功能点
- 判断某个IP地址是否合法
- 判断两个IP地址是否在同一个网段中
- 判断两个IP地址的大小关系
知识准备
基本原理
IP地址范围
0.0.0.0～
255.255.255.255，包括了mask地址。
IP地址划分
- A类地址：1.0.0.1～126.255.255.254
- B类地址：128.0.0.1～191.255.255.254
- C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255
- D类地址：224.0.0.1～239.255.255.254
- E类地址：240.0.0.1～255.255.255.254
判断两个IP地址是否是同一个网段中
要判断两个IP地址是不是在同一个网段，就将它们的IP地址分别与子网掩码做与运算，得到的结果一网络号，如果网络号相同，就在同一子网，否则，不在同一子网。
例：假定选择了子网掩码255.255.254.0，现在分别将上述两个IP地址分别与掩码做与运算，如下图所示：
211.95.165.24 11010011 01011111 10100101 00011000255.255.254.0 11111111 11111111 111111110 00000000与的结果是: 11010011 01011111 10100100 00000000
211.95.164.78 11010011 01011111 10100100 01001110255.255.254.0 11111111 11111111 111111110 00000000与的结果是: 11010011 01011111 10100100 00000000
可以看出,得到的结果(这个结果就是网络地址)都是一样的，因此可以判断这两个IP地址在同一个子网。
实现
以Java语言实现，主要针对IPv4地址。
代码实现如下（包括注释）：
package org.slive.net;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.regex.Pattern;
/**
* <pre>
* IP地址范围：
* 0.0.0.0～255.255.255.255，包括了mask地址。
*
* IP地址划分:
* A类地址：1.0.0.1～126.255.255.254
* B类地址：128.0.0.1～191.255.255.254
* C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255
* D类地址：224.0.0.1～239.255.255.254
* E类地址：240.0.0.1～255.255.255.254
*
* 如何判断两个IP地址是否是同一个网段中:
* 要判断两个IP地址是不是在同一个网段，就将它们的IP地址分别与子网掩码做与运算，得到的结果一网络号，如果网络号相同，就在同一子网，否则，不在同一子网。
* 例：假定选择了子网掩码255.255.254.0，现在分别将上述两个IP地址分别与掩码做与运算，如下图所示：
* 211.95.165.24 11010011 01011111 10100101 00011000
* 255.255.254.0 11111111 11111111 111111110 00000000
* 与的结果是: 11010011 01011111 10100100 00000000
*
* 211.95.164.78 11010011 01011111 10100100 01001110
* 255.255.254.0 11111111 11111111 111111110 00000000
* 与的结果是: 11010011 01011111 10100100 00000000
* 可以看出,得到的结果(这个结果就是网络地址)都是一样的，因此可以判断这两个IP地址在同一个子网。
*
* 如果没有进行子网划分，A类网络的子网掩码为255.0.0.0，B类网络的子网掩码为255.255.0.0，C类网络的子网掩码为255.255.255.0，缺省情况子网掩码为255.255.255.0
*
* @author Slive
*/
public class IpV4Util
{
// IpV4的正则表达式，用于判断IpV4地址是否合法
private static final String IPV4_REGEX = "((\d|[1-9]\d|1\d{2}|2[0-4]\d|25[0-5])(\.(\d|[1-9]\d|1\d{2}|2[0-4]\d|25[0-5])){3})";
// 系统子网掩码，它与ip组成一个地址
private int mask;
// 1代表A类，2代表B类，3代表C类；4代表其它类型
public final static int IP_A_TYPE = 1;
public final static int IP_B_TYPE = 2;
public final static int IP_C_TYPE = 3;
public final static int IP_OTHER_TYPE = 4;
// A类地址范围：1.0.0.1---126.255.255.254
private static int[] IpATypeRange;
// B类地址范围：128.0.0.1---191.255.255.254
private static int[] IpBTypeRange;
// C类地址范围：192.168.0.0～192.168.255.255
private static int[] IpCTypeRange;
// A,B,C类地址的默认mask
private static int DefaultIpAMask;
private static int DefaultIpBMask;
private static int DefaultIpCMask;
// 初始化
static
{
IpATypeRange = new int[2];
IpATypeRange[0] = getIpV4Value("1.0.0.1");
IpATypeRange[1] = getIpV4Value("126.255.255.254");
IpBTypeRange = new int[2];
IpBTypeRange[0] = getIpV4Value("128.0.0.1");
IpBTypeRange[1] = getIpV4Value("191.255.255.254");
IpCTypeRange = new int[2];
IpCTypeRange[0] = getIpV4Value("192.168.0.0");
IpCTypeRange[1] = getIpV4Value("192.168.255.255");
DefaultIpAMask = getIpV4Value("255.0.0.0");
