CN102984292A

CN102984292A - 一种ip段地址集中查找ip地址的方法

Info

Publication number: CN102984292A
Application number: CN2012105111410A
Authority: CN
Inventors: 毛林燕
Original assignee: Beijing Ruian Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Ruian Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-03-20

Abstract

本发明涉及一种在IP段地址集中查找IP地址的方法，步骤为：1)选取一IP段地址，根据IP段的变化范围将IP段分为相邻域，并建立多个哈希链表存储所述IP段；2）在所述多个哈希链表中按照顺序查找出待查找的IP地址；3）在每个哈希链表中查找所述IP地址的方式为，先确定哈希位置，再遍历哈希链表。基于本发明的hash表结构进行IP查找，最坏情况是访问了全部3张hash表，然而绝大多数IP地址段的变化范围集中在最后两个域，通常情况的查找在24位hash表中就能完成，而24位hash表每个索引位置允许变化的IP地址也就255个，因此查找时间基本与IP段地址集的大小无关。而且经过测试证明，在IP段地址集达到30万的情况下，该方法的单次查询时间为μs级。

Description

一种IP段地址集中查找IP地址的方法

技术领域

本发明涉及一种在IP段地址集中查找IP地址的方法，属于计算机网络领域。

背景技术

在物理地址查询应用中，涉及从一组大量的IP段地址集中搜寻某个IP，目前解决该问题的主流办法有：平衡二叉树、二分查找等。

平衡二叉树（Balanced Binary Tree）是一棵空树或它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1，并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树。构造与调整方法平衡二叉树的常用算法有红黑树、AVL、Treap、伸展树等。二分查找又称折半查找，优点是比较次数少，查找速度快，平均性能好；其缺点是要求待查表为有序表，且插入删除困难。因此，折半查找方法适用于不经常变动而查找频繁的有序列表。

但这些办法的查找时间都随着IP地址集的大小线性增长，特别是当IP段地址数量达到几十万级别的情况下，查找性能已成为问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种快速查找IP地址的方法，该方法可从几十万级的海量IP段地址集中，快速定位出某个IP，查找时间基本与IP段地址集的大小无关。

本发明的技术方案是：一种IP段地址集中查找IP地址的方法，其步骤包括：

1)选取一IP段地址，根据IP段的变化范围将IP段分为相邻域，并建立多个哈希链表存储所述IP段；

2）在所述多个哈希链表中按照顺序查找出待查找的IP地址；

3）在每个哈希链表中查找所述IP地址的方式为，先确定哈希位置，再遍历哈希链表。

所述IP段地址分割成4个相邻域，所述4个相邻域分别是：IP段地址的范围变化集中在最后一个域，IP段地址的范围变化跨越最后两个域、IP段地址的范围变化跨越了最后三个域，以及IP段地址的范围变化跨越四个域。

所述相邻域建立哈希链表个数为3，设为哈希表A，B，C。

所述哈希表A存储IP地址段变化范围在最后一个域和跨越最后两个域的IP段，所述哈希表B存储IP地址段变化范围跨越了最后三个域的IP段，所述哈希表C存储IP地址段变化范围跨越四个域的IP段。

