如何获取不在给定IP地址范围内的所有IP地址

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我需要能够输出不在给定IP地址范围列表中的所有IP地址范围。

我可以使用某种算法来完成这种任务，我可以将其转换为工作代码吗？

  • 基本上我会使用Salesforce Apex代码，因此如果可能的话，任何类似JAVA的语言都可以。
algorithm network-programming ip salesforce apex
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我认为简单解决方案的关键是要记住IP地址可以被视为多个类型的长，因此可以对它们进行排序。

我假设排除的范围以“漂亮”的方式给出，意味着没有重叠，没有与全局范围的部分重叠等等。您当然可以在以后添加此类输入检查。

在这个例子中，我将所有网络范围（全局，包含，排除）作为NetworkRange类的实例。

以下是NetworkRange的实施。注意方法splitByExcludedRange和includes。

public class NetworkRange {

    private long startAddress;
    private long endAddress;

    public NetworkRange(String start, String end) {
        startAddress = addressRepresentationToAddress(start);
        endAddress = addressRepresentationToAddress(end);
    }

    public NetworkRange(long start, long end) {
        startAddress = start;
        endAddress   = end;
    }

    public String getStartAddress() {
        return addressToAddressRepresentation(startAddress);
    }

    public String getEndAddress() {
        return addressToAddressRepresentation(endAddress);
    }

    static String addressToAddressRepresentation(long address) {
        String result = String.valueOf(address % 256);

        for (int i = 1; i < 4; i++) {
            address = address / 256;
            result = String.valueOf(address % 256) + "." + result;
        }

        return result;
    }

    static long addressRepresentationToAddress(String addressRep) {
        long result = 0L;
        String[] tokens = addressRep.split("\\.");

        for (int i = 0; i < 4; i++) {

            result += Math.pow(256, i) * Long.parseLong(tokens[3-i]);
        }

        return result;
    }

    public List<NetworkRange> splitByExcludedRange(NetworkRange excludedRange) {
        if (this.startAddress == excludedRange.startAddress && this.endAddress == excludedRange.endAddress)
            return Arrays.asList();

        if (this.startAddress == excludedRange.startAddress)
            return Arrays.asList(new NetworkRange(excludedRange.endAddress+1, this.endAddress));

        if (this.endAddress == excludedRange.endAddress)
            return Arrays.asList(new NetworkRange(this.startAddress, excludedRange.startAddress-1));

        return Arrays.asList(new NetworkRange(this.startAddress, excludedRange.startAddress-1),
                             new NetworkRange(excludedRange.endAddress+1, this.endAddress));
    }

    public boolean includes(NetworkRange excludedRange) {
        return this.startAddress <= excludedRange.startAddress && this.endAddress >= excludedRange.endAddress;
    }

    public String toString() {
        return "[" + getStartAddress() + "-" + getEndAddress() + "]";
    }
}

现在来自计算包含的网络范围的类。它接受构造函数中的全局范围。

public class RangeProducer {

    private NetworkRange global;

    public RangeProducer(NetworkRange global) {
     this.global = global;
    }

    public List<NetworkRange> computeEffectiveRanges(List<NetworkRange> excludedRanges) {
        List<NetworkRange> effectiveRanges = new ArrayList<>();
        effectiveRanges.add(global);
        List<NetworkRange> effectiveRangesSplitted = new ArrayList<>();

        for (NetworkRange excludedRange : excludedRanges) {
            for (NetworkRange effectiveRange : effectiveRanges) {
                if (effectiveRange.includes(excludedRange)) {
                    effectiveRangesSplitted.addAll(effectiveRange.splitByExcludedRange(excludedRange));
                } else {
                    effectiveRangesSplitted.add(effectiveRange);
                }
            }

            effectiveRanges = effectiveRangesSplitted;
            effectiveRangesSplitted = new ArrayList<>();
        }
        return effectiveRanges;
    }
}

您可以运行以下示例：

public static void main(String[] args) {
        NetworkRange global = new NetworkRange("10.0.0.0", "10.255.255.255");

        NetworkRange ex1 = new NetworkRange("10.0.0.0", "10.0.1.255");
        NetworkRange ex2 = new NetworkRange("10.1.0.0", "10.1.1.255");
        NetworkRange ex3 = new NetworkRange("10.6.1.0", "10.6.2.255");
        List<NetworkRange> excluded = Arrays.asList(ex1, ex2, ex3);

        RangeProducer producer = new RangeProducer(global);

        for (NetworkRange effective : producer.computeEffectiveRanges(excluded)) {
            System.out.println(effective);
        }
    }

输出应该是：

[10.0.2.0-10.0.255.255]
[10.1.2.0-10.6.0.255]
[10.6.3.0-10.255.255.255]
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首先，我假设你的意思是你得到一个或多个不相交的CIDR范围作为输入，并且需要产生所有CIDR范围的列表，不包括任何给定的输入。为方便起见，我们进一步假设输入不包括整个IP地址空间：即0.0.0.0/0。 （这可以通过一个特殊情况来适应，但不是很有意义。）

我之前编写的代码类似于此，虽然我不能自由地共享代码，但我可以描述这种方法。它本质上是一种二进制搜索算法，其中您重复平分整个地址空间，直到您隔离了您感兴趣的一个范围。

将IP地址空间视为二叉树：根部是完整的IPv4地址空间0.0.0.0/0。它的孩子每个代表地址空间的一半：0.0.0.0/1和128.0.0.0/1.反过来，这些可以被细分为分别创建儿童0.0.0.0/2 / 64.0.0.0/2和128.0.0.0/2 / 192.0.0.0/2,。继续这一直向下，你最终得到2**32叶子，每个叶子代表一个/32（即一个地址）。

