Java中IP段轉(zhuǎn)CIDR的原理與實(shí)現(xiàn)詳解

更新時(shí)間：2025年03月03日 09:28:19 作者：伏羲棧

CIDR表示的是無(wú)類別域間路由,通常形式是IP地址后跟一個(gè)斜杠和數(shù)字,這篇文章主要為大家介紹了如何使用Java實(shí)現(xiàn)IP段轉(zhuǎn)CIDR,需要的可以了解下

首先，需要確認(rèn)CIDR是什么？CIDR表示的是無(wú)類別域間路由，通常形式是IP地址后跟一個(gè)斜杠和數(shù)字，比如192.168.1.0/24。這個(gè)數(shù)字表示網(wǎng)絡(luò)前綴的位數(shù)，剩下的位數(shù)用于主機(jī)地址。CIDR的作用是更高效地分配IP地址，減少浪費(fèi)。

我們現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)，將給定的起始IP和結(jié)束IP轉(zhuǎn)換為CIDR塊。那么，如何從兩個(gè)IP地址中找到覆蓋它們的CIDR呢？可能需要分解成多個(gè)CIDR塊，因?yàn)閱蝹€(gè)CIDR可能無(wú)法覆蓋整個(gè)范圍，尤其是當(dāng)范圍不是連續(xù)的2的冪次方時(shí)。

一、需要考慮以下幾點(diǎn)

將IP地址轉(zhuǎn)換為整數(shù)：IPv4地址是32位的，可以將每個(gè)部分轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，然后組合成一個(gè)長(zhǎng)整數(shù)，這樣便于計(jì)算。例如，192.168.1.0轉(zhuǎn)換為整數(shù)是3232235776。

確定起始和結(jié)束IP的整數(shù)形式：需要將輸入的字符串拆分四個(gè)部分，每個(gè)部分轉(zhuǎn)換為整數(shù)，并進(jìn)行位移組合成一個(gè)長(zhǎng)整型。

計(jì)算CIDR塊：從起始地址開(kāi)始，找到最大的前綴長(zhǎng)度（即最小的子網(wǎng)），使得該子網(wǎng)包含在起始和結(jié)束范圍內(nèi)。然后，將起始地址遞增到下一個(gè)子網(wǎng)的起始地址，重復(fù)這個(gè)過(guò)程直到覆蓋整個(gè)范圍。

這里的關(guān)鍵步驟是如何找到每個(gè)可能的CIDR塊。例如，假設(shè)起始IP是192.168.0.0，結(jié)束IP是192.168.3.255。這個(gè)范圍可以被分解為192.168.0.0/23或者192.168.0.0/24和192.168.1.0/24以及192.168.2.0/23等，但需要找到最合適的分解方式。

二、可能的算法步驟

將起始IP和結(jié)束IP轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)整數(shù)。
如果起始IP大于結(jié)束IP，則交換它們。
初始化一個(gè)列表來(lái)保存CIDR塊。
循環(huán)處理，直到起始IP超過(guò)結(jié)束IP：
計(jì)算起始IP的最低位有效位（即最大的后綴0的位數(shù)），這決定了當(dāng)前可能的最大CIDR塊。
同時(shí)，確定當(dāng)前塊的大小，不超過(guò)結(jié)束IP。
確定實(shí)際可以使用的掩碼位數(shù)，使得該子網(wǎng)不超過(guò)結(jié)束IP。
將CIDR塊添加到列表。
將起始IP加上當(dāng)前塊的大小，繼續(xù)處理。

這里需要注意的是，每次找到的CIDR塊應(yīng)該是最大的可能塊，以減少塊的數(shù)量。例如，如果起始IP是192.168.0.0，結(jié)束IP是192.168.0.255，那么CIDR是/24。但如果結(jié)束IP是192.168.1.127，可能需要分解為多個(gè)塊，如/24和/25等。

