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。