快速入门IPv6和正则表达式

【摘要】

多个市场要求无线4G网管全面支持IPv6，在开发过程中，遇到大量需要做IPv6校验的地方，本文通过正则表达式解决IPv6校验的问题，来介绍正则表达式最基本的用法，帮助大家入门，打消对正则表达式的心理恐惧。

【关键词】

IPv6，正则表达式

1 背景

在学习正则表达式时，有一个美式笑话：

“Some people, when confronted with a problem, think “I know, I’ll use regular expressions.” Now they have two problems.”

当你意识到一个问题可以用正则表达式来解决时，你就有两个问题了，因为正则表达式本身就是一个big problem。2012年6月6日，全球范围内的IPv6网络正式启动，IPv6的应用已经是大势所趋。本文通过正则表达式解决IPv6校验的问题，来介绍正则表达式最基本的用法，帮助大家入门。

正则表达式（Regular expressions）本质上是一个微小的且高度专业化的编程语言，它被嵌入到高级语言中供程序员使用。正则表达式通过指定一些规则来描述那些你希望匹配的字符串集合，比如Email地址，IP地址。正则表达式的强大之处在于一些特殊符号的应用，特殊符号定义了字符集合、子组匹配、模式重复次数。如果没有这些特殊字符，正则表达式就和大多数文本编辑器中的Ctrl+F一样平庸，仅仅只是匹配纯字符而已。

2 实践情况

2.1 正则表达式特殊字符说明

正则字符包括保留字（.   ^   $   *   +   ?   { }   [ ]  ( )  \   | ）和其它字符，下面列出最常用的正则表达式特殊字符的详细含义：

下边列举了由字符 '\' 和另一个字符组成的特殊含义。注意，'\' + 元字符的组合可以解除元字符的特殊功能

2.2 正则表达式特殊字符的4个角色

为方便记忆，可以按字符的功能，分为4个角色：

2.3 常用正则表达式

2.4 正则表达式在高级语言中的应用

以python中的re模块和java中的java.util.regex为例，做一个对比，展示正则表达式在高级语言中的一些常用用法。

2.5 IPv4表示法

IP地址的长度为32b(bit)，分为4段，每段8位，用十进制数字表示，每段数字范围为0~255，段与段之间用英文句点“.”隔开。例如：某台计算机IP地址为111.22.33.4。

分析IP地址的组成特点：250-255、200-249、0-199。 这三种情况可以分开考虑： 

250-255：三位数，百位是2，十位是5，个位是0~5，用正则表达式可以写成：25[0-5] 

200-249：三位数，百位是2，十位是0~4，个位是0~9，用正则表达式可以写成：2[0-4]\d 

0-199：这个可以继续分拆: 

l 0-9：       一位数，个位是0~9，用正则表达式可以写成：\d 

l 10-99：   二位数，十位是1~9，个位是0~9，用正则表达式可以写成：[1-9]\d 

l 100-199：三位数，百位是1，十位是0~9，个位是0~9，用正则表达式可以写成：1\d{2}

于是0-99的正则表达式可以合写为[1-9]?\d，那么0-199用正则表达式就可以写成(1\d{2})|([1-9]?\d)，这样0~255的正则表达式就可以写成(25[0-5]|2[0-4]\d|((1\d{2})|([1-9]?\d))) 

最后，后面3段加上句点.可以使用{3}重复得到，得到IP地址的正则表达式，可以写成如下形式，2种均可：

2.6 IPv6表示法

IPv6的地址长度为128b（bit） ，是IPv4地址长度的4倍。采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法：

