纯真IP数据库的解析与读取

纯真IP库是民间自发收集、提交、聚合而来的数据库，囊括了国内外的大量IP数据。它的官网提供了记录提交和纠错的功能，管理员在统一整合后每5天更新一次。纯真IP库是完全免费的，它的官网上有在线查询功能，同时也可以下载离线数据库用于低延迟场景，但数据不可用于商业用途。

纯真IP数据库的获取

纯真IP数据库的文件名为 qqwry.dat，这个文件在官网上并没有公开链接可以下载，官方只提供了一个Windows工具用于查询和升级数据库。因此，如果想在服务器上实现数据库的获取与升级，必须模拟官方工具的更新机制。如果仅用于临时测试，可以通过下载并安装纯真IP数据库查询器来得到这个文件，它内置了qqwry.dat文件，同时也具备自动更新机制。

你可以在官网下载最新版的Windows安装包，将下载的setup.zip压缩包解压，打开里面的 setup.exe，默认安装目录为 C:\Program Files (x86)\cz88.net\ip， qqwry.dat文件就放置在这个文件夹下。

点击解压，可将qqwry.dat文件解压成纯文本的txt文件。

可以发现，每条记录均由起始IP、终止IP和两个数据段共四部分组成。上面的文本文件格式很简单，一行一个IP段，但是在实际查找一个IP对应的运营商和地理信息的时候很不方便，总不能把 text 文件逐行遍历查找吧，那样性能极低，而且文本文件格式也较大。

纯真IP数据库的基本结构

纯真IP数据库的主要数据存储在QQWry.dat文件中，QQWry.dat文件在结构上分为3块：文件头，记录区，索引区。

我们要查找IP时，先在索引区查找记录偏移，然后再到记录区读出信息。由于记录区的记录是不定长的，所以直接在记录区中搜索是不可能的。由于记录数比较多，如果我们遍历索引区也会是有点慢的，一般来说，我们可以用二分查找法搜索索引区，其速度比遍历索引区快若干数量级。

文件头

QQWry.dat的文件头只有8个字节，其结构非常简单，首四个字节是第一条索引的绝对偏移，后四个字节是最后一条索引的绝对偏移。

文件头标记出索引区的偏移量及包含范围：

索引区

索引区由多条等长的索引连续排列而成，每条索引长度为7字节。单条索引由两部分构成，前4个字节为区间的起始IP，后3个字节为其余数据的绝对偏移量，指向记录区的一个位置。

要查找的目标IP必定处于一个IP范围内，而索引区中的起始IP是按从小到大排列的，所以可以根据指定IP匹配到相应的索引，查找到偏移量，并据此到记录区获取其他信息。

记录区

定位到目标索引后可以得到起始IP与偏移量，根据这个偏移量在记录区获取余下的终止IP、记录A和记录B三段信息。

索引中偏移量指向位置的前4字节为终止IP的数据，下方数据部分存放着记录A与记录B两段信息，由于不同IP段之间记录内容存在大量重合，因此文件使用了重定向机制以节省空间，可分为5种存储方式。

记录模式1

这是最简单的一种格式，记录A与记录B在终止IP数据后连续存放，两者均为字符串格式，以二进制0结尾。

这种格式不能共用任何记录，一般用于没有重复的数据。

记录模式2

在这种格式下，终止IP后跟有一个重定向标志 0x01，我们暂且称其为重定向模式A。重定向标志后跟随一个偏移量，指明记录A与记录B所在位置，两者在指定的位置连续存放，同样也是字符串格式，以二进制0结尾。

由于正常存储的字符串不会以0x01开头，因此可以与格式1区分开。

记录模式3

这种格式与记录模式2类似，但是只有记录A被重定向，终止IP后跟随重定向标志 0x02，我们暂且称其为重定向模式B。重定向标志后跟随一个偏移量，指出了记录A所在位置，而偏移量后紧接记录B的数据，两条记录均为字符串格式，以二进制0结尾。

两种重定向模式以标志0x01与0x02作区分，模式A中记录A与记录B是连续存放的，而模式B的重定向仅针对记录A，记录B接在偏移量后面。与上一种格式一样，正常字符串不会以0x02开头，因此也可以与记录模式1和2区分开。

记录模式4

这种方式需要重定向两次，可以看成重定向模式A与B的叠加。第一次重定向使用标志 0x01，但是偏移量所指位置又出现了重定向标志0x02，后接的偏移量指出了记录A的内容，偏移量后同时紧跟记录B的数据，两条记录均为字符串格式，以二进制0结尾。

