3.2、IPV4 的地址分类

前言

IPV4 有5种分类，分配规定了公有地址、私有地址(局域网内分配)，记忆保留地址。
本文主要介绍 IPV4 的分类特点，对于这种分类规则的实际应用请移步 现实生活中 IPV4 的分配

1、存储单位转换

2 ¹⁰ = 1024
1GB=1024 MB=1024 * 1024 KB=1024 * 1024 * 1024 Byte=2³⁰ Byte

1.1、把 2³² 每一种可能存储一遍

IPV4 一个ip 需要 4Byte存储空间，如果把32位空间做全排列并存储，需要的空间为 16GB，但是由于IP地址分类，实时上一台服务器实际能出现的ip数在100万左右。

2、本文基于 IPV4

2.1、IPV4 地址长度

IPV4 地址由 32个二进制数字组成，即4个字节；
由于二进制的可读性差，所以人们习惯把每一个字节的二进制数字转化为10进制数字，形如 127.0.0.1 。

其它基础概念比如 网络地址、主机地址、子网掩码等请参考 计算机网络常见概念

3、 IPV4 的5类IP

3.1、分类基本概况

事实上，有很多资料将主机地址中全0和全1的去除，但是这不表示这类地址没有归属，当然，如果我们讨论的问题变为你可以为你本机分配的 ip 分类展示的话，我会考虑那种方式。所以我选择了将之保留的版本，并将这些特殊ip在下面单独进行说明。
此外，使用 CIDR 方式时更加自由，不会再局限于地址分类，当然，你可以探究分类结束后地址属于原先分类的哪一个里面

3.2、IPV4 分类和个数

1、 2⁸ = 258；2⁷ = 128
2、 二进制转10进制：Integer.parseInt(“1010”,2);
3、Java 计算2 的10次幂: 1<<10 或者 2<<9 或者 (int)Math.pow(2,10)

• IPV4 总数为 4294967294=2³² 约等于 43亿,其中 A类含公网地址约21亿，B类含公网地址约10.1亿，C类含公网地址约5.3亿，ABC共含公网地址约 36.4亿。
• 如果把所有可能的IPV4存储一遍，需要空间为 Math.pow(2,32)*32/1024/1024/1024 = 128GB.
• 如果使用 bitMap 的思路，每一个IPV4只占用1bit，则需要存储空间为 Math.pow(2,32)/1024/1024/1024 = 4GB.

• 附 Java 计算公网地址

public static void main(String[] args) {
        //A类 公网地址数
        System.out.println(Math.pow(2,31)-Math.pow(2,24)-Math.pow(2,24)-Math.pow(2,7)
                -Math.pow(2,7)+2);//2 113 928 962 约 21亿
        //B类 公网地址数
        System.out.println(Math.pow(2,30)-Math.pow(2,20)-Math.pow(2,16)-Math.pow(2,14)
                -Math.pow(2,14));//1 072 594 944 约 10.1亿
        //C类 公网地址数
        System.out.println(Math.pow(2,29)-Math.pow(2,16)-Math.pow(2,21)-Math.pow(2,21)
                );//532 611 072 约 5.3亿
    }

3.3、特殊IP-保留地址

-0.0.0.0:保留地址，表示所有不清楚的主机和目的网络，这里的不清楚是指在本机的路由表里没有特定条目指明如何到达。
-255.255.255.255:保留地址，有限广播地址，用于本网广播，向该地址发送信息，本同 net_id 下所有ip都会收到。一般用于不清楚所处网段的时候，部分设备有使用限制，导致广播失败，所以建议直接使用直接广播地址。
-net_id不为0，host_id全为1：保留地址，直接广播地址，比如 192.255.255.255。用于本网广播，向该地址发送信息，本同 net_id 下所有ip都会收到。
-net_id 不为0 host_id 全为0：保留地址，仅表示网络，比如127.0.0.0,192.0.0.0不能作为 ip 地址看待。
-127.0.0.0 到 127.255.255.255:保留地址，用做循环测试使用，除了 127.0.0.0和127.255.255.255，127.X.X.X 都表示本机自己。
>到这里可以理解 主机地址(host_id)全0 用于作为网段标识，主机地址（host_id）全1用于作为本网段的直接广播地址，都不能作为具体主机的ip！

