algorithm - 如何为给定国家/地区生成随机 IPv4 号码？

Question

有了给定国家/地区的 IPv4 地址范围，如何生成随机地址？例如，新加坡的一组当前范围(许多范围之一)是:

+----------+----------+--------------+
| ip_from  | ip_to    | country_code |
+----------+----------+--------------+
| 18925568 | 18926079 | SG           |
+----------+----------+--------------+

source: lite.ip2location.com

FAQ(3)解释说

IP_Number = 16777216*w + 65536*x + 256*y + z

在哪里

IP_Address = w.x.y.z

IP_Number 代表ip_from 或ip_to。对于上面介绍的新加坡范围，它给了我:

16777216*w + 65536*x + 256*y + z >= 18925568; // from
16777216*w + 65536*x + 256*y + z <= 18926079; // to

如何生成随机的 w、x、y 和 z？

Answer 1

这是一个可测试的实现(在 JavaScript 中，因为它可以直接在此处运行)和一些描述。

首先您需要从指定范围内生成随机数。如果你有一个函数(我们称之为 random )生成 0 到 0.999 之间的随机实数... [0,1)那么你可以这样做。

num = (random() * (end - start + 1)) + start

然后你需要使用mod 256 4 次将数字分成 4 部分并使用 div 256给定数字 3 次(第四次 div 操作是不必要的，但如果我们在循环中执行它，那么为了简单起见，我们可以将它保留在那里，因为它不会改变任何东西)。

(% - modulo, // - div)

first = num % 256
num = num // 256

second = num % 256
num = num // 256

third = num % 256
num = num // 256

fourth = num % 256

然后您可以将它们插入数组 [fourth, third, second, first] (注意这里的顺序)并做一些验证——一些地址是为私有(private)互联网保留的，所以如果你碰巧生成了其中一个，就把它扔掉并生成一个新的(你可以循环或在这里递归，直到你生成一个有效的)。

这些范围内的 IP 地址根据 RFC 1918 保留:

10.0.0.0        -   10.255.255.255  (10/8 prefix)
172.16.0.0      -   172.31.255.255  (172.16/12 prefix)
192.168.0.0     -   192.168.255.255 (192.168/16 prefix) 

这是实现。

const start = 18925568;
const end = 18926079;

function _generateRandomIp(start, end) {
  let r = Math.floor(Math.random() * (end - start + 1)) + start;

  const ip = [];
  for (let i = 0; i < 4; i++) {
    ip.push(r % 256);
    r = Math.floor(r / 256);
  }

  return ip.reverse(); // put the results mod/div into correct order
}

function generateRandomIp(start, end) {
  let ip = _generateRandomIp(start, end);
  let valid = true;

  // ip can't be of format 10.xxx.xxx.xxx
  if (ip[0] === 10) { valid = false; }

  // ip can't be of format 172.16.xxx.xxx
  if (ip[0] === 172 && ip[1] === 16) { valid = false; }

  // ip can't be of format 192.168.xxx.xxx
  if (ip[0] === 192 && ip[1] === 168) { valid = false; }

  if (valid === true) {
    return ip.join('.'); // convert ip to string format
  } else {
    return generateRandomIp(start, end); // try again
  }
}

const ip = generateRandomIp(start, end);
console.log(ip);

上面的代码片段将在您每次运行时生成该范围内的随机 IP 地址。

这是您提到的页面中的测试用例，上面写着这个数字 3401190660应转换为 202.186.13.4 ，所以让我们为这个随机生成的数字切换并尝试一下。

const start = 18925568;
const end = 18926079;

function _generateRandomIp(start, end) {
  let r = 3401190660; // here is that specific number

  const ip = [];
  for (let i = 0; i < 4; i++) {
    ip.push(r % 256);
    r = Math.floor(r / 256);
  }

  return ip.reverse(); // put the results mod/div into correct order
}

function generateRandomIp(start, end) {
  let ip = _generateRandomIp(start, end);
  let valid = true;

  // ip can't be of format 10.xxx.xxx.xxx
  if (ip[0] === 10) { valid = false; }

  // ip can't be of format 172.16.xxx.xxx
  if (ip[0] === 172 && ip[1] === 16) { valid = false; }

  // ip can't be of format 192.168.xxx.xxx
  if (ip[0] === 192 && ip[1] === 168) { valid = false; }

  if (valid === true) {
    return ip.join('.'); // convert ip to string format
  } else {
    return generateRandomIp(start, end); // try again
  }
}

const ip = generateRandomIp(start, end);
console.log(ip);

正如我们所见，该算法产生了正确的结果。