在Java中判断IP地址是否在指定范围内

最后修改:2024年8月27日

by Karthick Sridhar

1. 概述

在本教程中，我们将讨论如何使用 Java 查找IP 地址是否在给定范围内。对于此问题，我们将 在整篇文章中考虑所有给定的 IP 地址都是有效的 IPv4（Internet 协议版本 4）和 IPv6（Internet 协议版本 6）地址。

2.问题介绍

给定输入 IP 地址以及其他两个 IP 地址作为范围（从和到）。我们应该能够确定输入的IP地址是否在给定的范围内。

例如：

  • 输入 = 192.220.3.0，范围在 192.210.0.0 和 192.255.0.0 之间
    输出=真
  • 输入 = 192.200.0.0，范围在 192.210.0.0 和 192.255.0.0 之间
    输出=假

现在，让我们看看使用各种 Java 库检查给定 IP 地址是否在范围内的不同方法。

3.IP地址库

IPAddress库由 Sean C Foley 编写，支持处理各种用例的 IPv4 和 IPv6 地址。 值得注意的是，该库至少需要 Java 8 才能工作。

设置这个库很简单。我们需要将ipaddress依赖项添加到 pom.xml 中：

<dependency>
    <groupId>com.github.seancfoley</groupId>
    <artifactId>ipaddress</artifactId>
    <version>5.3.3</version>
</dependency>

它提供了解决我们的问题所需的以下 Java 类：

  • IPAddress， 将 IP 地址保存为 Java 实例
  • IPAddressString ，从给定的 IP 作为字符串构造 IPAddress 实例
  • IPAddressSeqRange， 表示任意范围的 IP 地址

现在，让我们看一下使用上述类查找 IP 地址是否在给定范围内的代码：

public static boolean checkIPIsInGivenRange (String inputIP, String rangeStartIP, String rangeEndIP) 
  throws AddressStringException {
    IPAddress startIPAddress = new IPAddressString(rangeStartIP).getAddress();
    IPAddress endIPAddress = new IPAddressString(rangeEndIP).getAddress();
    IPAddressSeqRange ipRange = startIPAddress.toSequentialRange(endIPAddress);
    IPAddress inputIPAddress = new IPAddressString(inputIP).toAddress();

    return ipRange.contains(inputIPAddress);
}

上面的代码适用于 IPv4 和 IPv6 地址。 IPAddressString 参数化构造函数将 IP 作为字符串来构造 IPAddress 实例。 IPAddressString 实例可以使用以下两种方法之一转换为 IPAddress ：

  • 讲话（）
  • 获取地址()

getAddress() 方法假定给定的 IP 有效，但 toAddress() 方法会验证输入一次，如果无效则抛出 AddressStringException 。 IPAddress 类提供了 toSequentialRange 方法，该方法使用开始和结束 IP 范围构造 IPAddressSeqRange 实例。

让我们考虑一些使用 IPv4 和 IPv6 地址调用 checkIPIsInGivenRange 的 单元案例：

@Test
void givenIPv4Addresses_whenIsInRange_thenReturnsTrue() throws Exception {
    assertTrue(IPWithGivenRangeCheck.checkIPIsInGivenRange("192.220.3.0", "192.210.0.0", "192.255.0.0"));
}

@Test
void givenIPv4Addresses_whenIsNotInRange_thenReturnsFalse() throws Exception {
    assertFalse(IPWithGivenRangeCheck.checkIPIsInGivenRange("192.200.0.0", "192.210.0.0", "192.255.0.0"));
}

@Test
void givenIPv6Addresses_whenIsInRange_thenReturnsTrue() throws Exception {
    assertTrue(IPWithGivenRangeCheck.checkIPIsInGivenRange(
      "2001:db8:85a3::8a03:a:b", "2001:db8:85a3::8a00:ff:ffff", "2001:db8:85a3::8a2e:370:7334"));
}

@Test
void givenIPv6Addresses_whenIsNotInRange_thenReturnsFalse() throws Exception {
    assertFalse(IPWithGivenRangeCheck.checkIPIsInGivenRange(
      "2002:db8:85a3::8a03:a:b", "2001:db8:85a3::8a00:ff:ffff", "2001:db8:85a3::8a2e:370:7334"));
}

4. 公共知识产权数学

Commons IP Math库提供了用于表示 IPv4 和 IPv6 地址和范围的类。 它提供了用于处理最常见操作的 API，此外，它还提供了用于处理 IP 范围的比较器和其他实用程序。