在Java中實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要處理大整數(shù)，因?yàn)镮Pv4是32位，可以使用long類型來(lái)避免符號(hào)問(wèn)題。同時(shí)，掩碼的計(jì)算可能需要位運(yùn)算，比如找出最長(zhǎng)的公共前綴。

另外，還需要處理一些特殊情況，比如起始和結(jié)束IP相同，這時(shí)候CIDR就是/32?；蛘咂鹗糏P到結(jié)束IP是一個(gè)連續(xù)的塊，但無(wú)法被一個(gè)CIDR覆蓋，需要拆分成多個(gè)。

例如，起始IP是192.168.0.5，結(jié)束IP是192.168.0.7。這時(shí)候CIDR列表應(yīng)該是192.168.0.5/32, 192.168.0.6/31，或者類似的組合。但需要確保每個(gè)CIDR塊覆蓋的IP范圍在起始和結(jié)束之間。

三、Java程序?qū)崿F(xiàn)步驟

現(xiàn)在，需要將這些邏輯轉(zhuǎn)化為Java代碼，需要以下步驟：

編寫一個(gè)方法將IP字符串轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)整數(shù)。
編寫一個(gè)方法將長(zhǎng)整數(shù)轉(zhuǎn)換回IP字符串。
編寫方法計(jì)算兩個(gè)IP之間的CIDR塊列表。

在轉(zhuǎn)換IP到長(zhǎng)整數(shù)時(shí)，需要將每個(gè)部分左移相應(yīng)的位數(shù)，例如第一個(gè)部分左移24位，第二個(gè)左移16位，依此類推。同時(shí)，確保每個(gè)部分的數(shù)值在0-255之間。

在計(jì)算CIDR塊時(shí)，需要找到最大的掩碼位數(shù)，使得該子網(wǎng)的起始地址加上塊大小不超過(guò)結(jié)束IP。塊大小是2^(32 - mask)，所以需要找到最大的mask，使得start + size <= end + 1?；蛘撸硪环N方式是找到起始IP的最低位有效位，然后逐步調(diào)整掩碼位數(shù)。

3.1 如何計(jì)算mask？

可以計(jì)算從start到end的差值為diff = end - start +1。然后，最大的塊是最大的2的冪次方，不大于diff，并且塊的大小還要考慮start的低位是否為0。

或者，找到從start開(kāi)始的最低位有效位，例如，計(jì)算start的二進(jìn)制中最低位的1的位置，然后塊的大小是2^該位置，但是不能超過(guò)end - start +1。

例如，start的二進(jìn)制是x，那么最大的塊大小是最大的2的冪次方，使得塊大小 <= diff，并且塊大小是start的二進(jìn)制中最低位1所代表的值。

例如，假設(shè)start是192.168.0.5（轉(zhuǎn)換為整數(shù)是3232235525），二進(jìn)制是…00000101。最低位的1的位置是0（因?yàn)樽詈笠晃皇?），所以塊大小是1，即mask是32。這樣該塊只包含start自己。但如果diff大于1，那么可能之后的下一個(gè)塊可以更大。

或者，這可能不是最優(yōu)的方式。正確的做法應(yīng)該是找到最大的mask，使得該子網(wǎng)覆蓋的起始地址是start，并且子網(wǎng)的結(jié)束地址不超過(guò)end。

這可能需要計(jì)算該子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址，然后找到最大的mask，使得該子網(wǎng)的廣播地址不超過(guò)end。

例如，子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址是start & mask，而廣播地址是network | (~mask & 0xFFFFFFFFL)。所以需要確保廣播地址 <= end。

但這個(gè)過(guò)程可能比較復(fù)雜。因此，可能需要另一種方法：

對(duì)于當(dāng)前的start，嘗試找到最大的mask，使得該mask對(duì)應(yīng)的塊大?。?^(32 - mask)）使得start + block_size -1 <= end.

