С sql намерете следващото налично цяло число в обхвата, което не присъства в съществуващите подмножества на цели числа

В този случай не е необходима рекурсия, защото имаме LEAD функция.

Ще помисля върху проблема от гледна точка на "пропуски" и "острови".

Първо ще се съсредоточа върху IPv4, защото е по-лесно да се прави аритметика с тях, но идеята за IPv6 е същата и накрая ще покажа общо решение.

Като начало имаме пълен набор от възможни IP адреси:от 0x00000000 към 0xFFFFFFFF .

Вътре в този диапазон има "острови", определени от диапазоните (включително) в dhcp_range :dhcp_range.begin_address, dhcp_range.end_address . Можете да мислите за списъка с присвоени IP адреси като за друг набор от острови, всеки от които има по един елемент:ip_address.address, ip_address.address . И накрая, самата подмрежа е два острова:0x00000000, subnet.ipv4_begin и subnet.ipv4_end, 0xFFFFFFFF .

Знаем, че тези острови го правятне припокриване, което улеснява живота ни. Островите могат да бъдат идеално съседни един на друг. Например, когато имате няколко последователно разпределени IP адреса, разликата между тях е нула. Сред всички тези острови трябва да намерим първата празнина, която има поне един елемент, т.е. ненулева празнина, т.е. следващият остров започва от известно разстояние след края на предишния остров.

И така, ще съберем всички острови заедно с помощта на UNION (CTE_Islands ) и след това преминете през всички тях в реда на end_address (или begin_address , използвайте полето, което има индекс върху него) и използвайте LEAD за да надникнете напред и да получите началния адрес на следващия остров. В крайна сметка ще имаме таблица, където всеки ред има end_address на текущия остров и begin_address на следващия остров (CTE_Diff ). Ако разликата между тях е повече от една, това означава, че "пропастта" е достатъчно широка и ще върнем end_address от текущия остров плюс 1.

Първият наличен IP адрес за дадената подмрежа

DECLARE @ParamSubnet_sk int = 1;

WITH
CTE_Islands
AS
(
    SELECT CAST(begin_address AS bigint) AS begin_address, CAST(end_address AS bigint) AS end_address
    FROM dhcp_range
    WHERE subnet_sk = @ParamSubnet_sk

    UNION ALL

    SELECT CAST(address AS bigint) AS begin_address, CAST(address AS bigint) AS end_address
    FROM ip_address
    WHERE subnet_sk = @ParamSubnet_sk

    UNION ALL

    SELECT CAST(0x00000000 AS bigint) AS begin_address, CAST(ipv4_begin AS bigint) AS end_address
    FROM subnet
    WHERE subnet_sk = @ParamSubnet_sk

    UNION ALL

    SELECT CAST(ipv4_end AS bigint) AS begin_address, CAST(0xFFFFFFFF AS bigint) AS end_address
    FROM subnet
    WHERE subnet_sk = @ParamSubnet_sk
)
,CTE_Diff
AS
(
    SELECT
        begin_address
        , end_address
        --, LEAD(begin_address) OVER(ORDER BY end_address) AS BeginNextIsland
        , LEAD(begin_address) OVER(ORDER BY end_address) - end_address AS Diff
    FROM CTE_Islands
)
SELECT TOP(1)
    CAST(end_address + 1 AS varbinary(4)) AS NextAvailableIPAddress
FROM CTE_Diff
WHERE Diff > 1
ORDER BY end_address;

Наборът от резултати ще съдържа един ред, ако има поне един наличен IP адрес, и изобщо няма да съдържа редове, ако няма налични IP адреси.

For parameter 1 result is `0xAC101129`.
For parameter 2 result is `0xC0A81B1F`.
For parameter 3 result is `0xC0A8160C`.

Ето връзка към SQLFiddle . Не работи с параметър, така че твърдо кодирах 1 там. Променете го в UNION на друг ID на подмрежа (2 или 3), за да опитате други подмрежи. Освен това не показва резултат в varbinary правилно, така че го оставих като bigint. Използвайте, да речем, Windows калкулатора, за да го конвертирате в шестнадесетичен, за да проверите резултата.

Ако не ограничите резултатите до първата празнина от TOP(1) , ще получите списък с всички налични IP диапазони (пропуски).

