>I', ip.network_address.packed)[0]
    mask = struct.unpack('>I', ip.netmask.packed)[0]
    extent = 0x100000000 - mask
    return range(base, base+extent)

因此，现在您可以将列表转换为更容易处理的内容：

ranges = [ip_range(spec) for spec in ipRanges]

您可能希望选择每个IP地址的可能性相等，因此您需要制作一个与每个范围的大小相对应的权重表。

weights = [len(r) for r in ranges]

从这里开始，这个过程很简单。首先随机选择一个范围，然后在范围内随机选择一个特定的地址。

import random

rng = random.choices(ranges, weights=weights)[0]
ip_int = random.choice(rng)
ip_addr = ipaddress.ip_address(ip_int)

这样做效率更高的原因是，从Python3开始，range返回的是range对象，而不是列表。这个对象是超优化的；它只存储传入的参数，而实现接口所需的只是一点简单的数学--没有必要预先计算所有的值并将它们保存在内存中。例如，len(range)大致是(stop - start) // step。range[i]大致是start + i * step。显然，完整的实现比这要复杂一些，但是内存使用和时间复杂度仍然是O(1)。