同時(shí)，mask必須滿足start的二進(jìn)制中，后(32 - mask)位必須全為0，否則該子網(wǎng)的起始地址不是start，而是更小的地址。

例如，如果start是192.168.0.5，而mask是24，那么子網(wǎng)的起始地址是192.168.0.0，而start不在該子網(wǎng)的起始地址，因此無(wú)法使用mask為24。因此，必須找到最大的mask，使得start是該子網(wǎng)的起始地址，即start的后（32 - mask）位必須是0。

因此，正確的步驟應(yīng)該是：

計(jì)算從start開(kāi)始，最大的后綴0的位數(shù)。這可以通過(guò)計(jì)算start的最低位1的位置，比如start的二進(jìn)制中有n個(gè)后綴0，那么最大的mask是32 - n。此時(shí)，塊大小是2^n。例如，start是192.168.0.0（即…00000000），那么n是8，mask是24，塊大小是256。

但如果start是192.168.0.128，二進(jìn)制是…10000000，那么后綴0的位數(shù)是7，所以mask是25，塊大小是128。此時(shí)，子網(wǎng)是192.168.0.128/25，廣播地址是192.168.0.255。

但是，如果end是192.168.0.255，那么這個(gè)塊可以包含。但是如果end是更小的值，比如192.168.0.200，那么需要調(diào)整mask，使得塊大小不超過(guò)end - start +1。

因此，mask的確定應(yīng)該是：

mask = 32 - Math.min(lowBit, log2(remainingSize))

其中，lowBit是start的最低位1的位置，remainingSize是end - start +1。

或者，另一種方法是：

mask = 32 - Math.min(lowBit, 32 - (int)(Math.log(remainingSize)/Math.log(2)))

但是，計(jì)算lowBit的方式需要正確。例如，對(duì)于start的二進(jìn)制，找到最右邊1的位置。比如，start的二進(jìn)制是…0001000，那么lowBit是3（從0開(kāi)始計(jì)數(shù)），即2^3=8。所以塊的大小是8，mask是32 -3 =29。

3.2 如何計(jì)算lowBit呢？

可以用位運(yùn)算來(lái)找最右邊的1的位置。例如，對(duì)于long類型的start，取值為start & -start，這會(huì)得到一個(gè)只有最右邊1的數(shù)，然后計(jì)算log2。

例如，start & -start可以得到一個(gè)數(shù)，其中只有最右邊的1被保留。例如，start是5（二進(jìn)制101），start & -start的結(jié)果是1（二進(jìn)制1），所以log2(1)=0，即lowBit=0。此時(shí)，塊的大小是1，mask=32-0=32.

如果是start是8（二進(jìn)制1000），則start & -start=8，log2(8)=3，所以lowBit=3，塊的大小是8，mask=29.

所以，lowBit = log2(start & -start). 但如何計(jì)算log2？可以用位運(yùn)算，或者循環(huán)右移。

在Java中，可以使用Long.numberOfTrailingZeros()方法，這個(gè)方法返回的是二進(jìn)制中最低位1后面的0的個(gè)數(shù)。例如，對(duì)于8（1000），numberOfTrailingZeros是3。此時(shí)，lowBit就是這個(gè)值，即塊的大小是1 << lowBit。

但這個(gè)方法是否適用于所有情況？

假設(shè)start是0，那么start & -start是0，這可能有問(wèn)題。但start在這里是介于起始和結(jié)束之間的，所以可能不會(huì)為0？

但起始IP可能為0，例如0.0.0.0到0.0.0.255。此時(shí)，lowBit是8，塊的大小是256，mask是24.

所以，lowBit的計(jì)算應(yīng)該是：

long diff = start & -start;

如果diff ==0，那么lowBit=32？或者如何處理？

或者，另一種方式，使用Long.numberOfTrailingZeros(startIpLong)來(lái)獲取最低位1后面的0的個(gè)數(shù)。例如，對(duì)于startIpLong=8（二進(jìn)制1000），這個(gè)方法會(huì)返回3，因?yàn)槟┪灿?個(gè)0。此時(shí)，塊的大小是1 << 3 =8.