Списък на всички диапазони от налични IP адреси за дадена подмрежа

DECLARE @ParamSubnet_sk int = 1;

WITH
CTE_Islands
AS
(
    SELECT CAST(begin_address AS bigint) AS begin_address, CAST(end_address AS bigint) AS end_address
    FROM dhcp_range
    WHERE subnet_sk = @ParamSubnet_sk

    UNION ALL

    SELECT CAST(address AS bigint) AS begin_address, CAST(address AS bigint) AS end_address
    FROM ip_address
    WHERE subnet_sk = @ParamSubnet_sk

    UNION ALL

    SELECT CAST(0x00000000 AS bigint) AS begin_address, CAST(ipv4_begin AS bigint) AS end_address
    FROM subnet
    WHERE subnet_sk = @ParamSubnet_sk

    UNION ALL

    SELECT CAST(ipv4_end AS bigint) AS begin_address, CAST(0xFFFFFFFF AS bigint) AS end_address
    FROM subnet
    WHERE subnet_sk = @ParamSubnet_sk
)
,CTE_Diff
AS
(
    SELECT
        begin_address
        , end_address
        , LEAD(begin_address) OVER(ORDER BY end_address) AS BeginNextIsland
        , LEAD(begin_address) OVER(ORDER BY end_address) - end_address AS Diff
    FROM CTE_Islands
)
SELECT
    CAST(end_address + 1 AS varbinary(4)) AS begin_range_AvailableIPAddress
    ,CAST(BeginNextIsland - 1 AS varbinary(4)) AS end_range_AvailableIPAddress
FROM CTE_Diff
WHERE Diff > 1
ORDER BY end_address;

Резултат. SQL Fiddle с резултат като прост bigint, не в шестнадесетичен, и с твърдо кодиран идентификатор на параметър.

Result set for ID = 1
begin_range_AvailableIPAddress    end_range_AvailableIPAddress
0xAC101129                        0xAC10112E

Result set for ID = 2
begin_range_AvailableIPAddress    end_range_AvailableIPAddress
0xC0A81B1F                        0xC0A81B1F
0xC0A81B22                        0xC0A81B28
0xC0A81BFA                        0xC0A81BFE

Result set for ID = 3
begin_range_AvailableIPAddress    end_range_AvailableIPAddress
0xC0A8160C                        0xC0A8160C
0xC0A816FE                        0xC0A816FE

Първият наличен IP адрес за всяка подмрежа

Лесно е да разширите заявката и да върнете първия наличен IP адрес за всички подмрежи, вместо да посочите една конкретна подмрежа. Използвайте CROSS APPLY за да получите списък с острови за всяка подмрежа и след това добавете PARTITION BY subnet_sk в LEAD функция.

WITH
CTE_Islands
AS
(
    SELECT
        subnet_sk
        , begin_address
        , end_address
    FROM
        subnet AS Main
        CROSS APPLY
        (
            SELECT CAST(begin_address AS bigint) AS begin_address, CAST(end_address AS bigint) AS end_address
            FROM dhcp_range
            WHERE dhcp_range.subnet_sk = Main.subnet_sk

            UNION ALL

            SELECT CAST(address AS bigint) AS begin_address, CAST(address AS bigint) AS end_address
            FROM ip_address
            WHERE ip_address.subnet_sk = Main.subnet_sk

            UNION ALL

            SELECT CAST(0x00000000 AS bigint) AS begin_address, CAST(ipv4_begin AS bigint) AS end_address
            FROM subnet
            WHERE subnet.subnet_sk = Main.subnet_sk

            UNION ALL

            SELECT CAST(ipv4_end AS bigint) AS begin_address, CAST(0xFFFFFFFF AS bigint) AS end_address
            FROM subnet
            WHERE subnet.subnet_sk = Main.subnet_sk
        ) AS CA
)
,CTE_Diff
AS
(
    SELECT
        subnet_sk
        , begin_address
        , end_address
        , LEAD(begin_address) OVER(PARTITION BY subnet_sk ORDER BY end_address) - end_address AS Diff
    FROM CTE_Islands
)
SELECT
    subnet_sk
    , CAST(MIN(end_address) + 1 as varbinary(4)) AS NextAvailableIPAddress
FROM CTE_Diff
WHERE Diff > 1
GROUP BY subnet_sk

Набор от резултати

subnet_sk    NextAvailableIPAddress
1            0xAC101129
2            0xC0A81B1F
3            0xC0A8160C

Ето SQLFiddle . Трябваше да премахна преобразуването към varbinary в SQL Fiddle, защото показваше резултати неправилно.

