【数据结构】Trie树的应用：查询IP地址的ISP（Java实现）
查询IP地址的ISP
给定一个IP地址，如何查询其所属的ISP，如：中国移动（ChinaMobile），中国电信（ChinaTelecom），中国铁通（ChinaTietong)？
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现在网上有ISP的IP地址区段可供下载，比如中国移动的IP地址段
103.20.112.0/22
103.21.176.0/22
111.0.0.0/10
112.0.0.0/10
117.128.0.0/10
120.192.0.0/10
183.192.0.0/10
211.103.0.0/17
211.136.0.0/14
211.140.0.0/15
211.142.0.0/17
211.142.128.0/17
211.143.0.0/16
218.200.0.0/14
218.204.0.0/15
218.206.0.0/15
221.130.0.0/15
221.176.0.0/13
223.112.0.0/14
223.116.0.0/15
223.120.0.0/13
223.64.0.0/11
223.96.0.0/12
36.128.0.0/10
39.128.0.0/10上述网络地址是CIDR记法：IP地址/网络id位数，其中IP地址分为两部分
- 网络id
- 主机id
比如，192.168.23.35/21，其子网掩码为11111111 11111111 11111000 00000000即255.255.248.0，网络ID：192.168.00010111
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ip地址103.20.112.168，发现与103.20.112.0/22前22位相匹配，则此IP地址属于中国移动
Trie树实现查询
Trie树使用公共前缀，降低查询时间，减小了存储空间。为了构建Trie树，将IP地址二进制化，这样Trie树变成了一棵二叉树，左孩子节点为0，右孩子节点为1。叶子节点存储IP地址所对应的ISP。
Trie树的Java实现
/* * Trie树，用于存储、检索ip地址 * 叶子节点标记为ip地址对应的ISP */
public class TrieTree {
private Node root = null; //根节点
/*二叉树的节点*/
private static class Node {
String element; //非叶子节点为空 叶子节点标记为ISP
Node[] children; //左孩子节点为0 右孩子节点为1
public Node() {
element = "";
children = new Node[2];
for (int i = 0; i < children.length; i++) {
children[i] = null;
}
}
}
public TrieTree() {
root = new Node();
}
/*插入ip地址*/
public void insert(Node root, String ipAddress, String isp) {
if(ipAddress.length() > 32) {
System.out.println("ip地址处理错误");
} else {
Node crawl = root;
for(int i=0; i<ipAddress.length(); i++) {
int index = (int) ipAddress.charAt(i) - '0';
if(crawl.children[index] == null) {
crawl.children[index] = new Node();
}
crawl = crawl.children[index];
}
crawl.element = isp;
}
}
public void insert(String ipAddress, String isp) {
insert(root, ipAddress, isp);
}
/* * 检索ip地址，返回其所对应的ISP * 若不在Trie树中，则返回null * */
public String search(String binaryIP) {
Node crawl = root;
for(int i = 0; crawl.element.length() == 0; i++) {
int index = (int) binaryIP.charAt(i) - '0';
if(crawl.children[index] == null) {
return null;
}
crawl = crawl.children[index];
}
return crawl.element;
}
}
IP地址格式化
下面的class给出两个方法，实现
- 将IP地址转变成二进制
- 从CIDR记法的IP地址中得到网络ID部分
/* * IP地址CIDR记法：network.host/size * 比如：103.20.112.0/22 * 功能：将IP地址转换成其network地址 */
public class IPFormat {
/*将ip地址转换成32位的二进制*/
public static String toBinaryNumber(String ipAddress) {
String[] octetArray = ipAddress.split("\\.");
String binaryNumber = "";
for(String str: octetArray) {
int octet = Integer.parseInt(str, 10);
String binaryOctet = Integer.toBinaryString(octet);
int bolength = binaryOctet.length();
if(bolength < 8) {
for (int i = 0; i < 8 - bolength; i++) {
binaryOctet = '0' + binaryOctet; //补前导0
}
}
binaryNumber += (binaryOctet);
}
return binaryNumber;
}
/*获取network地址部分*/
public static String getNetworkAddress(String cidrAddress) {
String[] cidrArray = cidrAddress.split("/");
String binaryNumber = toBinaryNumber(cidrArray[0]);
int size = Integer.parseInt(cidrArray[1]);
return binaryNumber.substring(0, size);
}
/*main方法用于测试*/
public static void main(String[] args) {
String ip = "103.20.112.0/20";
String bn = getNetworkAddress(ip);
System.out.println(bn);
}
}