我们需要将commons-ip-math依赖项添加到 pom.xml 中：

<dependency>
    <groupId>com.github.jgonian</groupId>
    <artifactId>commons-ip-math</artifactId>
    <version>1.32</version>
</dependency>

4.1.对于 IPv4

该库提供 Ipv4 和 Ipv4Range 类，分别用于将单个 IP 地址和一系列地址作为实例。现在，让我们看一下使用上述类的代码示例：

public static boolean checkIPv4IsInRange (String inputIP, String rangeStartIP, String rangeEndIP) {
    Ipv4 startIPAddress = Ipv4.of(rangeStartIP);
    Ipv4 endIPAddress = Ipv4.of(rangeEndIP);
    Ipv4Range ipRange = Ipv4Range.from(startIPAddress).to(endIPAddress);
    Ipv4 inputIPAddress = Ipv4.of(inputIP);
    return ipRange.contains(inputIPAddress);
}

Ipv4 类提供了一个静态方法 of() ，它采用 IP 字符串来构造 Ipv4 实例。 Ipv4Range 类使用构建器设计模式通过使用 from() 和 to() 方法来指定范围来创建其实例。此外，它还提供 contains () 函数来检查指定范围内是否存在 IP 地址。

现在让我们对我们的函数运行一些测试：

@Test
void givenIPv4Addresses_whenIsInRange_thenReturnsTrue() throws Exception {
    assertTrue(IPWithGivenRangeCheck.checkIPv4IsInRange("192.220.3.0", "192.210.0.0", "192.255.0.0"));
}

@Test
void givenIPv4Addresses_whenIsNotInRange_thenReturnsFalse() throws Exception {
    assertFalse(IPWithGivenRangeCheck.checkIPv4IsInRange("192.200.0.0", "192.210.0.0", "192.255.0.0"));
}

4.2.对于 IPv6

对于 IP 版本 6，该库提供了相同的类和函数，但版本号从 4 → 6 发生了变化。版本 6 的类是 Ipv6 和 Ipv6Range。

让我们看看利用上述类的 IP 版本 6 的代码示例：

public static boolean checkIPv6IsInRange (String inputIP, String rangeStartIP, String rangeEndIP) {
    Ipv6 startIPAddress = Ipv6.of(rangeStartIP);
    Ipv6 endIPAddress = Ipv6.of(rangeEndIP);
    Ipv6Range ipRange = Ipv6Range.from(startIPAddress).to(endIPAddress);
    Ipv6 inputIPAddress = Ipv6.of(inputIP);
    return ipRange.contains(inputIPAddress);
}

现在让我们运行单元测试来检查我们的代码：

@Test
void givenIPv6Addresses_whenIsInRange_thenReturnsTrue() throws Exception {
    assertTrue(IPWithGivenRangeCheck.checkIPv6IsInRange(
      "2001:db8:85a3::8a03:a:b", "2001:db8:85a3::8a00:ff:ffff", "2001:db8:85a3::8a2e:370:7334"));
}

@Test
void givenIPv6Addresses_whenIsNotInRange_thenReturnsFalse() throws Exception {
    assertFalse(IPWithGivenRangeCheck.checkIPv6IsInRange(
      "2002:db8:85a3::8a03:a:b", "2001:db8:85a3::8a00:ff:ffff", "2001:db8:85a3::8a2e:370:7334"));
}

5. 使用 Java 的 InetAddress 类支持 IPv4

IPv4 地址是四个 1 字节值的序列。因此，它可以转换为 32 位整数。 我们可以检查它是否落在给定的范围内。

Java 的 InetAddress 类表示 IP 地址，并提供获取任何给定主机名的 IP 的方法。 InetAddress 的实例表示 IP 地址及其相应的主机名。

以下是将 IPv4 地址转换为长整数的 Java 代码：

long ipToLongInt (InetAddress ipAddress) {
    long resultIP = 0;
    byte[] ipAddressOctets = ipAddress.getAddress();

    for (byte octet : ipAddressOctets) {
        resultIP <<= 8;
        resultIP |= octet & 0xFF;
    }
    return resultIP;
}