Общо решение за IPv4 и IPv6

Всички диапазони от налични IP адреси за всички подмрежи

SQL Fiddle с примерни IPv4 и IPv6 данни, функции и крайна заявка

Вашите примерни данни за IPv6 не бяха съвсем правилни - краят на подмрежата 0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFFFF беше по-малко от вашите dhcp диапазони, така че промених това на 0xFC0001066800000000000000FFFFFFFF . Освен това имате IPv4 и IPv6 в една и съща подмрежа, което е тромаво за работа. Заради този пример промених малко вашата схема - вместо да имам изрично ipv4_begin / end и ipv6_begin / end в subnet Направих го просто ip_begin / end като varbinary(16) (същото като за другите ви маси). Премахнах и address_family , иначе беше твърде голям за SQL Fiddle.

Аритметични функции

За да работи за IPv6, трябва да разберем как да добавяме/изваждаме 1 към/от binary(16) . Бих направил CLR функция за него. Ако не ви е разрешено да активирате CLR, това е възможно чрез стандартен T-SQL. Направих две функции, които връщат таблица, а не скалар, защото по този начин те могат да бъдат вградени от оптимизатора. Исках да направя общо решение, така че функцията да приема varbinary(16) и работят както за IPv4, така и за IPv6.

Ето T-SQL функция за увеличаване на varbinary(16) по един. Ако параметърът не е дълъг 16 байта, приемам, че е IPv4 и просто го конвертирам в bigint за да добавите 1 и след това обратно към binary . В противен случай разделям binary(16) на две части с дължина 8 байта всяка и ги прехвърлете в bigint . bigint е със знак, но се нуждаем от увеличение без знак, така че трябва да проверим няколко случая.

else част е най-често срещана - ние просто увеличаваме ниската част с единица и добавяме резултат към оригиналната висока част.

Ако ниската част е 0xFFFFFFFFFFFFFFFF , след това задаваме ниска част на 0x0000000000000000 и пренесете флага, т.е. увеличете високата част с единица.

Ако ниската част е 0x7FFFFFFFFFFFFFFF , след това задаваме ниската част на 0x8000000000000000 изрично, защото опит за увеличаване на този bigint стойност би причинила препълване.

Ако цялото число е 0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF задаваме резултат на 0x00000000000000000000000000000000 .

Функцията за намаляване с единица е подобна.

CREATE FUNCTION [dbo].[BinaryInc](@src varbinary(16))
RETURNS TABLE AS
RETURN
    SELECT
    CASE WHEN DATALENGTH(@src) = 16
    THEN
        -- Increment IPv6 by splitting it into two bigints 8 bytes each and then concatenating them
        CASE
        WHEN @src = 0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
        THEN 0x00000000000000000000000000000000

        WHEN SUBSTRING(@src, 9, 8) = 0x7FFFFFFFFFFFFFFF
        THEN SUBSTRING(@src, 1, 8) + 0x8000000000000000

        WHEN SUBSTRING(@src, 9, 8) = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF
        THEN CAST(CAST(SUBSTRING(@src, 1, 8) AS bigint) + 1 AS binary(8)) + 0x0000000000000000

        ELSE SUBSTRING(@src, 1, 8) + CAST(CAST(SUBSTRING(@src, 9, 8) AS bigint) + 1 AS binary(8))
        END
    ELSE
        -- Increment IPv4 by converting it into 8 byte bigint and then back into 4 bytes binary
        CAST(CAST(CAST(@src AS bigint) + 1 AS binary(4)) AS varbinary(16))
    END AS Result
    ;
GO

CREATE FUNCTION [dbo].[BinaryDec](@src varbinary(16))
RETURNS TABLE AS
RETURN
    SELECT
    CASE WHEN DATALENGTH(@src) = 16
    THEN
        -- Decrement IPv6 by splitting it into two bigints 8 bytes each and then concatenating them
        CASE
        WHEN @src = 0x00000000000000000000000000000000
        THEN 0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF

        WHEN SUBSTRING(@src, 9, 8) = 0x8000000000000000
        THEN SUBSTRING(@src, 1, 8) + 0x7FFFFFFFFFFFFFFF

        WHEN SUBSTRING(@src, 9, 8) = 0x0000000000000000
        THEN CAST(CAST(SUBSTRING(@src, 1, 8) AS bigint) - 1 AS binary(8)) + 0xFFFFFFFFFFFFFFFF

        ELSE SUBSTRING(@src, 1, 8) + CAST(CAST(SUBSTRING(@src, 9, 8) AS bigint) - 1 AS binary(8))
        END
    ELSE
        -- Decrement IPv4 by converting it into 8 byte bigint and then back into 4 bytes binary
        CAST(CAST(CAST(@src AS bigint) - 1 AS binary(4)) AS varbinary(16))
    END AS Result
    ;
GO

Всички диапазони от налични IP адреси за всички подмрежи

WITH
CTE_Islands
AS
(
    SELECT subnet_sk, begin_address, end_address
    FROM dhcp_range