所以，lowBit = Long.numberOfTrailingZeros(startIpLong | 0xFFFFFFFF00000000L)? 不太確定，可能需要仔細(xì)測(cè)試。

或者，對(duì)于IPv4的32位，startIpLong是32位的數(shù)值，存儲(chǔ)在long類型的高32位或者低32位？可能要看轉(zhuǎn)換方式是否正確。例如，前面的轉(zhuǎn)換函數(shù)是否正確地將IP轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)整數(shù)，比如將第一個(gè)八位移到高位。

例如，IP地址a.b.c.d轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)整數(shù)的方式是：a<<24 | b<<16 | c<<8 | d。這樣，IPv4的32位被放在long的高32位還是低32位？

假設(shè)轉(zhuǎn)換正確的話，那么對(duì)于192.168.0.5，轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)整數(shù)是 (192 <<24) | (168<<16) | (0<<8) |5 = 3232235525。二進(jìn)制表示為：

11000000 10101000 00000000 00000101

這里，最低位的1是在第0位（最后一個(gè)字節(jié)的5是00000101，最低位是1）。所以，Long.numberOfTrailingZeros(3232235525)應(yīng)該是0，因?yàn)樽畹臀皇?，后面沒(méi)有0。所以塊的大小是1，mask是32-0=32。

這樣，每個(gè)塊的大小是根據(jù)start的最低位1的位置決定的，但也要確保塊的大小不超過(guò)剩余的地址空間（即end - start +1）。

3.3 綜合起來(lái)，步驟如下

將startIp和endIp轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)整數(shù)s和e，確保s <=e。

初始化結(jié)果列表。

當(dāng)s <= e時(shí)，循環(huán)：

a. 計(jì)算當(dāng)前s的最低位1的位置，得到lowBit = Long.numberOfTrailingZeros(s).
b. 可能的塊大小maxSize = 1 << lowBit.
c. 但maxSize不能超過(guò)e - s +1，所以實(shí)際塊大小是Math.min(maxSize, e -s +1).
d. 這時(shí)候，需要找到最大的mask，使得塊大小為actualSize。因?yàn)閍ctualSize必須是2的冪，所以mask = 32 - log2(actualSize).
e. 所以，mask = 32 - (int)(Math.log(actualSize)/Math.log(2)).
f. 將CIDR塊添加到結(jié)果列表：IP/mask.
g. s += actualSize.

這樣，每次循環(huán)處理一個(gè)塊，直到覆蓋整個(gè)范圍。

例如，start=192.168.0.5，end=192.168.0.7:

s=3232235525 (0xC0A80005), e=3232235527.

第一次循環(huán)：

lowBit = trailing zeros of s=5（二進(jìn)制101），即0位，所以maxSize=1<<0=1.
actualSize=min(1, 7-5+1=3) →1.
mask=32 -0=32.
CIDR塊是192.168.0.5/32.
s +=1 →6.

第二次循環(huán)：

s=6，二進(jìn)制00000110，trailing zeros是1（因?yàn)樽詈髢晌皇?10 →最低位是0？）
不，Long.numberOfTrailingZeros(6)是1，因?yàn)?的二進(jìn)制是110，末尾有一個(gè)0。
所以，lowBit=1 →maxSize=2.
actualSize=min(2, 7-6+1=2) →2.
mask=32 -1=31.
CIDR塊是192.168.0.6/31，覆蓋6和7.
s +=2 →8，超出e=7，循環(huán)結(jié)束。

所以，結(jié)果是兩個(gè)CIDR塊：/32和/31.

這似乎正確。

另一個(gè)例子，start=192.168.0.0，end=192.168.3.255：

s=3232235520, e=3232238079.