通过使用上面的方法，让我们检查IP是否在范围内：

public static boolean checkIPv4IsInRangeByConvertingToInt (String inputIP, String rangeStartIP, String rangeEndIP) 
  throws UnknownHostException {
    long startIPAddress = ipToLongInt(InetAddress.getByName(rangeStartIP));
    long endIPAddress = ipToLongInt(InetAddress.getByName(rangeEndIP));
    long inputIPAddress = ipToLongInt(InetAddress.getByName(inputIP));

    return (inputIPAddress >= startIPAddress && inputIPAddress <= endIPAddress);
}

InetAddress 类中的 getByName() 方法将域名或 IP 地址作为输入，如果无效则抛出 UnknownHostException 。让我们通过运行单元测试来检查我们的代码：

@Test
void givenIPv4Addresses_whenIsInRange_thenReturnsTrue() throws Exception {
    assertTrue(IPWithGivenRangeCheck.checkIPv4IsInRangeByConvertingToInt("192.220.3.0", "192.210.0.0", "192.255.0.0"));
}

@Test
void givenIPv4Addresses_whenIsNotInRange_thenReturnsFalse() throws Exception {
    assertFalse(IPWithGivenRangeCheck.checkIPv4IsInRangeByConvertingToInt("192.200.0.0", "192.210.0.0", "192.255.0.0"));
}

上述将 IP 地址转换为整数的逻辑也适用于 IPv6，但它是 128 位整数。 Java 语言最多支持 64 位（长整型）的原始数据类型。如果我们必须将上述逻辑应用于版本 6，我们需要使用两个长整型或BigInteger类进行计算。但这将是一个繁琐的过程，并且还涉及复杂的计算。

6.Java IPv6 库

Java IPv6 库是专门为 Java 中的 IPv6 支持并对其执行相关操作而编写的。 该库内部使用两个长整型来存储 IPv6 地址。并且它至少需要 Java 6 才能工作。

我们需要将java-ipv6依赖项添加到 pom.xml 中：

<dependency>
    <groupId>com.googlecode.java-ipv6</groupId>
    <artifactId>java-ipv6</artifactId>
    <version>0.17</version>
</dependency>

该库提供了各种使用 IPv6 地址进行操作的类。以下是帮助我们解决问题的两个：

  • IPv6Address ，用于将 IPv6 表示为 Java 实例
  • IPv6AddressRange ，用于表示连续 IPv6 地址的连续范围

让我们看一下使用上述类来检查 IP 是否在给定范围内的代码片段：

public static boolean checkIPv6IsInRangeByIPv6library (String inputIP, String rangeStartIP, String rangeEndIP) {
    IPv6Address startIPAddress = IPv6Address.fromString(rangeStartIP);
    IPv6Address endIPAddress = IPv6Address.fromString(rangeEndIP);
    IPv6AddressRange ipRange = IPv6AddressRange.fromFirstAndLast(startIPAddress, endIPAddress);
    IPv6Address inputIPAddress = IPv6Address.fromString(inputIP);
    return ipRange.contains(inputIPAddress);
}

IPv6Address 类为我们提供了各种静态函数来构造其实例：

  • 来自字符串
  • 来自Inet地址
  • 来自大整数
  • 来自字节数组
  • 来自Longs

上述所有方法都是不言自明的，这有助于我们创建一个 IPv6Address 实例。 IPv6AddressRange 有一个名为 fromFirstAndLast() 的方法，该方法接受两个 IP 地址作为输入。此外，它还提供了 contains() 方法，该方法将 IPv6Address 作为参数并确定它是否存在于指定范围内。

通过调用我们定义的上述方法，让我们在测试中传递一些示例输入：

@Test
void givenIPv6Addresses_whenIsInRange_thenReturnsTrue() throws Exception {
    assertTrue(IPWithGivenRangeCheck.checkIPv6IsInRangeByIPv6library(
      "fe80::226:2dff:fefa:dcba",
      "fe80::226:2dff:fefa:cd1f",
      "fe80::226:2dff:fefa:ffff"
    ));
}

@Test
void givenIPv6Addresses_whenIsNotInRange_thenReturnsFalse() throws Exception {
    assertFalse(IPWithGivenRangeCheck.checkIPv6IsInRangeByIPv6library(
      "2002:db8:85a3::8a03:a:b",
      "2001:db8:85a3::8a00:ff:ffff",
      "2001:db8:85a3::8a2e:370:7334"
    ));
}

七、结论

在本文中，我们研究了如何确定给定的 IP 地址（v4 和 v6）是否在指定范围内。在各种库的帮助下，我们分析了检查 IP 地址是否存在的情况，无需任何复杂的逻辑和计算。

与往常一样，本文的代码片段可以 在 GitHub 上找到。

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