面试题：C++实现IP地址编码结构转换与子网掩码判断

Question

给定一个用C++实现的IP地址类（已包含IPv4地址数据成员及相关基础操作），要求编写成员函数实现将IP地址从主机字节序转换到网络字节序，并且编写另一个成员函数根据给定的子网掩码判断该IP地址是否属于同一子网，详细阐述IP地址编码结构在这些操作中的原理及应用。

Answer 1

1. 将IP地址从主机字节序转换到网络字节序

假设IP地址类如下：

#include <arpa/inet.h>
#include <iostream>

class IPAddress {
private:
    in_addr_t ip; // 存储IPv4地址，in_addr_t在<arpa/inet.h>中定义
public:
    IPAddress(in_addr_t ipValue) : ip(ipValue) {}

    // 将IP地址从主机字节序转换到网络字节序
    in_addr_t toNetworkByteOrder() {
        return htonl(ip);
    }
};

在这个函数中，htonl函数（定义在<arpa/inet.h>）用于将32位整数从主机字节序转换到网络字节序（大端序）。IP地址在主机中通常以主机字节序存储，而在网络传输中需要以网络字节序（大端序）传输，所以通过htonl函数进行转换。

2. 根据给定的子网掩码判断该IP地址是否属于同一子网

bool isSameSubnet(IPAddress other, in_addr_t subnetMask) {
    in_addr_t thisNetwork = (ip & subnetMask);
    in_addr_t otherNetwork = (other.ip & subnetMask);
    return thisNetwork == otherNetwork;
}

在IP地址编码结构中，一个IP地址由网络部分和主机部分组成。子网掩码用于划分IP地址的网络部分和主机部分。通过将IP地址和子网掩码进行按位与操作，可以得到该IP地址所在的网络地址。如果两个IP地址与同一个子网掩码进行按位与操作后得到相同的网络地址，那么这两个IP地址属于同一子网。

IP地址编码结构在这些操作中的原理及应用

• 主机字节序与网络字节序转换：不同的计算机体系结构可能使用不同的字节序（大端序或小端序）来存储多字节数据。网络通信需要统一的字节序，因此使用网络字节序（大端序）。htonl函数确保IP地址在网络传输时以正确的字节序表示，避免数据解析错误。
• 子网判断：子网掩码通过其特定位模式定义了IP地址中哪些位属于网络部分，哪些位属于主机部分。通过按位与操作，提取出网络地址，从而判断两个IP地址是否在同一子网内。这在网络路由、网络规划和子网划分等方面有广泛应用，有助于合理分配网络资源和进行有效的网络管理。