现在，将此树视为从输入列表中排除的地址空间的一部分。因此，您的任务是遍历此树，从树中的输入列表中查找每个范围，并删除输入中树的所有部分，留下地址空间的其余部分。

幸运的是，您无需实际创建所有2**32叶子。 CIDR N的每个节点都可以假设包含CIDR N+1及以上的所有节点，如果没有为它创建子节点（你需要一个标志来记住它已被细分 - 即不再是一片叶子 - 见下面的原因）。

因此，首先，整个地址空间存在于树中，但都可以由单个叶节点表示。调用树excluded,并使用单个节点0.0.0.0/0.对其进行初始化

现在，考虑第一个输入范围 - 我们称之为trial（我将使用14.27.34.0/24作为初始trial值，仅为演示提供具体值）。任务是从trial中删除excluded，留下其余的地址空间。

首先将current节点指针设置为excluded根节点。

开始：

比较trial CIDR和current。如果它是相同的，那么你已经完成了（但是如果你的输入范围是不相交的并且你已经从输入中排除了0.0.0.0/0，那么这绝不应该发生）。

否则，如果current是叶节点（尚未细分，意味着它代表此CIDR级别及以下的整个地址空间），请设置其细分标志，并为其创建两个子节点：指向上半部分的left指针它的地址空间，以及指向后半部分的right指针。适当地标记每一个（对于根节点的子节点，将是0.0.0.0/1和128.0.0.0/1）。

确定trial CIDR是否属于current的左侧或右侧。对于我们的初始trial值，它在左边。现在，如果那边的指针已经是NULL，那么你又完成了（尽管如果你的输入范围是不相交的，那么“不会发生”）。

如果trial CIDR完全等同于那一侧节点中的CIDR，那么只需释放节点（以及它可能拥有的任何子节点，如果只有不相交的输入那么它也应该是无），将指针设置为那边NULL你完成了你刚刚通过从树上切下那片叶子来排除整个范围。

如果试验值不完全等于该侧节点中的CIDR，则将current设置为该侧并重新开始（即跳转到上面的开始标签）。

因此，在14.27.34.0/24的初始输入范围内，您将首先将0.0.0.0/0拆分为0.0.0.0/1和128.0.0.0/1。然后你将在左侧下降并将0.0.0.0/1分成0.0.0.0/2和64.0.0.0/2.然后你将再次向左下方创建0.0.0.0/3和32.0.0.0/3.等等，直到23次分裂后，你将把14.27.34.0/23分成14.27.34.0/24和14.27.35.0/24.你将然后删除左侧的14.27.34.0/24子节点并将其指针设置为NULL，留下另一个。

这将为您留下一个包含24个叶子节点的稀疏树（在您删除目标节点之后）。剩余的叶节点标有*：

                             (ROOT)
                           0.0.0.0/0
                            /     \
                      0.0.0.0/1  128.0.0.0/1*
                        /    \
                 0.0.0.0/2  64.0.0.0/2*
                  /     \
            0.0.0.0/3  32.0.0.0.0/3*
              /    \
       0.0.0.0/4  16.0.0.0/4*
           /  \
  *0.0.0.0/5  8.0.0.0/5
               /    \
       *8.0.0.0/6  12.0.0.0/6
                      /    \
             *12.0.0.0/7  14.0.0.0/7
                             /    \
                     14.0.0.0/8  15.0.0.0/8*
                        /    \
                     ...
                /       \
     *14.27.32.0/23  14.27.34.0/23
                      /       \
                  (null)     14.27.35.0/24*
          (14.27.34.0/24)

对于每个剩余的输入范围，您将再次遍历树，在必要时将叶节点平分，通常会产生更多叶子，但总是会切掉地址空间的某些部分。

最后，您只需以任何方便的顺序遍历生成的树，收集剩余叶子的CIDR。请注意，在此阶段中，您必须排除先前已细分的那些。例如，在上面的树中，如果你下一个处理输入范围14.27.35.0/24，你会留下没有子节点的14.27.34.0/23，但是它的两半都是单独剪切的，它不应该包含在输出中。 （有了一些额外的复杂功能，你当然可以折叠它上面的节点以适应这种情况，但是在每个节点中保留一个标志会更容易。）

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首先，您描述的内容可以简化为：

  • 你有x.x.x.x - y.y.y.y形式的间隔
  • 您想要输出此范围内尚未“采用”的间隔。
  • 您希望能够有效地添加或删除间隔

我建议使用interval tree，每个节点存储一个间隔，你可以有效地插入和删除节点;并查询给定点（= IP地址）的重叠。

如果你可以保证没有重叠，你可以使用一个简单的TreeSet<String>，但你必须保证（正确排序）所有字符串都使用xxx.xxx.xxx.xxx-yyy.yyy.yyy.yyy零填充格式。

一旦您的间隔在树中，您就可以生成所需的输出，假设没有间隔重叠，通过执行树的深度优先预先遍历遍历，并将每个访问节点的开始和结束存储在列表中。鉴于此列表，

  • 在开始时预先挂起0.0.0.0
  • 最后追加255.255.255.255
  • 删除所有重复的ips（它将强制在列表中彼此相邻）
  • 成对地取出它们（数字总是均匀的），并且你有自由IP的间隔，完美排序。

请注意，0.0.0.0和255.255.255.255实际上并不是有效的，可路由的IP。如果您确实需要输出真实感知的IP，则应阅读相关的RFC。

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