步骤2）中通过比较该IP段的起始地址和终止地址确定IP段的变化范围，查找出待查找的IP地址的方法如下：

2-1）将待查找的IP地址前24bit作为索引，在所述哈希表A中查找起始地址和终止地址包含待查找IP的节点,若没有则继续查找进入步骤2-2）；

2-2）将待查找的IP地址前16bit作为索引，在所述哈希表B中查找起始地址和终止地址包含待查找IP的节点，若没有则继续查找进入步骤2-3）；

2-3）将待查找的IP地址前8bit作为索引，在所述哈希表C中查找起始地址和终止地址包含待查找IP的节点。

更进一步，所述哈希表A存储IP地址段变化范围在最后一个域和跨越最后两个域的IP段时，

若IP变化范围跨越两个域，则需要将原IP拆分成一组变化范围只跨越最后一个域的子IP段，再将这组子IP段存储到哈希表A中。

更进一步，所述哈希表B存储IP地址段变化范围跨越了最后三个域的IP段时，

若IP段变化范围跨越三个域，则需要将原IP拆分成一组变化范围只跨越最后两个域的子IP段，再将这组子IP段存储到哈希表B中。

更进一步，所述哈希表C存储IP地址段变化范围跨越四个域的IP段时，

若IP段变化范围跨越四个域，则需要将原IP段拆分成一组变化范围只跨越最后三个域的子IP段，再将这组IP段存储到哈希表C中。

更进一步，所述哈希链表结构中，链表的每个结点存储一个IP段的起始地址、终止地址以及指向下一个结点的指针。

更进一步，所述哈希链表结构中第一列为哈希索引数组，每个索引入口均为链表的起始地址。

本发明的有益效果

基于本发明的hash表结构进行IP查找，最坏情况下是访问了全部3张hash表，然而绝大多数IP地址段的变化范围集中在最后两个域，通常情况的查找在24位hash表中就能完成，而24位hash表每个索引位置允许变化的IP地址也就255个，因此查找时间基本与IP段地址集的大小无关。而且经过测试证明，在IP段地址集达到30万的情况下，该方法的单次查询时间为μs级。

附图说明

图1为本发明IP段地址集中查找IP地址的方法存储IP地址段的hash链表结构示意图；

图2为本发明IP段地址集中查找IP地址的方法的加载IP段地址集流程示意图；

图3为本发明IP段地址集中查找IP地址的方法的一实施例中A表的IP地址段存储流程示意图；

图4为本发明IP段地址集中查找IP地址的方法的一实施例中B表的IP地址段存储流程示意图；

图5为本发明IP段地址集中查找IP地址的方法的一实施例中C表的IP地址段存储流程示意图；

图6为本发明IP段地址集中查找IP地址的方法的查找流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本分买那个实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

将IP地址段用4个域表示，如f4.f3.f2.f1，则根据IP地址段的变化范围，可分为下面4种：范围变化集中在域f1，范围变化集中在域f2和f1，范围变化跨越了f3、f2和f1，范围变化跨越f4、f3、f2和f1四个域。据此，本发明构建了3个hash链表，分别存储上述四种类型的IP段，前两种存一个表，后两种分别存一个表。然后将待查找的IP依次到这3个hash表中查找，直至查找结束。假设待查找的IP地址为IP1，具体步骤如下：

（1）构建IP前缀为24、16和8的A、B、C三张hash表；

（2）取IP1前24bit作为hash值，在A表中查找IP1，找到，则结束查找；

（3）取IP1前16bit作为hash值，在B表中查找IP1，找到，则结束查找；

（4）取IP1前8bit作为hash值，在C表中查找IP1，找到，则结束查找，否则表明没有找到。

如图1所示是本发明IP段地址集中查找IP地址的方法存储IP地址段的hash链表结构示意图；为了存储IP段地址，本发明引入了如图1所示的hash表结构，结构中的第一列为hash索引数组，hash表的位置冲突采用链表方式解决，即每个索引入口均为链表的首地址，链表的每个结点存储一个IP段的起始地址、终止地址以及指向下一个结点的指针。为了加速查找效率，本发明构建了3个这样的hash链表A、B、C：A表存储地址段变化范围集中在最后两个域的IP段，也即将IP地址的前24bit作为索引，索引范围为0~16777215（2的24次幂）；B表存储地址段变化范围集中在最后三个域的IP段，也即将IP地址的前16bit作为索引，索引范围为0~65535（2的16次幂）；而C表存储地址段变化范围跨越4个域的IP段，也即将IP地址的前8bit作为hash索引，索引范围为0~255。

如图2为本发明IP段地址集中查找IP地址的方法的加载IP段地址集流程示意图；IP段地址集的加载过程如图2所示，每个IP段的具体处理流程如下：

（1）比较IP段的起始地址和终止地址，判定其变化范围；

（2）如果起始地址和终止地址的前16bit一致，则将该IP段插入A表；否则进行步骤3)；

（3）如果起始地址和终止地址的前8bit一致，则将该IP段插入B表；否则将该IP段插入C表；

（4）A表的IP段插入过程如图3所示，由于A表是将IP地址的前24bit作为索引，链表的每个结点只能表示变化范围在最后一个域的IP段，如果变化范围跨越了最后两个域，则需要将IP段拆分成一组变化范围在最后一个域的子IP段，例如IP段1.2.3.4~1.2.4.5，则拆分成两个IP段1.2.3.4~1.2.3.255和1.2.4.0~1.2.4.5，具体操作为：

a)取起始地址的前24bit作为索引nstart；

b)取终止地址的前24bit作为索引nend；

c)如果nstart与nend相等，则说明IP段变化范围集中在最后一个域，只需在nstart的位置的链表按起始地址的顺序插入一个新结点即可；

d)否则，则说明IP段变化范围跨越了最后两个域，则需要在nstart和nend之间的所有位置的链表上都插入一个新结点，而新结点的起始地址和终止地址会根据索引的位置发生变化，假设插入的IP段为（ipstart,ipend），计算规则如下：