分析IPv6地址的特点，可以归纳如下：

标准十六进制表示法（包括前导0省略）	纯数字格式：	([0-9A-Fa-f]{1,4}:){7}([0-9A-Fa-f]{1,4}|:)
2001:0008:0009:0023:0008:0800:8888:9999
纯字母格式：
ABCD:ABCD:ABCD:ABCD:ABCD:ABCD:ABCD:ABCD
数字和字母混合格式：
ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789
格式中前面带0：
2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A
格式中前面每一位为0：
0001:0DB8:0000:0023:0008:0800:000C:017A
全0：
0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000
多位0在中间：如fec0:1:0:0:0:0:0:1234
多位0在前面：如0:0:0:0:0:1234:fec0:1
多位0在最后：如1234:fec0:1:0:0:0:0:0
全0： 0:0:0:0:0:0:0:0
全0： 0:000:0:0:0:0:0:0
全0： 0:00:0:0:0:0:0:0
全0：0:0000:0:0:0:0:0:0
前导0省略位置遍历
1个位置前导0省略：
ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:1
ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2:9999
ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:2:EF01:9999
ABCD:EF01:2345:6789:2:ABCD:EF01:9999
ABCD:EF01:2345:2:6789:ABCD:EF01:9999
ABCD:EF01:2:2345:6789:ABCD:EF01:9999
ABCD:2:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:9999
2:ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:9999
其他前导0省略情况：
89:DB8:0:23:8:800:C:417
89:DB8:0:23:8:800:0C:417
89:DB8:0:23:8:800:00C:417
89:DB8:0:23:8:800:000C:417
2001:DB8:0:23:8:800:000C:417A
0位压缩表示法	ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:8.8.8.9	(([0-9A-Fa-f]{1,4}:){6}(((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3})|:[0-9A-Fa-f]{1,4}|:))
（左起有6个位置用标准16进制表示）	ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01::EF01
	ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01::
0位压缩表示法	ABCD:EF01:2345:6789:ABCD::8.8.8.9	(([0-9A-Fa-f]{1,4}:){5}(:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3})|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,2})|:))
（左起有5个位置用标准16进制表示）	ABCD:EF01:2345:6789:ABCD::EF01
	ABCD:EF01:2345:6789:ABCD::EF01:EF01
	ABCD:EF01:2345:6789:ABCD::
0位压缩表示法	ABCD:EF01:2345:6789::EF01:8.8.8.9	(([0-9A-Fa-f]{1,4}:){4}(((:[0-9A-Fa-f]{1,4})?:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,3})|:))
（左起有4个位置用标准16进制表示）	ABCD:EF01:2345:6789::8.8.8.9
	ABCD:EF01:2345:6789::EF01
	ABCD:EF01:2345:6789::EF01:EF01
	ABCD:EF01:2345:6789::EF01:EF01:EF01
	ABCD:EF01:2345:6789::
0位压缩表示法	ABCD:EF01:2345::8.8.8.9	(([0-9A-Fa-f]{1,4}:){3}(((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){0,2}:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,4})|:))
（左起有3个位置用标准16进制表示）	ABCD:EF01:2345::EF01:8.8.8.9
	ABCD:EF01:2345::EF01:EF01:8.8.8.9
	ABCD:EF01:2345::EF01
	ABCD:EF01:2345::EF01:EF01
	ABCD:EF01:2345::EF01:EF01:EF01
	ABCD:EF01:2345::EF01:EF01:EF01:EF01
	ABCD:EF01:2345::
0位压缩表示法	ABCD:EF01::8.8.8.9	(([0-9A-Fa-f]{1,4}:){2}(((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){0,3}:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,5})|:))
（左起有2个位置用标准16进制表示）	ABCD:EF01::EF01:8.8.8.9
	ABCD:EF01::EF01:EF01:8.8.8.9
	ABCD:EF01::EF01:EF01:EF01:8.8.8.9
	ABCD:EF01::EF01
	ABCD:EF01::EF01:EF01
	ABCD:EF01::EF01:EF01:EF01
	ABCD:EF01::EF01:EF01:EF01:EF01
	ABCD:EF01::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01
	ABCD:EF01::
0位压缩表示法	ABCD::8.8.8.9	(([0-9A-Fa-f]{1,4}:){1}(((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){0,4}:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,6})|:))
（左起有1个位置用标准16进制表示）	ABCD::EF01:8.8.8.9
	ABCD::EF01:EF01:8.8.8.9
	ABCD::EF01:EF01:EF01:8.8.8.9
	ABCD::EF01:EF01:EF01:EF01:8.8.8.9
	ABCD::EF01
	ABCD::EF01:EF01
	ABCD::EF01:EF01:EF01
	ABCD::EF01:EF01:EF01:EF01
	ABCD::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01
	ABCD::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:EF01
	ABCD::
0位压缩表示法	::8.8.8.9	(:(((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){0,5}:((25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)(\.(25[0-5]|2[0-4]\d|1\d\d|[1-9]?\d)){3}))|((:[0-9A-Fa-f]{1,4}){1,7})|:))
（左起开始压缩）	::EF01:8.8.8.9
	::EF01:EF01:8.8.8.9
	::EF01:EF01:EF01:8.8.8.9
	::EF01:EF01:EF01:EF01:8.8.8.9
	::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:8.8.8.9
	::EF01
	::EF01:EF01
	::EF01:EF01:EF01
	::EF01:EF01:EF01:EF01
	::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01
	::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:EF01
	::EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:EF01:EF01
	::

 

综上，得出IPv6地址的完整正则表达式为：

3 效果评价

对于日常开发中只接触IPv4，并没有深入研究过正则表达式的开发者，面对IPv6和正则表达式，容易产生畏惧心理，觉得是两座难以翻越的大山。本文通过一些表格整理对IPv6的表示方法，以及正则表达式的特殊符号进行了分类和说明，带领大家快速入门IPv6和正则表达式。

4 推广建议

本文所述IPv6正则表达式已经过测试，可以直接拿到各个高级语言中应用。