-10.0.0.0到10.255.255.255:保留地址，属于A类地址，在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址,即私有地址。
-172.16.0.0到172.31.255.255:保留地址，属于B类地址，在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址,即私有地址。
-192.168.0.0到192.168.255.255:保留地址，属于C类地址，在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址,即私有地址。
-169.254.0.0到169.254.255.255:保留地址，属于B类地址，如果你的IP地址是自动获取IP地址，而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器，这时你将会从169.254.0.1到169.254.255.254中临时获得一个IP地址。
>到这里可以理解A、B、C类地址都有私有地址。A类10.0.0.0到10.255.255.255、B类172.16.0.0到172.31.255.255和169.254.0.0到169.254.255.255、C类192.168.0.0到192.168.255.255

4、IPV4 地址格式转化、类型判断工具类

import lombok.experimental.UtilityClass;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Objects;

/**
 * @Title:IPV4 类型判断格式转化 Util
 * @Description:
 * @Analysis:
 * @Copyright: Copyright(c)2022
 * @Company: bestcxx
 * @Author: jie.wu
 * @Version: v1.0
 */
@UtilityClass
public class IPV4utils {
    static Map<String,String> map = new HashMap();
    static{
        map.put("00","A-00");
        map.put("01","A-01");
        map.put("10","B-10");
        map.put("110","C-110");
        map.put("1110","D-1110");
        map.put("1111","E-1111");
    }

    public String transferIPV4ToBinaryStr(String IPV4){
        String[] parts = IPV4.split("\.");
        if(parts.length!=4){
            System.out.println("输出IP不是IPV4:"+IPV4);
            return "";
        }
        //先转10进制
        int v0 = Integer.valueOf(parts[0])<<24;
        int v1 = Integer.valueOf(parts[1])<<16;
        int v2 = Integer.valueOf(parts[2])<<8;
        int v3 = Integer.valueOf(parts[3]);
        return Integer.toBinaryString(v0+v1+v2+v3);
    }

    /**
     * 二进制补足前面的0
     * @param binaryString
     * @param totalSize
     * @return
     */
    public String binaryStringWithPreZero(String binaryString,int totalSize){
        int zeroNumber = totalSize-binaryString.length();
        if(zeroNumber>0){
            StringBuilder sbd = new StringBuilder();
            while(zeroNumber>0){
                zeroNumber--;
                sbd.append("0");
            }
            sbd.append(binaryString);
            return sbd.toString();
        }
        return binaryString;
    }

    public long transferIPV4ToLong(String IPV4){
        String[] parts = IPV4.split("\.");
        if(parts.length!=4){
            System.out.println("输出IP不是IPV4:"+IPV4);
            return 0;
        }
        //先转10进制
        long v0 = Long.valueOf(parts[0])<<24;
        long v1 = Long.valueOf(parts[1])<<16;
        long v2 = Long.valueOf(parts[2])<<8;
        long v3 = Long.valueOf(parts[3]);
        return v0+v1+v2+v3;
    }

    public String adapterType(String ip){
        String first = ip.substring(0, ip.indexOf("."));
        String binaryStr = binaryStringWithPreZero(Integer.toBinaryString(Integer.valueOf(first)),8);

        String  key = map.keySet().stream()
                .filter(Objects::nonNull)
                .filter(item->binaryStr.indexOf(item)==0)
                .findFirst()
                .orElse(null);
        return map.get(key);
    }

    public static void main(String[] args) {
        String IPV4="255.255.255.255";
        System.out.println(IPV4utils.adapterType(IPV4));
        System.out.println(IPV4utils.transferIPV4ToLong(IPV4));
        System.out.println(binaryStringWithPreZero(IPV4utils.transferIPV4ToBinaryStr(IPV4),32));
    }
}

参考

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%88%86%E7%B1%BB%E7%BD%91%E7%BB%9C
https://jingyan.baidu.com/article/86fae346b7e6603c49121ae0.html
https://baike.baidu.com/item/%E7%A7%81%E6%9C%89%E5%9C%B0%E5%9D%80/727338?fr=aladdin
https://zhidao.baidu.com/question/42946534.html
https://www.ngui.cc/el/1412832.html?action=onClick

最后

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