java 根据掩码计算IP数目

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mob649e8157aaee 2024-09-12 05:57:27 ©著作权

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Java 根据掩码计算 IP 数目

在计算机网络中，IP 地址用于标识网络上的每一台设备，而子网掩码则是帮助确定哪些 IP 地址属于同一网络的一种方法。计算可用 IP 地址的数量，对于进行网络设计和管理至关重要。本文将带您了解如何在 Java 中根据掩码计算 IP 地址的数量，并提供相应的代码示例，以及必要的图示。

什么是 IP 地址和子网掩码？

IP 地址是互联网上每一台设备的唯一标识符。IPv4 地址通常表示为四个十进制数，每个数由点分隔，比如 192.168.1.1。子网掩码则是一个用于划分网络和主机部分的地址，它可以用于决定在一个特定的网络中可以容纳多少个主机。

例如，子网掩码 255.255.255.0 表示网络部分为前 24 位，主机部分为后 8 位。

计算可用 IP 地址的数量

可用 IP 地址的数量可以通过以下公式计算：

[ 可用 IP 数 = 2^{主机位数} - 2 ]

其中，主机位数 由子网掩码中的 0 的数量决定。减去 2 是因为网络地址和广播地址不能用于分配给主机。

例如，对于子网掩码 255.255.255.0，主机部分有 8 位，因此可以计算出：

[ 可用 IP 数 = 2^8 - 2 = 254 ]

Java 实现

接下来，我们将使用 Java 实现一个简单的程序，用以根据用户输入的子网掩码计算可用的 IP 地址数量。

Java 代码示例

import java.util.Arrays;

public class IPCalculator {

    public static void main(String[] args) {
        // 输入的子网掩码
        String subnetMask = "255.255.255.0";
        
        // 计算可用 IP 地址数量
        int usableIPs = calculateUsableIPs(subnetMask);
        
        // 输出结果
        System.out.println("子网掩码: " + subnetMask + " 可用 IP 地址数量: " + usableIPs);
    }

    public static int calculateUsableIPs(String subnetMask) {
        // 将子网掩码分割成单个数字
        String[] maskParts = subnetMask.split("\\.");
        int zeroCount = 0;

        // 统计掩码中的 0 的数量
        for (String part : maskParts) {
            int num = Integer.parseInt(part);
            zeroCount += countZerosInByte(num);
        }

        // 根据主机位数计算可用 IP 地址数量
        return (int) Math.pow(2, zeroCount) - 2;
    }

    // 统计一个字节中 0 的数量
    private static int countZerosInByte(int num) {
        return 8 - Integer.bitCount(num);
    }
}

代码解析

主方法: 在 main 方法中，我们首先定义了一个子网掩码，并调用 calculateUsableIPs 方法来计算可用 IP 地址数量。
计算方法: calculateUsableIPs 方法负责计算掩码中的 0 的数量，并根据主机位数计算可用的 IP 地址数量。
统计 0 的数量: 通过 countZerosInByte 方法，我们可以统计一个字节中 0 的数量，最终得出主机位数。

流程图

下面是根据掩码计算可用 IP 地址数量的流程图：

sequenceDiagram
    participant User
    participant IPCalculator
    User->>IPCalculator: 输入子网掩码
    IPCalculator->>IPCalculator: 统计掩码中的0数量
    IPCalculator->>IPCalculator: 计算可用IP数量
    IPCalculator-->>User: 输出可用IP地址数量

类图

接下来是我们的 IPCalculator 类的类图：

classDiagram
    class IPCalculator {
        +main(args: String[]): void
        +calculateUsableIPs(subnetMask: String): int
        -countZerosInByte(num: int): int
    }