记IP嵌入式端IP地址合法性校验

网络地址信息合法性校验

对于网络信息，在由远端设置本地设备时，在防御机制上，需要对网络信息进行合法性校验，常用的我们是对msk（掩码）、IPV4、gw（网关）进行校验。
近期在研究p-net协议栈，发现一个很漂亮的校验写法，在此做一下记录。
源码：p-net协议栈中pf_cmina.c文件。

掩码校验

校验掩码，首先掩码定义是什么？

子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在广域网上。《百度百科》

子网掩码一定是配合IP地址来使用的。对于常用网络A、B、C类IP地址其默认子网掩码的二进制与十进制对应关系如表1所示。子网掩码工作过程是：将32位的子网掩码与IP地址进行二进制形式的按位逻辑“与”运算得到的便是网络地址，将子网掩码二进制按位取反，然后与IP地址二进制进行逻辑“与”（AND）运算，得到的就是主机地址。如：192.168.10.11 AND 255.255.255.0，结果为192.168.10.0，其表达的含义为：该IP地址属于 192.168.10.0这个网络，其主机号为11，即这个网络中编号为11的主机。

因此子网掩码在二进制中的标识以连续的1和连续的0构成。并且连续的1在高字节，0在低字节。

&emsp有效子网掩码的二进制形式必须满足：
netmask = 2 n − 2 m ( n > m ) \text{netmask} = 2^n - 2^m \quad (n > m)netmask=2n−2m(n>m)
其中n nn为总位数，m mm为低位连续0的位数。例如11110000对应n = 8 n=8n=8,m = 4 m=4m=4。
在p-net中应用了一个很基础的数学运算，来判断是否是合法的掩码。掩码参数为netmask；

if(!(netmask&(~netmask>>1))){returntrue;}else{returnfalse;}

二进制运算步骤拆解

1. 按位取反 (~netmask)
假设输入netmask的二进制形式为11110000（十进制240），取反后得到00001111。该操作将原掩码的所有位翻转。

2. 右移一位 (>> 1)
对取反后的值右移一位：00001111 >> 1 = 00000111。右移会在左侧补0，相当于除以2（向下取整）。

3. 按位与操作 (&)
将原始netmask与上一步结果进行按位与：
11110000 & 00000111 = 00000000
只有对应位均为1时结果位才为1，否则为0。

4. 逻辑非 (!)
若按位与结果为0（即所有位均为0），逻辑非操作将其转为true，表示该掩码有效；否则为false。

关键逻辑总结

该表达式通过位运算快速检测是否存在非连续的1和0交替情况。仅当掩码的高位1和低位0严格连续时，netmask & (~netmask >> 1)的结果为0，使条件成立。

IP校验

IP地址根据其网络和主机部分的划分，主要分为五类：A、B、C、D、E。

A类地址

• 范围：1.0.0.0 到 126.255.255.255
• 特点：
  • 保留地址：10.0.0.0/8（私有地址）。

B类地址

• 范围：128.0.0.0 到 191.255.255.255
• 特点：
  • 保留地址：172.16.0.0/12（私有地址）。

C类地址

• 范围：192.0.0.0 到 223.255.255.255
• 特点：
  • 保留地址：192.168.0.0/16（私有地址）。

D类地址

• 范围：224.0.0.0 到 239.255.255.255
• 特点：
  • 用于组播（Multicast），无网络和主机划分。
  • 最高位固定为1110。

E类地址

• 范围：240.0.0.0 到 255.255.255.255
• 特点：
  • 保留用于实验或未来使用，最高位固定为1111。

特殊地址说明

• 127.0.0.0/8：环回地址（如127.0.0.1）。
• 0.0.0.0：表示默认路由或无效地址。
• 255.255.255.255：受限广播地址。

私有地址范围

• A类：10.0.0.0/8
• B类：172.16.0.0/12
• C类：192.168.0.0/16

这些分类和范围是IPv4地址设计的基础，实际应用中可能结合子网划分（CIDR）进一步优化地址分配。
由与IPV4的分类，故与外围设备通信，对于IP地址的范围便有了限制。pnet协议栈对此的防御机制很全面，我们看一下。先贴代码。

#definePNAL_MAKEU32(a,b,c,d)\(((uint32_t)((a)&0xff)<<24)|((uint32_t)((b)&0xff)<<16)|\((uint32_t)((c)&0xff)<<8)|(uint32_t)((d)&0xff))/* 传参: netmask,ip */{uint32_thost_part=ip&~netmask;if((netmask==0)&&(ip==0)){returntrue;}if(!pf_cmina_is_netmask_valid(netmask)){returnfalse;}if((host_part==0)||(host_part==~netmask)){returnfalse;}if(ip<=PNAL_MAKEU32(0,255,255,255)){returnfalse;}elseif((ip>=PNAL_MAKEU32(127,0,0,0))&&(ip<=PNAL_MAKEU32(127,255,255,255))){returnfalse;}elseif((ip>=PNAL_MAKEU32(224,0,0,0))&&(ip<=PNAL_MAKEU32(239,255,255,255))){returnfalse;}elseif((ip>=PNAL_MAKEU32(240,0,0,0))&&(ip<=PNAL_MAKEU32(255,255,255,255))){returnfalse;}returntrue;}

