Go|如何判断两个IP是否在同一个网段

在网络编程和管理中，判断两个IP地址是否位于同一个子网或网段是一个常见的需求。本文将详细解释其背后的原理，并提供一个使用Go语言实现的简洁方案。

原理

要理解如何判断IP地址是否在同一网段，首先需要了解IP地址和子网掩码的基本概念。

1. IP地址 (IP Address): 一个32位（IPv4）的二进制数字，通常为了方便记忆和使用，会用点分十进制表示（如 192.168.1.10）。它由两部分组成：

   • 网络部分 (Network Part): 标识设备所在的网络。
   • 主机部分 (Host Part): 标识网络中的具体设备。

2. 子网掩码 (Subnet Mask): 同样是一个32位的二进制数字，其作用就是区分IP地址中的网络部分和主机部分。子网掩码中连续的 1 代表网络位，连续的 0 代表主机位。例如，255.255.255.0 的二进制是 11111111.11111111.11111111.00000000。

3. 网络地址 (Network Address): 将IP地址和子网掩码进行按位与（Bitwise AND）运算，得到的结果就是该IP地址所在的网络地址。

判断方法：
如果两个IP地址与同一个子网掩码进行“按位与”运算后，得到的网络地址是相同的，那么这两个IP地址就属于同一个网段。

举例：

• IP 1: 192.168.1.10
• IP 2: 192.168.1.20
• 子网掩码: 255.255.255.0

计算过程:

• 192.168.1.10 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0 (网络地址1)
• 192.168.1.20 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0 (网络地址2)

因为两个网络地址相同，所以这两个IP在同一个网段。

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Go语言实现

Go语言的 net 标准库提供了强大的网络功能，可以非常方便地实现这个判断。最地道（idiomatic）的方法是使用CIDR（无类别域间路由）地址来定义一个网络，然后检查两个IP是否都属于这个网络。

以下是一个完整的实现示例：

package main

import (
	"fmt"
	"net"
)

// AreInSameSubnetCIDR 检查两个IP地址是否在同一个由CIDR表示的子网中。
// ip1Str: 第一个IP地址字符串
// ip2Str: 第二个IP地址字符串
// cidrStr: 定义子网的CIDR字符串，例如 "192.168.1.0/24"
func AreInSameSubnetCIDR(ip1Str, ip2Str, cidrStr string) (bool, error) {
	// 解析CIDR，获取网络信息（包括网络地址和子网掩码）
	_, ipNet, err := net.ParseCIDR(cidrStr)
	if err != nil {
		return false, fmt.Errorf("无效的CIDR地址: %s", cidrStr)
	}

	// 解析第一个IP
	ip1 := net.ParseIP(ip1Str)
	if ip1 == nil {
		return false, fmt.Errorf("无效的IP地址: %s", ip1Str)
	}

	// 解析第二个IP
	ip2 := net.ParseIP(ip2Str)
	if ip2 == nil {
		return false, fmt.Errorf("无效的IP地址: %s", ip2Str)
	}

	// 使用 IPNet.Contains() 方法判断两个IP是否都属于该网络
	return ipNet.Contains(ip1) && ipNet.Contains(ip2), nil
}

func main() {
	// 示例1: 两个IP在同一个子网
	ip1 := "192.168.1.10"
	ip2 := "192.168.1.200"
	cidr := "192.168.1.0/24"
	same, err := AreInSameSubnetCIDR(ip1, ip2, cidr)
	if err != nil {
		fmt.Println("错误:", err)
	} else {
		fmt.Printf("IP %s 和 %s 是否在子网 %s 中? %t\n", ip1, ip2, cidr, same)
	}

	// 示例2: 两个IP不在同一个子网
	ip3 := "192.168.2.50"
	same, err = AreInSameSubnetCIDR(ip1, ip3, cidr)
	if err != nil {
		fmt.Println("错误:", err)
	} else {
		fmt.Printf("IP %s 和 %s 是否在子网 %s 中? %t\n", ip1, ip3, cidr, same)
	}

	// 示例3: 无效的CIDR
	_, err = AreInSameSubnetCIDR(ip1, ip2, "192.168.1.0/33")
	if err != nil {
		fmt.Println("错误:", err)
	}
}

代码解释

1. net.ParseCIDR(cidrStr): 这个函数会解析像 "192.168.1.0/24" 这样的字符串。它返回网络地址 net.IP 和一个 *net.IPNet 对象。*net.IPNet 对象代表了一个IP网络，包含了网络地址和掩码。
2. net.ParseIP(ipStr): 用于将IP地址字符串解析为 net.IP 类型。
3. ipNet.Contains(ip): 这是 *net.IPNet 类型的一个非常有用的方法。它会检查给定的 net.IP 是否属于该网络，自动处理了“按位与”和比较的逻辑。

这种方法比手动进行位运算更简洁、更安全，并且能同时处理IPv4和IPv6.