nstart位置：新结点的起始地址=ipstart，新结点的终止地址=nstart<<8+0xFF

nend位置：新结点的起始地址=nend<<8，新结点的终止地址=ipend

其他位置i：新结点的起始地址=i<<8，新结点的终止地址=i<<8+0xFF

（5）B表的IP段插入过程如图4所示，原理同A表类似，不同的是：

a)取起始地址的前16bit作为索引nstart；

b)取终止地址的前16bit作为索引nend，而且在IP段变化范围跨越多个

e)当IP段变化范围跨越3个域时，假设插入的IP段为（ipstart,ipend），计算规则如下：

nstart位置：新结点的起始地址=ipstart，新结点的终止地址=nstart<<16+0xFFFF

nend位置：新结点的起始地址=nend<<16，新结点的终止地址=ipend

其他位置i：新结点的起始地址=i<<16，新结点的终止地址=i<<16+0xFFFF;

（6）C表的IP段插入过程如图5所示，原理同A表类似，不同的是：

a)取起始地址的前8bit作为索引nstart；

b)取终止地址的前8bit作为索引nend;

c)当IP段变化范围跨越4个域时，假设插入的IP段为（ipstart,ipend），计算规则如下：

nstart位置：新结点的起始地址=ipstart，

新结点的终止地址=nstart<<24+0xFFFFFF

nend位置：新结点的起始地址=nend<<24，

新结点的终止地址=ipend

其他位置i：新结点的起始地址=i<<24，

新结点的终止地址=i<<24+0xFFFFFF

如图6所示为本发明IP段地址集中查找IP地址的方法的查找流程示意图，图6在IP地址的查找过程中假设待查找的IP为ip0，则具体流程如下：

（1）取ip0的前24bit作为索引n1，在A表位置n1的链表中遍历，如果找到，则结束查找，否则进行下一步；

（2）取ip0的前16bit作为索引n2，在B表位置n2的链表中遍历，如果找到，则结束查找，否则进行下一步；

（3）取ip0的前8bit作为索引n3，在A表位置n3的链表中遍历，查找结束。

Claims

1.一种IP段地址集中查找IP地址的方法，其步骤包括：

2）在所述多个哈希链表中按照顺序查找出待查找的IP地址；

2.权利要求1所述的IP段地址集中查找IP地址的方法，其特征在于，所述IP段地址分割成4个相邻域，所述4个相邻域分别是：IP段地址的范围变化集中在最后一个域，IP段地址的范围变化跨越最后两个域、IP段地址的范围变化跨越了最后三个域，以及IP段地址的范围变化跨越四个域。

3.如权利要求1或2所述的IP段地址集中查找IP地址的方法，其特征在于，所述相邻域建立哈希链表个数为3，设为哈希表A，B，C。

4.如权利要求3所述的IP段地址集中查找IP地址的方法，其特征在于，所述哈希表A存储IP地址段变化范围在最后一个域和跨越最后两个域的IP段，所述哈希表B存储IP地址段变化范围跨越了最后三个域的IP段，所述哈希表C存储IP地址段变化范围跨越四个域的IP段。

5.如权利要求1或4所述的IP段地址集中查找IP地址的方法，其特征在于，步骤2）中通过比较该IP段的起始地址和终止地址确定IP段的变化范围，查找出待查找的IP地址的方法如下：

6.如权利要求1或4所述的IP段地址集中查找IP地址的方法，其特征在于，所述哈希表A存储IP地址段变化范围在最后一个域和跨越最后两个域的IP段时，

7.如权利要求1或4所述的IP段地址集中查找IP地址的方法，其特征在于，所述哈希表B存储IP地址段变化范围跨越了最后三个域的IP段时，

8.如权利要求1或4所述的IP段地址集中查找IP地址的方法，其特征在于，所述哈希表C存储IP地址段变化范围跨越四个域的IP段时，

9.如权利要求1所述的IP段地址集中查找IP地址的方法，其特征在于，所述哈希链表结构中，链表的每个结点存储一个IP段的起始地址、终止地址以及指向下一个结点的指针。

10.如权利要求1所述的IP段地址集中查找IP地址的方法，其特征在于，所述哈希链表结构中第一列为哈希索引数组，每个索引入口均为链表的起始地址。