在第一次重定向时，正常字符串不会以0x01开头，因而可以与记录模式2区分开。

记录模式5

这是最繁杂的一种记录方式，可以看成记录模式4的一种扩展。在记录模式4的第二个偏移量后再接一个重定向标志 0x01 或 0x02，标志后有一个偏移量用于指出记录B的位置，不过这个偏移量可能为0，用于表示记录B无数据。同样的，记录A与记录B均为字符串格式，以二进制0结尾。

在对记录B重定向时，正常字符串同样不会以0x01或0x02开头，因此也可以与记录模式4区分开。

特殊记录

数据库的最后一条记录不包含IP信息，而是数据库的版本内容，格式如下：

起始IP：255.255.255.0
终止IP：255.255.255.255
记录A：纯真网络
记录B：XXXX年XX月XX日IP数据

这一部分属于特殊IPv4段 240.0.0.0/4，被标记为 SPECIAL-IPV4-FUTURE-USE-IANA-RESERVED，即IANA特殊保留地址。对于这部分，我们必须对其劫持并返回正确的结果，一般标记为 IANA保留地址。同时，也可以根据这一段信息来提取版本号，格式为 YYYYMMDD，用于标记当前数据库的版本信息。

纯真IP数据库解析示例

Java实现

/**
 * 给定一个ip国家地区记录的偏移，返回一个IPLocation结构
 * @param offset 国家记录的起始偏移
 * @return IPLocation对象
 */
private IPLocation getIPLocation(long offset) {
    try {
        // 跳过4字节ip
        ipFile.seek(offset + 4);
        // 读取第一个字节判断是否标志字节
        byte b = ipFile.readByte();
        if (b == REDIRECT_MODE_1) {
            // 读取国家偏移
            long countryOffset = readLong3();
            // 跳转至偏移处
            ipFile.seek(countryOffset);
            // 再检查一次标志字节，因为这个时候这个地方仍然可能是个重定向
            b = ipFile.readByte();
            if (b == REDIRECT_MODE_2) {
                loc.country = readString(readLong3());
                ipFile.seek(countryOffset + 4);
            } else
                loc.country = readString(countryOffset);
            // 读取地区标志
            loc.area = readArea(ipFile.getFilePointer());
        } else if (b == REDIRECT_MODE_2) {
            loc.country = readString(readLong3());
            loc.area = readArea(offset + 8);
        } else {
            loc.country = readString(ipFile.getFilePointer() - 1);
            loc.area = readArea(ipFile.getFilePointer());
        }
        return loc;
    } catch (IOException e) {
        return null;
    }
}

/**
 * 从offset偏移开始解析后面的字节，读出一个地区名
 * @param offset 地区记录的起始偏移
 * @return 地区名字符串
 * @throws IOException 地区名字符串
 */
private String readArea(long offset) throws IOException {
    ipFile.seek(offset);
    byte b = ipFile.readByte();
    if (b == REDIRECT_MODE_1 || b == REDIRECT_MODE_2) {
        long areaOffset = readLong3(offset + 1);
        if (areaOffset == 0)
            return LumaQQ.getString("unknown.area");
        else
            return readString(areaOffset);
    } else
        return readString(offset);
}

/**
 * 从offset位置读取3个字节为一个long，因为java为big-endian格式，所以没办法
 * 用了这么一个函数来做转换
 * @param offset 整数的起始偏移
 * @return 读取的long值，返回-1表示读取文件失败
 */
private long readLong3(long offset) {
    long ret = 0;
    try {
        ipFile.seek(offset);
        ipFile.readFully(b3);
        ret |= (b3[0] & amp; 0xFF);
        ret |= ((b3[1] & lt; & lt; 8) & amp; 0xFF00);
        ret |= ((b3[2] & lt; & lt; 16) & amp; 0xFF0000);
        return ret;
    } catch (IOException e) {
        return -1;
    }
}

/**
 * 从当前位置读取3个字节转换成long
 * @return 读取的long值，返回-1表示读取文件失败
 */
private long readLong3() {
    long ret = 0;
    try {
        ipFile.readFully(b3);
        ret |= (b3[0] & amp; 0xFF);
        ret |= ((b3[1] & lt; & lt; 8) & amp; 0xFF00);
        ret |= ((b3[2] & lt; & lt; 16) & amp; 0xFF0000);
        return ret;
    } catch (IOException e) {
        return -1;
    }
}

/**
 * 从offset偏移处读取一个以0结束的字符串
 * @param offset 字符串起始偏移
 * @return 读取的字符串，出错返回空字符串
 */
private String readString(long offset) {
    try {
        ipFile.seek(offset);
        int i;
        for (i = 0, buf[i] = ipFile.readByte(); buf[i] != 0; buf[++i] = ipFile.readByte());
        if (i != 0)
            return Utils.getString(buf, 0, i, "GBK");
    } catch (IOException e) {
        log.error(e.getMessage());
    }
    return "";
}