DefaultIpBMask = getIpV4Value("255.255.0.0");
DefaultIpCMask = getIpV4Value("255.255.255.0");
}
/**
* 默认255.255.255.0
*/
public IpV4Util()
{
mask = getIpV4Value("255.255.255.0");
}
/**
* @param mask 任意的如"255.255.254.0"等格式，如果格式不合法，抛出UnknownError异常错误
*/
public IpV4Util(String masks)
{
mask = getIpV4Value(masks);
if(mask == 0)
{
throw new UnknownError();
}
}
public int getMask()
{
return mask;
}
/**
* 比较两个ip地址是否在同一个网段中，如果两个都是合法地址，两个都是非法地址时，可以正常比较；
* 如果有其一不是合法地址则返回false；
* 注意此处的ip地址指的是如“192.168.1.1”地址，并不包括mask
* @return
*/
public boolean checkSameSegment(String ip1,String ip2)
{
return checkSameSegment(ip1,ip2,mask);
}
/**
* 比较两个ip地址是否在同一个网段中，如果两个都是合法地址，两个都是非法地址时，可以正常比较；
* 如果有其一不是合法地址则返回false；
* 注意此处的ip地址指的是如“192.168.1.1”地址
* @return
*/
public static boolean checkSameSegment(String ip1,String ip2, int mask)
{
// 判断IPV4是否合法
if(!ipV4Validate(ip1))
{
return false;
}
if(!ipV4Validate(ip2))
{
return false;
}
int ipValue1 = getIpV4Value(ip1);
int ipValue2 = getIpV4Value(ip2);
return (mask & ipValue1) == (mask & ipValue2);
}
/**
* 比较两个ip地址是否在同一个网段中，如果两个都是合法地址，两个都是非法地址时，可以正常比较；
* 如果有其一不是合法地址则返回false；
* 注意此处的ip地址指的是如“192.168.1.1”地址
* @return
*/
public static boolean checkSameSegmentByDefault(String ip1,String ip2)
{
int mask = getDefaultMaskValue(ip1); // 获取默认的Mask
return checkSameSegment(ip1,ip2,mask);
}
/**
* 获取ip值与mask值与的结果
* @param ipV4
* @return 32bit值
*/
public int getSegmentValue(String ipV4)
{
int ipValue = getIpV4Value(ipV4);
return (mask & ipValue);
}
/**
* 获取ip值与mask值与的结果
* @param ipV4
* @return 32bit值
*/
public static int getSegmentValue(String ip, int mask)
{
int ipValue = getIpV4Value(ip);
return (mask & ipValue);
}
/**
* 判断ipV4或者mask地址是否合法，通过正则表达式方式进行判断
* @param ipv4
*/
public static boolean ipV4Validate(String ipv4)
{
return ipv4Validate(ipv4,IPV4_REGEX);
}
private static boolean ipv4Validate(String addr,String regex)
{
if(addr == null)
{
return false;
}
else
{
return Pattern.matches(regex, addr.trim());
}
}
/**
* 比较两个ip地址，如果两个都是合法地址，则1代表ip1大于ip2，-1代表ip1小于ip2,0代表相等；
* 如果有其一不是合法地址，如ip2不是合法地址，则ip1大于ip2，返回1，反之返回-1；两个都是非法地址时，则返回0；
* 注意此处的ip地址指的是如“192.168.1.1”地址，并不包括mask
* @return
*/
public static int compareIpV4s(String ip1,String ip2)
{
int result = 0;
int ipValue1 = getIpV4Value(ip1); // 获取ip1的32bit值
int ipValue2 = getIpV4Value(ip2); // 获取ip2的32bit值
if(ipValue1 > ipValue2)
{
result = -1;
}
else if(ipValue1 <= ipValue2)
{
result = 1;
}
return result;
}
/**
* 检测ipV4 的类型，包括A类，B类，C类，其它（C,D和广播）类等
* @param ipV4
* @return 返回1代表A类，返回2代表B类，返回3代表C类；返回4代表D类
*/
public static int checkIpV4Type(String ipV4)
{
int inValue = getIpV4Value(ipV4);
if(inValue >= IpCTypeRange[0] && inValue <= IpCTypeRange[1])
{
return IP_C_TYPE;
}
else if(inValue >= IpBTypeRange[0] && inValue <= IpBTypeRange[1])
{
return IP_B_TYPE;
}
else if(inValue >= IpATypeRange[0] && inValue <= IpATypeRange[1])
{
return IP_A_TYPE;
}
return IP_OTHER_TYPE;
}
/**
* 获取默认mask值，如果IpV4是A类地址，则返回{@linkplain #DefaultIpAMask}，
* 如果IpV4是B类地址，则返回{@linkplain #DefaultIpBMask}，以此类推
* @param anyIpV4 任何合法的IpV4
* @return mask 32bit值