逐部分解析

计算主机部分

uint32_thost_part=ip&~netmask;

通过IP地址与子网掩码的反码进行按位与操作，提取主机部分。主机部分用于后续判断是否为网络地址或广播地址。

全零IP和子网掩码检查

if((netmask==0)&&(ip==0)){returntrue;}

当子网掩码和IP地址均为0时，视为特殊情况直接返回有效。这种情况可能表示默认路由或无地址状态。

子网掩码有效性检查

if(!pf_cmina_is_netmask_valid(netmask)){returnfalse;}

调用外部函数pf_cmina_is_netmask_valid验证子网掩码是否合法。子网掩码必须由连续的1和0组成，例如255.255.255.0是合法的。

网络地址和广播地址检查

if((host_part==0)||(host_part==~netmask)){returnfalse;}

主机部分全0表示网络地址，主机部分全1表示广播地址，这两种情况都视为无效。

特殊IP范围检查

if(ip<=PNAL_MAKEU32(0,255,255,255)){returnfalse;}

排除0.0.0.0到0.255.255.255范围的地址，这些通常用于特殊用途。

elseif((ip>=PNAL_MAKEU32(127,0,0,0))&&(ip<=PNAL_MAKEU32(127,255,255,255))){returnfalse;}

排除127.0.0.0到127.255.255.255范围的地址，这是本地回环地址范围。

elseif((ip>=PNAL_MAKEU32(224,0,0,0))&&(ip<=PNAL_MAKEU32(239,255,255,255))){returnfalse;}

排除224.0.0.0到239.255.255.255范围的地址，这是D类多播地址范围。

elseif((ip>=PNAL_MAKEU32(240,0,0,0))&&(ip<=PNAL_MAKEU32(255,255,255,255))){returnfalse;}

排除240.0.0.0到255.255.255.255范围的地址，这是E类保留地址范围。

默认返回

returntrue;

如果以上所有检查都通过，则认为IP地址有效。### 代码功能概述
这段代码用于验证一个IPv4地址是否有效，主要检查以下几个方面：

• 是否为网络地址或广播地址
• 子网掩码是否有效
• 是否属于保留或特殊用途的IP地址范围

逐部分解析

计算主机部分

uint32_thost_part=ip&~netmask;

通过IP地址与子网掩码的反码进行按位与操作，提取主机部分。主机部分用于后续判断是否为网络地址或广播地址。

全零IP和子网掩码检查

if((netmask==0)&&(ip==0)){returntrue;}

当子网掩码和IP地址均为0时，视为特殊情况直接返回有效。这种情况可能表示默认路由或无地址状态。

子网掩码有效性检查

if(!pf_cmina_is_netmask_valid(netmask)){returnfalse;}

调用外部函数pf_cmina_is_netmask_valid验证子网掩码是否合法。子网掩码必须由连续的1和0组成，例如255.255.255.0是合法的。

网络地址和广播地址检查

if((host_part==0)||(host_part==~netmask)){returnfalse;}

主机部分全0表示网络地址，主机部分全1表示广播地址，这两种情况都视为无效。

特殊IP范围检查

if(ip<=PNAL_MAKEU32(0,255,255,255)){returnfalse;}

排除0.0.0.0到0.255.255.255范围的地址，这些通常用于特殊用途。

elseif((ip>=PNAL_MAKEU32(127,0,0,0))&&(ip<=PNAL_MAKEU32(127,255,255,255))){returnfalse;}

排除127.0.0.0到127.255.255.255范围的地址，这是本地回环地址范围。

elseif((ip>=PNAL_MAKEU32(224,0,0,0))&&(ip<=PNAL_MAKEU32(239,255,255,255))){returnfalse;}

排除224.0.0.0到239.255.255.255范围的地址，这是D类多播地址范围。

elseif((ip>=PNAL_MAKEU32(240,0,0,0))&&(ip<=PNAL_MAKEU32(255,255,255,255))){returnfalse;}

排除240.0.0.0到255.255.255.255范围的地址，这是E类保留地址范围。

默认返回

returntrue;

如果以上所有检查都通过，则认为IP地址有效。

网关检查

网关就没那么多讲究了，检查一下不为0，与IP在同一子网即可。

if((gateway!=0)&&((ip&netmask)!=(gateway&netmask))){returnfalse;}returntrue;

逻辑拆解

(gateway != 0)
验证网关地址是否为非零值。若网关为0（未设置），直接跳过后续检查。
(ip & netmask) != (gateway & netmask)
通过按位与运算比较：

• ip & netmask获取IP地址的网络标识
• gateway & netmask获取网关的网络标识
  当两者不一致时，说明IP与网关不在同一子网。