第一次循環(huán)：

lowBit=Long.numberOfTrailingZeros(s) →s=0xC0A80000 →二進(jìn)制是11000000 10101000 00000000 00000000 →末尾有16個(gè)零？或者可能要看具體的轉(zhuǎn)換方式。

如果IP地址轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)整數(shù)的方式是每個(gè)八位作為高位，例如：

對(duì)于192.168.0.0，轉(zhuǎn)換為：

192 <<24 | 168 <<16 | 0 <<8 |0 →即3232235520，二進(jìn)制是11000000 10101000 00000000 00000000。

Long.numberOfTrailingZeros(3232235520)→計(jì)算末尾的0的個(gè)數(shù)。3232235520的二進(jìn)制是：

11000000 10101000 00000000 00000000 →最后的16位都是0，所以 trailing zeros是16.

所以，lowBit=16 →maxSize=1<<16=65536.

但實(shí)際剩余的大小是 e -s +1 = 3232238079 -3232235520 +1=2560.

所以actualSize=min(65536, 2560)=2560.

但2560不是2的冪次方。這時(shí)候需要調(diào)整，找到最大的2的冪次方，不超過(guò)2560.

所以，這里可能我的之前的思路有問(wèn)題，即塊的大小必須是2的冪次方，而實(shí)際剩余的大小可能不是，因此需要取最大可能的塊，其大小是2的冪次方，并且不超過(guò)剩余的大小。

這時(shí)候，應(yīng)該怎么做？

例如，在步驟c中，maxSize由lowBit決定，即可能的塊大小是2^lowBit，但可能這個(gè)大小超過(guò)了剩余的大小，因此需要將actualSize設(shè)置為最大的2的冪次方，不超過(guò)剩余的大小。

或者，另一種方式，actualSize是最大的2的冪次方，使得actualSize <= remainingSize，并且actualSize <= maxSize（即由lowBit決定的塊大小）。

例如，remainingSize是2560，那么最大的2的冪次方是2048（2^11=2048），而maxSize由lowBit=16是65536，所以actualSize=2048.

此時(shí)，mask=32 -11=21.

這樣，CIDR塊是192.168.0.0/21？但是這樣的話，該塊的范圍是192.168.0.0到192.168.7.255，但用戶的結(jié)束IP是192.168.3.255，因此這樣會(huì)超出范圍。這說(shuō)明我的邏輯有問(wèn)題。

哦，這說(shuō)明原來(lái)的算法可能存在問(wèn)題?？赡苄枰匦驴紤]如何確定塊的大小。

正確的邏輯應(yīng)該是，找到最大的mask，使得該子網(wǎng)的起始地址是s，并且該子網(wǎng)的結(jié)束地址 <=e.

也就是說(shuō)，子網(wǎng)的掩碼決定了塊的大小是2^(32 - mask)，所以我們需要找到最大的mask（即最小的塊大?。?，使得 s + (2^(32 - mask)) -1 <=e.

同時(shí)，該mask必須滿足s的后（32 - mask）位是0，也就是s是該子網(wǎng)的起始地址。

例如，對(duì)于s=192.168.0.0，e=192.168.3.255.

最大的mask是22，因?yàn)閴K大小是2(32-22)=210=1024，而s+1024-1=192.168.3.255。這正是需要的。

所以，正確的CIDR是192.168.0.0/22.

因此，在這種情況下，算法應(yīng)該返回一個(gè)CIDR塊，而不是多個(gè)。那問(wèn)題出在哪里？

塊的大小應(yīng)該同時(shí)滿足：

該塊的大小是2的冪次方，并且該塊的起始地址是s。

該塊的結(jié)束地址不超過(guò)e.

所以，塊的大小應(yīng)該是最大的可能的2的冪次方，滿足 s + size -1 <=e，并且 size是最大的可能值，并且s mod size ==0.

3.4 如何計(jì)算這樣的size？

算法步驟：

計(jì)算remaining = e - s +1.

初始size為最大的可能，即最大的2的冪次方 <= remaining.

同時(shí)，size必須滿足 s & (size -1) ==0 （即s是該size的倍數(shù)）。

如果這兩個(gè)條件滿足，則size可以是該值，否則，需要將size減半，直到滿足條件。

例如，對(duì)于s=192.168.0.0，e=192.168.3.255，remaining=1024.

最大的size是1024，且s mod 1024 ==0，所以可以使用size=1024，mask=22.