    UNION ALL

    SELECT subnet_sk, address AS begin_address, address AS end_address
    FROM ip_address

    UNION ALL

    SELECT subnet_sk, SUBSTRING(0x00000000000000000000000000000000, 1, DATALENGTH(ip_begin)) AS begin_address, ip_begin AS end_address
    FROM subnet

    UNION ALL

    SELECT subnet_sk, ip_end AS begin_address, SUBSTRING(0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF, 1, DATALENGTH(ip_end)) AS end_address
    FROM subnet
)
,CTE_Gaps
AS
(
    SELECT
        subnet_sk
        ,end_address AS EndThisIsland
        ,LEAD(begin_address) OVER(PARTITION BY subnet_sk ORDER BY end_address) AS BeginNextIsland
    FROM CTE_Islands
)
,CTE_GapsIncDec
AS
(
    SELECT
        subnet_sk
        ,EndThisIsland
        ,EndThisIslandInc
        ,BeginNextIslandDec
        ,BeginNextIsland
    FROM CTE_Gaps
        CROSS APPLY
        (
            SELECT bi.Result AS EndThisIslandInc
            FROM dbo.BinaryInc(EndThisIsland) AS bi
        ) AS CA_Inc
        CROSS APPLY
        (
            SELECT bd.Result AS BeginNextIslandDec
            FROM dbo.BinaryDec(BeginNextIsland) AS bd
        ) AS CA_Dec
)
SELECT
    subnet_sk
    ,EndThisIslandInc AS begin_range_AvailableIPAddress
    ,BeginNextIslandDec AS end_range_AvailableIPAddress
FROM CTE_GapsIncDec
WHERE CTE_GapsIncDec.EndThisIslandInc <> BeginNextIsland
ORDER BY subnet_sk, EndThisIsland;

Набор от резултати

subnet_sk    begin_range_AvailableIPAddress        end_range_AvailableIPAddress
1            0xAC101129                            0xAC10112E
2            0xC0A81B1F                            0xC0A81B1F
2            0xC0A81B22                            0xC0A81B28
2            0xC0A81BFA                            0xC0A81BFE
3            0xC0A8160C                            0xC0A8160C
3            0xC0A816FE                            0xC0A816FE
4            0xFC000000000000000000000000000001    0xFC0000000000000000000000000000FF
4            0xFC000000000000000000000000000101    0xFC0000000000000000000000000001FF
4            0xFC000000000000000000000000000201    0xFC0000000000000000000000000002FF
4            0xFC000000000000000000000000000301    0xFC0000000000000000000000000003FF
4            0xFC000000000000000000000000000401    0xFC0000000000000000000000000004FF
4            0xFC000000000000000000000000000501    0xFC0000000000000000000000000005FF
4            0xFC000000000000000000000000000601    0xFC0000000000000000000000000006FF
4            0xFC000000000000000000000000000701    0xFC0000000000000000000000000007FF
4            0xFC000000000000000000000000000801    0xFC0000000000000000000000000008FF
4            0xFC000000000000000000000000000901    0xFC00000000000000BFFFFFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000BFFFFFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000CFFFFFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000CFFFFFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FBFFFFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FBFFFFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FCFFFFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FCFFFFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFBFFFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFBFFFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFCFFFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFCFFFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFBFFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFBFFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFCFFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFCFFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFBFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFBFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFCFFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFCFFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFBFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFBFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFCFFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFCFFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFBFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFBFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFCFFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFCFFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFBFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFBFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFCFFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFCFFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFBFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFBFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFCFFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFCFFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFBFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFBFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFCFFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFCFFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFBFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFBFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFCFFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFCFFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFBFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFBFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFCFFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFCFFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFBFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFBFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFCFFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFCFFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFBFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFBFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFCFD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFCFF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFFBD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFFBF    0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFFCD
4            0xFC00000000000000FFFFFFFFFFFFFFCF    0xFC0001065FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
4            0xFC000106600000000000000100000000    0xFC00010666FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
4            0xFC000106670000000000000100000000    0xFC000106677FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
4            0xFC000106678000000000000100000000    0xFC000106678FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
4            0xFC000106679000000000000100000000    0xFC0001066800000000000000FFFFFFFE

Планове за изпълнение

Бях любопитен да видя как работят различните решения, предложени тук, така че разгледах техните планове за изпълнение. Имайте предвид, че тези планове са за малък примерен набор от данни без никакви индекси.

Моето общо решение за IPv4 и IPv6:

Подобно решение от dnoeth :

Решение отча който не използва LEAD функция: