Java中IP段转CIDR的原理与实现详解

一、CIDR的核心概念

CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由）是一种用于高效分配和管理IP地址的网络编址方法。它取代了传统的IP地址分类（A/B/C类），通过灵活的网络前缀长度（子网掩码）实现更精细的地址划分和路由聚合，显著提高了IP地址的利用率，并减少了路由表规模。

CIDR表示法主要由IP地址和一个斜杠后跟着的数字组成，例如：192.168.1.0/24。其中，/24表示网络部分占用的位数。

二、IP段转CIDR的原理

IP段转CIDR的过程，实质上是将IP地址范围转换为一个或多个CIDR表示法的网络地址。这通常涉及以下几个步骤：

确定IP段的起始和结束地址：首先，需要明确IP段的起始和结束IP地址。
计算网络前缀长度：根据起始和结束IP地址，计算出能够覆盖整个IP段的最短网络前缀长度。这通常涉及对IP地址进行二进制运算，找出起始和结束IP地址中相同的二进制位数。
形成CIDR表示法：将计算出的网络前缀长度与起始IP地址结合，形成CIDR表示法的网络地址。

三、Java中实现IP段转CIDR的方法

在Java中，可以通过以下步骤实现IP段转CIDR：

IP地址转换：将IP地址从点分十进制字符串形式转换为整数形式（通常使用long类型来处理32位无符号整数，避免符号位的问题）。
计算网络前缀长度：通过比较起始和结束IP地址的二进制形式，计算出能够覆盖整个IP段的最短网络前缀长度。
形成CIDR表示法：将计算出的网络前缀长度与起始IP地址结合，形成CIDR表示法的网络地址，并将其转换回点分十进制字符串形式。

以下是一个简单的Java代码示例，用于实现IP段转CIDR：


import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class IpRangeToCidr {
    public static List<String> ipRangeToCidrList(String startIp, String endIp) {
        long start = ipToLong(startIp);
        long end = ipToLong(endIp);
        List<String> cidrList = new ArrayList<>();
        while (end >= start) {
            byte maxSize = 32;
            while (maxSize > 0) {
                long mask = 0xFFFFFFFFL << (32 - maxSize);
                long maskedBase = start & mask;
                if (maskedBase != start) {
                    break;
                }
                maxSize--;
            }
            byte maxDiff = (byte) (32 - (int) (Math.log(end - start + 1) / Math.log(2)));
            if (maxSize < maxDiff) {
                maxSize = maxDiff;
            }
            String cidr = longToIp(start) + "/" + maxSize;
            cidrList.add(cidr);
            start += Math.pow(2, (32 - maxSize));
        }
        return cidrList;
    }
    private static long ipToLong(String strIP) {
        long[] ip = new long[4];
        String[] ipSec = strIP.split("\\.");
        for (int k = 0; k < 4; k++) {
            ip[k] = Long.valueOf(ipSec[k]);
        }
        return (ip[0] << 24) + (ip[1] << 16) + (ip[2] << 8) + ip[3];
    }
    private static String longToIp(long longIP) {
        return String.format("%d.%d.%d.%d", (longIP >> 24) & 0xFF, (longIP >> 16) & 0xFF, (longIP >> 8) & 0xFF, longIP & 0xFF);
    }
    public static void main(String[] args) {
        String startIp = "192.168.1.0";
        String endIp = "192.168.1.255";
        List<String> cidrList = ipRangeToCidrList(startIp, endIp);
        for (String cidr : cidrList) {
            System.out.println(cidr);
        }
    }
}
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class IpRangeToCidr {

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

        while (end >= start) {
            byte maxSize = 32;
            while (maxSize > 0) {
                long mask = 0xFFFFFFFFL << (32 - maxSize);
                long maskedBase = start & mask;
                if (maskedBase != start) {
                    break;
                }
                maxSize--;
            }

            byte maxDiff = (byte) (32 - (int) (Math.log(end - start + 1) / Math.log(2)));
            if (maxSize < maxDiff) {
                maxSize = maxDiff;
            }

            String cidr = longToIp(start) + "/" + maxSize;
            cidrList.add(cidr);
            start += Math.pow(2, (32 - maxSize));
        }

        return cidrList;
    }

    private static long ipToLong(String strIP) {
        long[] ip = new long[4];
        String[] ipSec = strIP.split("\\.");
        for (int k = 0; k < 4; k++) {
            ip[k] = Long.valueOf(ipSec[k]);
        }
        return (ip[0] << 24) + (ip[1] << 16) + (ip[2] << 8) + ip[3];
    }

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

    public static void main(String[] args) {
        String startIp = "192.168.1.0";
        String endIp = "192.168.1.255";
        List<String> cidrList = ipRangeToCidrList(startIp, endIp);
        for (String cidr : cidrList) {
            System.out.println(cidr);
        }
    }
}
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class IpRangeToCidr {

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

        while (end >= start) {
            byte maxSize = 32;
            while (maxSize > 0) {
                long mask = 0xFFFFFFFFL << (32 - maxSize);
                long maskedBase = start & mask;
                if (maskedBase != start) {
                    break;
                }
                maxSize--;
            }

            byte maxDiff = (byte) (32 - (int) (Math.log(end - start + 1) / Math.log(2)));
            if (maxSize < maxDiff) {
                maxSize = maxDiff;
            }

            String cidr = longToIp(start) + "/" + maxSize;
            cidrList.add(cidr);
            start += Math.pow(2, (32 - maxSize));
        }

        return cidrList;
    }

    private static long ipToLong(String strIP) {
        long[] ip = new long[4];
        String[] ipSec = strIP.split("\\.");
        for (int k = 0; k < 4; k++) {
            ip[k] = Long.valueOf(ipSec[k]);
        }
        return (ip[0] << 24) + (ip[1] << 16) + (ip[2] << 8) + ip[3];
    }

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

    public static void main(String[] args) {
        String startIp = "192.168.1.0";
        String endIp = "192.168.1.255";
        List<String> cidrList = ipRangeToCidrList(startIp, endIp);
        for (String cidr : cidrList) {
            System.out.println(cidr);
        }
    }
}

在这个示例中，ipRangeToCidrList方法接受起始和结束IP地址作为参数，并返回一个CIDR表示法的列表。ipToLong方法将点分十进制字符串形式的IP地址转换为整数形式，而longToIp方法则执行相反的转换。在main方法中，我们调用ipRangeToCidrList方法，并打印出转换后的CIDR表示法。