C++ 根据子网列表进行匹配

有一个以net addr/mask形式存在的子网列表，例如 12.34.45.0/24192.168.0.0/1645.0.0.0/10

想知道什么是判断给定IP地址是否在任何子网中的最佳方法

下面是关于匹配的一点背景： 对于IP地址x，我们将其转换为整数。例如，11.12.13.14被转换为0x0b0c0d0e。对于掩码m，我们将其转换为前导（32m）位为1，其余位为0的整数

要检查IP x是否在子网A/m中，
我们只需要检查

（x&m）==（A&m）

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好奇是什么样的数据结构或功能使得匹配一系列子网变得快速。当然，我们可以在一个循环中遍历子网，但这不是有效的。

您有任何证据表明性能是一个问题吗？只有2^24个子网（当然，您可以有/28个子网，但它们通常是组织内部的，因此即使组织有a类网络，也只有2^24个子网）

进行1600万次

和
和比较不会花费时间

保持简单（直到你真的必须做得更好）。
制作一个树，其中每个级别代表IP地址的n位。在每个级别上存储子网，以便掩码位数介于
n*级别
和
n*（级别+1）
之间。例如，当n=4时，每个节点有16个子节点。因此，如果您针对
11.12.13.14
（==
0x0b0c0d0e
）进行测试，您可以像这样遍历树：

0 -> b -> 0 -> c -> 0 -> d -> 0 -> e

在节点上，您可以跟踪具有相应大小的子网。我的意思是：级别0应该有子网/1到/4（包括），级别1应该有子网/5到/8，以此类推，直到/29到/32。请注意，/0匹配所有内容，因此在数据结构中使用它是无用的

要在树中搜索，请将IP分组为n个位（在我的示例4中）。下降到与前n位匹配的第一级，并测试该级上的所有子网。如果未找到，则下降到与下一个n位匹配的下一级

这样，您最多必须测试每个2^n子网的32/n级别。对于n=4，您必须测试8个级别，每个级别最多有16个子网。这件事很快就完成了

澄清：节点是子网，例如（在十六进制中，一个数字是半字节，即4位）：0a.5a.00.00/16。此节点的父节点将是包含此子网的子网：例如：0a.50.00.00/12。指向子节点的边可以解释为：“包含”，如：“此（父）子网包含子节点表示的子网”。要使此树包含所需的所有子网，您可能必须插入节点，这些节点表示不在列表中的子网。因此，请将这些节点标记为辅助节点，以便您知道在搜索此树时，您知道在它下面有更多特定的子网，但节点本身不属于要检查的子网列表的一部分。只应添加直接位于列表中的这些节点以及所有父节点，以使节点在树结构中可访问

下面是一个关于我如何看待它的
struct
：

struct subnet_tree_node
{
    uint_32 ip;  // 32 bit IP address
    subnet_tree_node *children;
    uint_8 number_of_children;
    uint_8 mask; // number of bits for this subnet
    uint_8 valid; // wether this node is valid or auxiliary
}

因此，您已经确定性能是一个问题


将每个网络掩码/地址对视为一对IP地址：第一个有效，最后一个有效
让我们假设最后一个valid总是奇怪的（不确定在/32网络中是否如此-但这真的很奇怪）
构造这些IP地址的排序向量。（如果网络重叠或发生任何愚蠢的事情，请投诉。）
用某种二进制切块在向量中搜索目标IP地址
如果IP地址在向量中，则为a）wierd；b） 在其中一个子网中
如果IP地址不在向量中，且下面的值为偶数，则它位于子网中。如果下面的值为奇数，则它不在子网中
感谢这里的讨论，他们给了我这个解决方案的灵感

首先，在失去一般性的情况下，我们假设没有一个子网覆盖另一个子网（或者我们只是删除较小的子网）

每个子网被视为一个间隔[子网\最小值，子网\最大值]

我们只需要将所有子网组织成一棵二叉树，每个节点都是一对（subnet\u min，subnet\u max）。在搜索IP时，它像只基于子网min的常规二进制搜索一样遍历树，目的是找到子网min的节点是所有子网min中最大的。这里有一些建议：关于这方面有很多学术研究。搜索例如“ip前缀算法”或“ip路由查找”。@alan stokes，这是存在的问题，它与查找最长的ip前缀匹配相关，但不同。感谢您的建议。感谢@martin bonner提醒我KISS原则：-）我可能有成千上万的子网，对于每个IP，我可能有几微秒的时间来决定给定的IP是否属于其中一个子网。所以我需要注意这里的性能。你是说每个树节点都是一个子网吗？比如说，树的每一层都有子网，子网带有掩码/24到/28？该级别可以有数百万个树节点（带掩码/24到/28）。不，每个节点最多有16个子网（按4位分组时）。子网表示节点的子网。每个节点都跟踪一个标志，该标志指示它是列表中的子网，还是仅用于将子网附加到子网。我想我不理解树中节点的定义。我以为你树上的节点都是子网。你能澄清树中节点和边的定义吗？我在回答中添加了一个澄清。如果所有节点和边都不重叠，正如你所描述的，那么只需对它们进行排序并在列表中执行二进制搜索。超级快速和简单。