PHP实现

<?php
/**
* IP 地理位置查询类
*
* @author 马秉尧
* @version 1.5
* @copyright 2005 CoolCode.CN
*/
class IpLocation
{
/**
* QQWry.Dat文件指针
*
* @var resource
*/
var $fp;
/**
* 第一条IP记录的偏移地址
*
* @var int
*/
var $firstip;
/**
* 最后一条IP记录的偏移地址
*
* @var int
*/
var $lastip;
/**
* IP记录的总条数（不包含版本信息记录）
*
* @var int
*/
var $totalip;
/**
* 返回读取的长整型数
*
* @access private
* @return int
*/
function getlong()
{
//将读取的little-endian编码的4个字节转化为长整型数
$result = unpack('Vlong', fread($this - &gt;
fp, 4));
return $result['long'];
}
/**
* 返回读取的3个字节的长整型数
*
* @access private
* @return int
*/
function getlong3()
{
//将读取的little-endian编码的3个字节转化为长整型数
$result = unpack('Vlong', fread($this - &gt;
fp, 3) . chr(0));
return $result['long'];
}
/**
* 返回压缩后可进行比较的IP地址
*
* @access private
* @param string $ip
* @return string
*/
function packip($ip)
{
// 将IP地址转化为长整型数，如果在PHP5中，IP地址错误，则返回False，
// 这时intval将Flase转化为整数-1，之后压缩成big-endian编码的字符串
return pack('N', intval(ip2long($ip)));
}
/**
* 返回读取的字符串
*
* @access private
* @param string $data
* @return string
*/
function getstring($data = "")
{
$char = fread($this - &gt;
fp, 1);
while (ord($char) & gt;
0)
{ // 字符串按照C格式保存，以\0结束
$data .= $char; // 将读取的字符连接到给定字符串之后
$char = fread($this - &gt;
fp, 1);
}
return $data;
}
/**
* 返回地区信息
*
* @access private
* @return string
*/
function getarea()
{
$byte = fread($this - &gt;
fp, 1); // 标志字节
switch (ord($byte))
{
case 0: // 没有区域信息
$area = "";
break;
case 1:
case 2: // 标志字节为1或2，表示区域信息被重定向
fseek($this - &gt;
fp, $this - &gt;
getlong3());
$area = $this - &gt;
getstring();
break;
default: // 否则，表示区域信息没有被重定向
$area = $this - &gt;
getstring($byte);
break;
}
return $area;
}
/**
* 根据所给 IP 地址或域名返回所在地区信息
*
* @access public
* @param string $ip
* @return array
*/
function getlocation($ip)
{
if (!$this - &gt;
fp) return null; // 如果数据文件没有被正确打开，则直接返回空
$location['ip'] = gethostbyname($ip); // 将输入的域名转化为IP地址
$ip = $this - &gt;
packip($location['ip']); // 将输入的IP地址转化为可比较的IP地址
// 不合法的IP地址会被转化为255.255.255.255
// 对分搜索
$l = 0; // 搜索的下边界
$u = $this - &gt;
totalip; // 搜索的上边界
$findip = $this - &gt;
lastip; // 如果没有找到就返回最后一条IP记录（QQWry.Dat的版本信息）
while ($l & lt; = $u)
{ // 当上边界小于下边界时，查找失败
$i = floor(($l + $u) / 2); // 计算近似中间记录
fseek($this - &gt;
fp, $this - &gt;
firstip + $i * 7);
$beginip = strrev(fread($this - &gt;
fp, 4)); // 获取中间记录的开始IP地址
// strrev函数在这里的作用是将little-endian的压缩IP地址转化为big-endian的格式
// 以便用于比较，后面相同。
if ($ip & lt;
$beginip)
{ // 用户的IP小于中间记录的开始IP地址时
$u = $i - 1; // 将搜索的上边界修改为中间记录减一
}
else
{
fseek($this - &gt;
fp, $this - &gt;
getlong3());
$endip = strrev(fread($this - &gt;
fp, 4)); // 获取中间记录的结束IP地址
if ($ip & gt;
$endip)
{ // 用户的IP大于中间记录的结束IP地址时
$l = $i + 1; // 将搜索的下边界修改为中间记录加一
}
else
{ // 用户的IP在中间记录的IP范围内时
$findip = $this - &gt;
firstip + $i * 7;
break; // 则表示找到结果，退出循环
}
}
}
//获取查找到的IP地理位置信息
fseek($this - &gt;
fp, $findip);
$location['beginip'] = long2ip($this - &gt;
getlong()); // 用户IP所在范围的开始地址
$offset = $this - &gt;
getlong3();
fseek($this - &gt;
fp, $offset);
$location['endip'] = long2ip($this - &gt;
getlong()); // 用户IP所在范围的结束地址
$byte = fread($this - &gt;
fp, 1); // 标志字节
switch (ord($byte))
{
case 1: // 标志字节为1，表示国家和区域信息都被同时重定向
$countryOffset = $this - &gt;
getlong3(); // 重定向地址
fseek($this - &gt;
fp, $countryOffset);
$byte = fread($this - &gt;
fp, 1); // 标志字节
switch (ord($byte))
{
case 2: // 标志字节为2，表示国家信息又被重定向
fseek($this - &gt;
fp, $this - &gt;
getlong3());
$location['country'] = $this - &gt;
getstring();
fseek($this - &gt;
fp, $countryOffset + 4);
$location['area'] = $this - &gt;
getarea();
break;
default: // 否则，表示国家信息没有被重定向
$location['country'] = $this - &gt;
getstring($byte);
$location['area'] = $this - &gt;
getarea();
break;
}
break;
case 2: // 标志字节为2，表示国家信息被重定向
fseek($this - &gt;
fp, $this - &gt;
getlong3());
$location['country'] = $this - &gt;
getstring();
fseek($this - &gt;
fp, $offset + 8);
$location['area'] = $this - &gt;
getarea();
break;
default: // 否则，表示国家信息没有被重定向
$location['country'] = $this - &gt;
getstring($byte);
$location['area'] = $this - &gt;
getarea();
break;
}
if ($location['country'] == " CZ88.NET")
{ // CZ88.NET表示没有有效信息
$location['country'] = "未知";
}
if ($location['area'] == " CZ88.NET")
{
$location['area'] = "";
}
return $location;
}
/**
* 构造函数，打开 QQWry.Dat 文件并初始化类中的信息
*
* @param string $filename
* @return IpLocation
*/
function IpLocation($filename = "QQWry.Dat")
{
$this - &gt;
fp = 0;
if (($this - &gt;
fp = @fopen($filename, 'rb')) !== false)
{
$this - &gt;
firstip = $this - &gt;
getlong();
$this - &gt;
lastip = $this - &gt;
getlong();
$this - &gt;
totalip = ($this - &gt;
lastip - $this - &gt;
firstip) / 7;
//注册析构函数，使其在程序执行结束时执行
register_shutdown_function(array(&amp;
$this,
'_IpLocation'
));
}
}
/**
* 析构函数，用于在页面执行结束后自动关闭打开的文件。
*
*/
function _IpLocation()
{
if ($this - &gt;
fp)
{
fclose($this - &gt;
fp);
}
$this - &gt;
fp = 0;
}
}

