C# 實作 IP 區段查詢：高效率 IP 範圍比對與地理定位

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前言

在網路應用中，常需根據 IP 位址判斷所屬區段（如城市、ISP、公司內部網段）。本文提供完整 C# 實作，核心在於將 IPv4 位址轉換為 ulong 整數，透過數值區間比對快速定位，適用於 IP 地理資訊、存取控制、流量分析等場景。

核心原理：IPv4 轉換為無號長整數

IPv4 位址為 32 位元（4 位元組），例如 219.148.24.0。將其視為大端序（Big-Endian）無號整數：

219 × 256³ + 148 × 256² + 24 × 256¹ + 0 × 256⁰ = 3,681,203,200

轉換演算法：

public static ulong IP2A(string ip)
{
    byte[] bytes = IPAddress.Parse(ip).GetAddressBytes(); // 取得 4 位元組
    ulong ret = 0;
    foreach (byte b in bytes)
    {
        ret <<= 8;   // 左移 8 位（乘 256）
        ret |= b;    // 加上目前位元組
    }
    return ret;
}

關鍵細節：IPAddress.Address 屬性回傳的是有號長整數（可能為負），且位元組序可能不同，不可直接使用，必須自行轉換。

類別設計

IPRange：單一 IP 區段

public class IPRange
{
    public string Name { get; set; }      // 區段名稱（如「石家莊」）
    public ulong BeginIP { get; set; }    // 起始 IP（數值）
    public ulong EndIP { get; set; }      // 結束 IP（數值）
    
    public ulong Range => EndIP - BeginIP; // 區段大小
    
    public IPRange(string name, string ipBegin, string ipEnd)
    {
        Name = name;
        BeginIP = IP2A(ipBegin);
        EndIP = IP2A(ipEnd);
    }
    
    // 靜態比較器：依區段大小排序（大區段優先或依需求調整）
    public static int Compare(IPRange x, IPRange y)
    {
        if (x.Range == y.Range) return 0;
        return x.Range > y.Range ? 1 : -1;
    }
}

IPRangeManage：區段集合管理與查詢

public class IPRangeManage
{
    private List _list = new List();
    private bool _needSort = true;
    
    public void Add(IPRange range)
    {
        _list.Add(range);
        _needSort = true; // 標記需重新排序
    }
    
    private void Sort()
    {
        if (_needSort)
        {
            _list.Sort(IPRange.Compare);
            _needSort = false;
        }
    }
    
    public IPRange Search(string ipString)
    {
        ulong ip = IPRange.IP2A(ipString);
        Sort(); // 確保已排序
        
        foreach (var range in _list)
        {
            if (range.BeginIP <= ip && range.EndIP >= ip)
                return range; // 找到符合區段
        }
        return null; // 無匹配
    }
}

使用範例

static void Main()
{
    var manager = new IPRangeManage();
    
    // 新增區段（名稱、起始IP、結束IP）
    manager.Add(new IPRange("石家莊", "219.148.24.0", "219.148.63.255"));
    manager.Add(new IPRange("石家莊", "222.222.0.0", "222.222.63.255"));
    manager.Add(new IPRange("唐山", "219.148.64.0", "219.148.79.255"));
    manager.Add(new IPRange("保定", "219.148.20.0", "219.148.23.255"));
    
    // 查詢
    var result = manager.Search("219.148.56.3");
    Console.WriteLine(result?.Name ?? "未找到"); // 輸出：石家莊
}