[置顶] 如何判断两个IP大小关系及是否在同一个网段中

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

• IP协议
• 子网掩码
• Java
• 正则表达式

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 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

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