Python实现：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import sys
import socket
from struct import pack, unpack
class IPInfo(object):
def __init__(self, dbname = "qqwry.dat"):
self.dbname = dbname
f = open(dbname, 'rb')
self.img = f.read()
f.close()
(self.firstIndex, self.lastIndex) = unpack('<II', self.img[:8])
self.indexCount = (self.lastIndex - self.firstIndex) / 7 + 1
def getString(self, offset = 0):
o = self.img.find('\0', offset)
return self.img[offset:o]
def getLong3(self, offset = 0):
s = self.img[offset: offset + 3] + '\0'
return unpack('<I', s)[0]
def gbk2utf8(self, str):
return unicode(str, 'gbk').encode('utf-8')
def utf82gbk(self, str):
return unicode(str, 'utf-8').encode('gbk')
def find(self, ip):
low = 0
high = self.indexCount
while (low < high - 1):
mid = low + (high - low) / 2
o = self.firstIndex + mid * 7
start_ip = unpack('<I', self.img[o: o+4])[0]
if ip < start_ip:
high = mid
else:
low = mid
return low
def getAddr(self, offset):
img = self.img
byte = ord(img[offset])
if byte == 1:
offset = self.getLong3(offset + 1)
byte = ord(img[offset])
if byte == 2:
zone = self.getString(self.getLong3(offset + 1))
offset += 4
else:
zone = self.getString(offset)
offset += len(zone) + 1
byte = ord(img[offset])
if byte == 2:
area = self.getString(self.getLong3(offset + 1))
else:
area = self.getString(offset)
return (zone, area)
def getIPAddr(self, ip):
ip = unpack('!I', socket.inet_aton(ip))[0]
i = self.find(ip)
offset = self.firstIndex + i * 7
offset = set.getLong3(offset + 4)
return self.getAddr(offset + 4)
def main():
i = IPInfo()
ip = sys.argv[1]
(zone, area) = i.getIPAddr(ip)
print '%s %s/%s' % (ip, zone, area)
if __name__ == '__main__':
main()