所以，正確的CIDR是/22.

那如何將此邏輯轉(zhuǎn)化為代碼？

實(shí)現(xiàn)步驟：

計(jì)算remaining = e -s +1.

計(jì)算maxMask = 32 - (int)(Math.log(remaining)/Math.log(2))→但這可能不正確，因?yàn)閞emaining可能不是2的冪次方。

或者，找到最大的mask，使得 2^(32 - mask) <= remaining，并且 s & (2^(32 -mask) -1) ==0.

正確的算法應(yīng)該是：

循環(huán)處理，每次找到最大的size（2的冪次方），使得：

size <= remaining

并且 s + size -1 <=e

并且 s & (size -1) ==0 （即s是size的整數(shù)倍）

然后，mask=32 - log2(size).

然后，將CIDR塊加入列表，s += size，remaining = e -s +1.

重復(fù)直到remaining=0.

現(xiàn)在，如何在代碼中實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)？

步驟：

while s <=e:
remaining = e -s +1;
maxSize = 1 << 30; // 初始為較大的數(shù)，比如2^30
size = 0;
for (int shift = 0; shift <=32; shift++) {
	currentSize = 1 << shift;
	if (currentSize > remaining) break;
	if ((s & (currentSize -1)) ==0) {
		size = currentSize;
	}
}
// 此時(shí)size是最大的滿足條件的size
mask = 32 - log2(size) →即mask=32 - shift.
add cidr: ipToString(s) + "/" + mask
s += size

但這樣可能需要一個(gè)循環(huán)來(lái)找到最大的size。

或者，可以使用位運(yùn)算來(lái)找到最大的可能size：

size = remaining;

然后，找到最大的size，是2的冪次方，且滿足 size <= remaining，并且 (s & (size -1)) ==0.

例如：

size = Integer.highestOneBit(remaining); // 最大的2的冪次方 <= remaining
while (size >0) {
    if ((s & (size -1)) ==0) {
        break;
    }
    size >>=1;
}

這樣，size被調(diào)整為最大的滿足條件的size.

例如，計(jì)算size的方法：

long size = Long.highestOneBit(remaining);

然后，循環(huán)檢查 (s & (size -1)) ==0，否則將size減半，直到找到滿足條件的size.

代碼可能如下：

long remaining = e - s +1;
long size = Long.highestOneBit(remaining);
while (size >0) {
	if ((s & (size -1)) ==0) {
		break;
	}
	size >>=1;
}

if (size ==0) {
	size =1;
}

然后，mask=32 - log2(size). 但如何計(jì)算log2(size)?

可以用Long.numberOfLeadingZeros來(lái)得到。例如，對(duì)于size=1024，二進(jìn)制是10000000000，共11位，所以numberOfLeadingZeros是64-11=53。但Long.numberOfLeadingZeros(1024)返回的是64 - 11 =53？這可能需要調(diào)整。

或者，計(jì)算log2(size)可以使用位運(yùn)算：

int logSize = 63 - Long.numberOfLeadingZeros(size);

例如，size=1024 →63 - 53（numberOfLeadingZeros(1024)）是10 →log2(1024)=10.

所以，mask=32 - logSize.

這樣，例如size=1024 →mask=22.

所以，綜合以上分析，Java代碼的大致結(jié)構(gòu)可以是：

public static List<String> ipRangeToCidrs(String startIp, String endIp) {

	// 轉(zhuǎn)換startIp和endIp為long s和e
	List<String> cidrs = new ArrayList<>();
	long s = ipToLong(startIp);
	long e = ipToLong(endIp);
	while (s <= e) {
		// 計(jì)算remaining
		long remaining = e - s +1;
		
		// 計(jì)算最大的size
		long size = 1;
		int shift =0;
		
		// 找到最大的size=2^shift <= remaining，并且s & (size-1) ==0
		for (shift =0; (1L << (shift+1)) <= remaining; shift++) {
			if ((s & ( (1L << (shift+1)) -1 )) !=0) {
				break;
			}
		}
		
		size = 1L << shift;
		
