IP地址与UInt之间不得不说的故事

IP地址有很多种表示方式，比如原始的二进制，常用的点分十进制。但在涉及到一些有关IP的计算时，这两种表示方式的操作都不是很方便。本文介绍最近在网管项目中使用的uint型ip表示法。使用这种方式，不论是在IP地址的存储，还是计算处理上，都能得到立竿见影的效果。

首先贴出将IP转型为uint的代码：

/// <summary>
/// 将点分十进制格式的IP转换为UInt格式
/// </summary>
/// <param name="ipStr">IP的点分十进制表示</param>
/// <returns></returns>
private uint GetUIntFromIP(string ipStr)
{
if (String.IsNullOrEmpty(ipStr) || !IsIPAddress(ipStr)) return 0;
string[] ipArr = ipStr.Split('.');
List<byte> ipIntArr = new List<byte>();
foreach (var s in ipArr)
{
ipIntArr.Add(byte.Parse(s));
}
uint result = 0;
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
result += (uint)(ipIntArr[i] << (24 - i * 8));
}
return result;
}
/// <summary>
/// 验证是否是正确的IP地址
/// </summary>
/// <param name="ipStr">IP字符串</param>
/// <returns></returns>
private bool IsIPAddress(string IpStr)
{
if (String.IsNullOrEmpty(IpStr)) return false;
Regex regText = new Regex(@"^((1?\d?\d|(2([0-4]\d|5[0-5])))\.){3}(1?\d?\d|(2([0-4]\d|5[0-5])))$");
return regText.IsMatch(IpStr);
}

在上面的GetLongFromIP方法中，首先进行了简单的IP验证，然后将IP地址拆分成byte型的4段。循环中的关键代码 result += (ipUintArr[i] << (24 - i * 8)) 对IP地址的4段分别进行移位操作，再将结果相加。

我们知道，IP地址的最大值表示为：255.255.255.255，也就是其二进制表示的32位全为1。该最大值用上述方法处理后的结果为：4294967295。这正好是C#中uint值的最大值（C#中uint为32位无符号整数）。可以看到，用这种方式将IP地址转换为uint是再合适不过。

理解了上述代码，再将uint格式的IP转换为常见的点分十进制格式，就很简单了，基本上就是上述方法的逆运算：

/// <summary>
/// 将UInt格式的IP转换为点分十进制格式
/// </summary>
/// <param name="ip"></param>
/// <returns></returns>
private string GetIPStrFromUint(uint ip)
{
byte first = (byte)(ip >> 24);
byte second = (byte)((ip - (first << 24)) >> 16);
byte third = (byte)((ip - (second << 16) - (first << 24)) >> 8);
byte four = (byte)(ip - (second << 16) - (first << 24) - (third << 8));
return String.Format("{0}.{1}.{2}.{3}", first, second, third, four);
}

掌握了IP地址与UInt格式的互转，会给我们在IP地址的处理上带来很多方便。比如常见的某一个网段之间的IP数量（这里的网段用开始IP和结束IP标识）：

/// <summary>
/// 获取网段之间的IP数量
/// </summary>
/// <param name="beginIP"></param>
/// <param name="endIP"></param>
/// <returns></returns>
private uint GetIPCountFromNet(string beginIP,string endIP)
{
if (String.IsNullOrEmpty(beginIP) || String.IsNullOrEmpty(endIP)) return 0;
return GetUIntFromIP(endIP) - GetUIntFromIP(beginIP) + 1;
}

再比如获取两个IP之间包含的IP地址列表：

/// <summary>
/// 获取两个IP之间的IP列表
/// </summary>
/// <param name="beginIP"></param>
/// <param name="lastIP"></param>
/// <returns></returns>
private IEnumerable<string> GetIPListFromNet(string beginIP, string lastIP)
{
if (String.IsNullOrEmpty(beginIP) || String.IsNullOrEmpty(lastIP)) yield return null;

uint beginAddress = GetUIntFromIP(beginIP);
uint lastAddress = GetUIntFromIP(lastIP);
uint temp = lastAddress - beginAddress;
for (uint i = 0; i <= temp; i++)
{
uint tempAddress = beginAddress + i;
//将UInt格式的IP转换为点分十进制表示
string ipAddress =  GetIPStrFromUint(tempAddress);
yield return ipAddress;
}
}

另外，如果要查询一个IP地址是否属于某个网段，转换成UInt格式以后非常方便。而传统的Sql不会智能到可以判断 begin_ip<='xxx.xxx.xxx.xxx'<=end_ip。当然，也可以利用一些Sql内置函数实现此功能，只是相比本文提到的UInt方式，相对繁琐：

select count(id)
from ip_net
where
right('000' + parsename('xxx.xxx.xxx.xxx',4),3)
+ right('000' + parsename('xxx.xxx.xxx.xxx',3),3)
+ right('000' + parsename('xxx.xxx.xxx.xxx',2),3)
+ right('000' + parsename('xxx.xxx.xxx.xxx',1),3)
between
right('000' + parsename(begin_ip,4),3)
+ right('000' + parsename(begin_ip,3),3)
+ right('000' + parsename(begin_ip,2),3)
+ right('000' + parsename(begin_ip,1),3)
and
right('000' + parsename(end_ip,4),3)
+ right('000' + parsename(end_ip,3),3)
+ right('000' + parsename(end_ip,2),3)
+ right('000' + parsename(end_ip,1),3)