*/
public static int getDefaultMaskValue(String anyIpV4)
{
int checkIpType = checkIpV4Type(anyIpV4);
int maskValue = 0;
switch (checkIpType)
{
case IP_C_TYPE:
maskValue = DefaultIpCMask;
break;
case IP_B_TYPE:
maskValue = DefaultIpBMask;
break;
case IP_A_TYPE:
maskValue = DefaultIpAMask;
break;
default:
maskValue = DefaultIpCMask;
}
return maskValue;
}
/**
* 获取默认mask地址，A类地址对应255.0.0.0，B类地址对应255.255.0.0，
* C类及其它对应255.255.255.0
* @param anyIp
* @return mask 字符串表示
*/
public static String getDefaultMaskStr(String anyIp)
{
return trans2IpStr(getDefaultMaskValue(anyIp));
}
/**
* 将ip 32bit值转换为如“192.168.0.1”等格式的字符串
* @param ipValue 32bit值
* @return
*/
public static String trans2IpStr(int ipValue)
{
// 保证每一位地址都是正整数
return ((ipValue >> 24) & 0xff) + "." + ((ipValue >> 16) & 0xff) + "." + ((ipValue >> 8) & 0xff) + "." + (ipValue & 0xff);
}
/**
* 将ip byte数组值转换为如“192.168.0.1”等格式的字符串
* @param ipBytes 32bit值
* @return
*/
public static String trans2IpV4Str(byte[] ipBytes)
{
// 保证每一位地址都是正整数
return (ipBytes[0] & 0xff) + "." + (ipBytes[1] & 0xff) + "." + (ipBytes[2] & 0xff) + "." + (ipBytes[3] & 0xff);
}
public static int getIpV4Value(String ipOrMask)
{
byte[] addr = getIpV4Bytes(ipOrMask);
int address1 = addr[3] & 0xFF;
address1 |= ((addr[2] << 8) & 0xFF00);
address1 |= ((addr[1] << 16) & 0xFF0000);
address1 |= ((addr[0] << 24) & 0xFF000000);
return address1;
}
public static byte[] getIpV4Bytes(String ipOrMask)
{
try
{
String[] addrs = ipOrMask.split("\.");
int length = addrs.length;
byte[] addr = new byte[length];
for (int index = 0; index < length; index++)
{
addr[index] = (byte) (Integer.parseInt(addrs[index]) & 0xff);
}
return addr;
}
catch (Exception e)
{
}
return new byte[4];
}
}
应用
public static void main(String[] args) throws UnknownHostException
{
// 判断ip两个地址的大小关系
String ip1 = "10.8.9.116";
String ip2 = "10.8.9.10";
System. out.println("ip1 大于 ip2? " + (compareIpV4s (ip1, ip2) > 0));
String ip3= "10.8.8.116";
String ip4 = "10.10.9.10";
System. out.println("ip3 大于 ip4？ " + (compareIpV4s (ip3, ip4) > 0));
// 判断ip两个地址是否是同一个网段
int mask1 = getIpV4Value( "255.255.255.0");
int mask2 = getIpV4Value( "255.255.0.0");
System. out.println("ip1和ip2在同一个网段中？ " + (checkSameSegment(ip1, ip2, mask1)));
System. out.println("ip3和ip4在同一个网段中 ？" + (checkSameSegment(ip3, ip4, mask2)));
// 判断ip5是否在ip1和ip2范围中
String ip5= "10.8.8.8";
// 假设ip1和ip2在同一个网段中，并且ip1为起始地址，ip2为结束地址，ip1<=1
// 比较ip1与ip5是否在同一个网段中
if(checkSameSegment(ip1, ip5, mask1))
{
// 判断ip5是否在ip1和ip2范围中
if(((compareIpV4s(ip5, ip1)) >= 0) && (compareIpV4s(ip5, ip2) <= 0))
{
System. out.println("ip5 在ip1-ip2范围内" );
}
else if ((compareIpV4s(ip5, ip1)) < 0)
{
System. out.println("ip5 不在ip1-ip2范围内，因为ip5小于ip1" );
}
else
{
System. out.println("ip5 不在ip1-ip2范围内，因为ip5大于ip2" );
}
}
else
{
System. out.println("ip5 不在ip1-ip2范围内，因为ip5不在ip1的网段中" );
}
}
总结
- 了解正在表达式，并懂得编写判断IP地址是否合法的表达式
- 了解判断IpV4地址是否在同一个网段的原理，并能够用Java语言实现
优化与扩展
- 另一种判断IpV4地址合法性的方法(不通过正在表达式)
- 判断IpV4是否是A类地址，或者B类地址，又或者是广播地址等
- 多个IpV4地址是否在同一个网段中
- 客户端，服务器端安全策略实现——限制特点的用户IP登录系统