使用Java检查IP地址是否在指定范围内
使用Java检查IP地址是否在指定范围内
在本教程中，我们将讨论如何使用Java确定一个IP地址是否在给定的范围内。在本文中，我们假定所有给定的IP地址都是有效的IPv4（互联网协议版本4）和IPv6（互联网协议版本6）地址。
2. 问题介绍
给定一个输入IP地址以及作为范围的另外两个IP地址（起始和结束）。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 = true
输入 = 192.200.0.0, 范围在 192.210.0.0 和 192.255.0.0 之间
输出 = false
现在，让我们看看使用不同的Java库来检查给定的IP地址是否在范围内的不同方法。
3. IPAddress库
由Sean C Foley编写的IPAddress库支持处理IPv4和IPv6地址的广泛用例。需要注意的是，这个库至少需要Java 8才能工作。
设置这个库很简单。我们需要在我们的pom.xml中添加ipaddress依赖：
``<dependency>``
```<groupId>```com.github.seancfoley```</groupId>```
```<artifactId>```ipaddress```</artifactId>```
```<version>```5.3.3```</version>```
```</dependency>```
它提供了以下Java类来解决我们的问题：
- IPAddress，用于将IP地址作为Java实例保存
- IPAddressString，用于从给定的IP字符串构建IPAddress实例
- IPAddressSeqRange，用于表示任意范围的IP地址
现在，让我们看看使用上述类通过代码来确定IP地址是否在给定范围内：
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);
}
上述代码适用于IPv4和IPv6地址。IPAddressString 参数化构造函数接受一个IP字符串来构建IPAddress实例。IPAddressString实例可以通过以下两种方法之一转换为IPAddress：
- **toAddress()*/
- getAddress()
getAddress()方法假定给定的IP是有效的，但toAddress()方法在验证输入一次后抛出AddressStringException，如果输入无效。IPAddress类提供了一个toSequentialRange方法，使用开始和结束IP范围构建IPAddressSeqRange实例。
让我们考虑几个单元测试用例，它们使用IPv4和IPv6地址调用checkIPIsInGivenRange：
@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. Commons IP Math
**Commons IP Math库提供了用于表示IPv4和IPv6地址及范围的类。**它提供了用于处理最常见操作的API，此外，它还提供了比较器和其他实用工具，用于处理IP范围。
我们需要将commons-ip-math依赖项添加到我们的pom.xml中：
``<dependency>``
```<groupId>```com.github.jgonian```</groupId>```
```<artifactId>```commons-ip-math```</artifactId>```
```<version>```1.32```</version>```
```</dependency>```
4.1. 对于IPv4
该库提供了Ipv4和Ipv4Range类，分别用于保存单个IP地址和地址范围的实例。现在，让我们看看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()，它接受IP字符串来构建一个Ipv4实例。Ipv4Range类使用构建者设计模式来创建其实例，使用**from()和to()方法来指定范围。此外，它提供了contains()**函数来检查IP地址是否在指定的范围内。
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，库提供了相同的类和函数，只是版本号从4变为6。版本6的类是Ipv6和Ipv6Range。
让我们通过使用上述类来查看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_类进行IPv4检查
**IPv4地址是四个1字节值的序列。因此，它可以被转换为一个32位整数。**我们可以检查它是否在给定的范围内。
Java的InetAddress类表示一个IP地址，并提供方法来获取任何给定主机名的IP。一个InetAddress实例表示具有相应主机名的IP地址。
以下是将IPv4地址转换为长整数的Java代码：
```java
long ipToLongInt(InetAddress ipAddress) {
long resultIP = 0;
byte[] ipAddressOctets = ipAddress.getAddress();
for (byte octet : ipAddressOctets) {
resultIP `<<= 8;
resultIP |= octet & 0xFF;
}
return resultIP;
}
使用上述方法，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()方法接受域名或IP地址作为输入，并在无效时抛出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"));
}
将IP地址转换为整数的上述逻辑也适用于IPv6，但它是一个128位整数。Java语言在原始数据类型中支持的最大值为64位（长整数）。如果我们要用上述逻辑处理版本6，我们需要使用两个长整数或BigInteger类进行计算。但这将是一个繁琐的过程，并且涉及复杂的计算。
6. Java IPv6库
Java IPv6库特别为Java中的IPv6支持而编写，并执行相关的操作。该库内部使用两个长整数来存储IPv6地址。并且它至少需要Java 6才能工作。
我们需要将java-ipv6依赖项添加到我们的pom.xml中：
``<dependency>``
```<groupId>```com.googlecode.java-ipv6```</groupId>```
```<artifactId>```java-ipv6```</artifactId>```
```<version>```0.17```</version>```
```</dependency>```
该库提供了各种类来操作IPv6地址。以下是两个帮助我们解决问题的类：
- IPv6Address，用于将IPv6表达为Java实例
- IPv6AddressRange，用于表示一系列连续的IPv6地址范围
让我们看看使用上述类来检查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类提供了各种静态函数来构建其实例：
- fromString
- fromInetAddress
- fromBigInteger
- fromByteArray
- fromLongs
以上所有方法都是自解释的，这有助于我们创建一个IPv6Address实例。IPv6AddressRange有一个名为fromFirstAndLast()的方法，它接受两个IP地址作为输入。此外，它提供了一个contains()方法，该方法接受一个IPv6Address作为参数，并确定它是否在指定的范围内。
通过调用我们定义的上述方法，让我们在测试中传递一些样本输入：
@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"
));
}
7. 结论
在本文中，我们检查了如何确定给定的IP地址（v4和v6）是否在指定的范围内。通过各种库的帮助，我们分析了在没有复杂逻辑和计算的情况下检查IP地址存在性的方法。
和往常一样，本文的代码片段可以在GitHub上找到。