		// 計(jì)算mask
		int mask = 32 - shift;
		
		// 添加CIDR
		cidrs.add(longToIp(s) + "/" + mask);
		
		// 更新s
		s += size;
	}
	
	return cidrs;
}

四、ipToLong函數(shù)

public static long ipToLong(String ip) {

	String[] octets = ip.split("\\.");
	
	if (octets.length !=4) {
		throw new IllegalArgumentException("Invalid IP address");
	}
	
	long result =0;
	for (int i=0; i<4; i++) {
		int octet = Integer.parseInt(octets[i]);
		if (octet <0 || octet >255) {
			throw new IllegalArgumentException("Invalid IP octet");
		}
		result <<=8;
		result |= octet;
	}
	
	return result;
}

這樣，對(duì)于192.168.0.5，結(jié)果是 (192 <<24) | (168 <<16) | (0 <<8) |5 = 3232235525L.

五、longToIp函數(shù)

public static String longToIp(long ip) {
	return String.format("%d.%d.%d.%d",
	(ip >>24) & 0xFF,
	(ip >>16) & 0xFF,
	(ip >>8) & 0xFF,
	ip & 0xFF);
}

這樣，3232235525L會(huì)被正確轉(zhuǎn)換為192.168.0.5.

六、編寫主要的循環(huán)部分

public static List<String> ipRangeToCidr(String startIp, String endIp) {
	long start = ipToLong(startIp);
	long end = ipToLong(endIp);
	List<String> result = new ArrayList<>();
	if (start > end) {
		throw new IllegalArgumentException("Start IP must be <= End IP");
	}
	while (start <= end) {
		// 計(jì)算當(dāng)前start的最低位1的位置，確定最大的可能的mask
		long maxSize = 1;
		int shift =0;
		
		// 找到最大的shift，使得 (1 << shift) <= remaining，并且 (start & ((1 << shift) -1)) ==0
		long remaining = end - start +1;
		
		// 初始shift為0，逐步增加，直到無(wú)法滿足條件
		for (shift =0; (1L << (shift+1)) <= remaining; shift++) {
		
			// 檢查如果增加shift后，是否start的后面的位都是0
			long mask = (1L << (shift +1)) -1;
			if ((start & mask) !=0) {
				break;
			}
		}
		long currentSize = 1L << shift;
		int mask = 32 - shift;
		result.add(longToIp(start) + "/" + mask);
		start += currentSize;
	}
	return result;
}

綜上所述，最終的Java函數(shù)應(yīng)該包括：

ipToLong和longToIp的轉(zhuǎn)換函數(shù)。

主函數(shù)處理循環(huán)，找到每個(gè)可能的CIDR塊。

正確計(jì)算size和mask.

七、完整代碼實(shí)現(xiàn)

以下是完整的Java 代碼，并處理可能的異常和邊界情況，可以將起始 IP 和結(jié)束 IP 轉(zhuǎn)換為最精確的 CIDR 塊列表。該方法通過(guò)位運(yùn)算動(dòng)態(tài)計(jì)算每個(gè) CIDR 塊的范圍，確保覆蓋所有 IP 且不重疊

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class CidrCalculator {

    public static List<String> convertIpRangeToCidr(String startIp, String endIp) {
        long start = ipToLong(startIp);
        long end = ipToLong(endIp);
        List<String> cidrList = new ArrayList<>();

        if (start > end) {
            throw new IllegalArgumentException("起始IP不能大于結(jié)束IP");
        }

        while (start <= end) {
            // 計(jì)算當(dāng)前起始IP的最低位有效位（決定CIDR塊的大?。?
            int suffixZeros = Long.numberOfTrailingZeros(start);
            long maxSize = 1L << suffixZeros;  // 可能的塊大小（2^suffixZeros）
            long remaining = end - start + 1;  // 剩余需要覆蓋的IP數(shù)量

            // 實(shí)際塊大小不能超過(guò)剩余范圍
            long actualSize = Math.min(maxSize, remaining);
            
            // 計(jì)算CIDR的掩碼位數(shù)（32 - log2(actualSize)）
            int mask = 32 - (int) (Math.log(actualSize) / Math.log(2));
            
            // 將CIDR塊加入列表
            cidrList.add(longToIp(start) + "/" + mask);
            
            // 移動(dòng)到下一個(gè)塊的起始IP
            start += actualSize;
        }

        return cidrList;
    }

    // 將IP字符串轉(zhuǎn)換為32位整數(shù)（用long存儲(chǔ)）
    private static long ipToLong(String ip) {
        String[] octets = ip.split("\\.");
        if (octets.length != 4) {
            throw new IllegalArgumentException("無(wú)效的IP地址格式");
        }
        long result = 0;
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            int octet = Integer.parseInt(octets[i]);
            if (octet < 0 || octet > 255) {
                throw new IllegalArgumentException("IP八位組超出范圍");
            }
            result = (result << 8) | octet;
        }
        return result;
    }

    // 將32位整數(shù)轉(zhuǎn)換為IP字符串
    private static String longToIp(long ip) {
        return ((ip >> 24) & 0xFF) + "." +
               ((ip >> 16) & 0xFF) + "." +
               ((ip >> 8) & 0xFF) + "." +
               (ip & 0xFF);
    }

    // 測(cè)試用例
    public static void main(String[] args) {
        // 示例1：?jiǎn)蝹€(gè)IP（/32）
        test("192.168.0.5", "192.168.0.5");  // ["192.168.0.5/32"]

        // 示例2：連續(xù)兩個(gè)IP（/31）
        test("192.168.0.6", "192.168.0.7");  // ["192.168.0.6/31"]

        // 示例3：一個(gè)完整的C類子網(wǎng)（/24）
        test("192.168.0.0", "192.168.0.255");  // ["192.168.0.0/24"]

        // 示例4：跨子網(wǎng)的IP范圍
        test("192.168.0.5", "192.168.0.7");  // ["192.168.0.5/32", "192.168.0.6/31"]
    }

    private static void test(String startIp, String endIp) {
        List<String> cidrs = convertIpRangeToCidr(startIp, endIp);
        System.out.println("IP范圍: " + startIp + " - " + endIp);
        System.out.println("CIDR塊: " + String.join(", ", cidrs) + "\n");
    }
}

代碼說(shuō)明

核心邏輯

位運(yùn)算計(jì)算：通過(guò) Long.numberOfTrailingZeros 找到起始 IP 的最低位有效位，確定最大可能的 CIDR 塊大小。
動(dòng)態(tài)調(diào)整塊大?。焊鶕?jù)剩余 IP 范圍 (remaining) 和起始 IP 的對(duì)齊要求，動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)際 CIDR 塊大小。

關(guān)鍵方法

ipToLong()：將 IP 字符串轉(zhuǎn)換為 32 位整數(shù)（用 long 存儲(chǔ)，避免符號(hào)問(wèn)題）。
longToIp()：將整數(shù)轉(zhuǎn)換回點(diǎn)分十進(jìn)制格式。
convertIpRangeToCidr()：主方法，遍歷 IP 范圍生成 CIDR 列表。

測(cè)試案例

覆蓋單 IP、連續(xù) IP、完整子網(wǎng)和跨子網(wǎng)范圍，驗(yàn)證不同場(chǎng)景的準(zhǔn)確性。

執(zhí)行示例

輸入：

convertIpRangeToCidr("192.168.0.6", "192.168.0.7");

輸出：

CIDR塊: 192.168.0.6/31

輸入：

convertIpRangeToCidr("192.168.0.5", "192.168.0.7");

輸出：

CIDR塊: 192.168.0.5/32, 192.168.0.6/31

到此這篇關(guān)于Java中IP段轉(zhuǎn)CIDR的原理與實(shí)現(xiàn)詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java IP段轉(zhuǎn)CIDR內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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