一、基本结构
QQWry.dat文件在结构上分为3块：文件头，记录区，索引区。一般我们要查找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。图1是QQWry.dat的文件结构图。
图1. QQWry.dat文件结构
要注意的是，QQWry.dat里面全部采用了little-endian字节序。
1、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。
2、记录区
每条IP记录都由国家和地区名组成，国家地区在这里并不是太确切，因为可能会查出来“清华大学计算机系”之类的，这里清华大学就成了国家名了，所以 这个国家地区名和IP数据库制作的时候有关系。所以记录的格式有点像QName，有一个全局部分和局部部分组成，我们这里还是沿用国家名和地区名的说法。
于是我们想象着一条记录的格式应该是: [IP地址][国家名][地区名]，当然，这个没有什么问题，但是这只是最简单的情况。很显然，国家名和地区名可能会有很多的重复，如果每条记录都保存一 个完整的名称拷贝是非常不理想的，所以我们就需要重定向以节省空间。所以为了得到一个国家名或者地区名，我们就有了两个可能：第一就是直接的字符串表示的 国家名，第二就是一个4字节的结构，第一个字节表明了重定向的模式，后面3个字节是国家名或者地区名的实际偏移位置。对于国家名来说，情况还可能更复杂 些，因为这样的重定向最多可能有两次。
那么什么是重定向模式？根据上面所说，一条记录的格式是[IP地址][国家记录][地区记录]，如果国家记录是重定向的话，那么地区记录是有可能没有的，于是就有了两种情况，我管他叫做模式1和模式2。我们对这些格式的情况举图说明：
图2. IP记录的最简单形式
图2表示了最简单的IP记录格式，我想没有什么可以解释的
图3. 重定向模式1
图3演示了重定向模式1的情况。我们看到在模式1的情况下，地区记录也跟着国家记录走了，在IP地址之后只剩下了国家记录的4字节，后面3个字节构成了一个指针，指向了实际的国家名，然后又跟着地址名。模式1的标识字节是0×01。
图4. 重定向模式2
图4演示了重定向模式2的情况。我们看到了在模式2的情况下(其标识字节是0×02)，地区记录没有跟着国家记录走，因此在国家记录之后4个字节之 后还是有地区记录。我想你已经明白了模式1和模式2的区别，即：模式1的国家记录后面不会再有地区记录，模式2的国家记录后会有地区记录。下面我们来看一 下更复杂的情况。
图5. 混和情况1
图5演示了当国家记录为模式1的时候可能出现的更复杂情况，在这种情况下，重定向指向的位置仍然是个重定向，不过第二次重定向为模式2。大家不用担 心，没有模式3了，这个重定向也最多只有两次，并且如果发生了第二次重定向，则其一定为模式2，而且这种情况只会发生在国家记录上，对于地区记录，模式1 和模式2是一样的，地区记录也不会发生2次重定向。不过，这个图还可以更复杂，如图7：
图6. 混和情况2
图6是模式1下最复杂的混和情况，不过我想应该也很好理解，只不过地区记录也来重定向而已，有一点我要提醒你，如果重定向的地址是0，则表示未知的地区名。
所以我们总结如下：一条IP记录由[IP地址][国家记录][地区记录]组成，对于国家记录，可以有三种表示方式：字符串形式，重定向模式1和重定 向模式2。对于地区记录，可以有两种表示方式：字符串形式和重定向，另外有一条规则：重定向模式1的国家记录后不能跟地区记录。按照这个总结，在这些方式 中合理组合，就构成了IP记录的所有可能情况。
二、设计的理由
在我们继续去了解索引区的结构之前，我们先来了解一下为何记录区的结构要如此设计。我想你可能想到了答案：字符串重用。没错，在这种结构下，对于一 个国家名和地区名，我只需要保存其一次就可以了。我们举例说明，为了表示方便，我们用小写字母代表IP记录，C表示国家名，A表示地区名：
有两条记录a(C1, A1), b(C2, A2)，如果C1 = C2, A1 = A2，那么我们就可以使用图3显示的结构来实现重用
有三条记录a(C1, A1), b(C2, A2), c(C3, A3)，如果C1 = C2, A2 = A3，现在我们想存储记录b，那么我们可以用图6的结构来实现重用
有两条记录a(C1, A1), b(C2, A2)，如果C1 = C2，现在我们想存储记录b，那么我们可以采用模式2表示C2，用字符串表示A2
你可以举出更多的情况，你也会发现在这种结构下，不同的字符串只需要存储一次。
三、索引区
在”了解文件头”部分，我们说明了文件头实际上是两个指针，分别指向了第一条索引和最后一条索引的绝对偏移。如图8所示：
图8. 文件头指向索引区图示
实在是很简单，不是吗？从文件头你就可以定位到索引区，然后你就可以开始搜索IP了！每条索引长度为7个字节，前4个字节是起始IP地址，后三个字 节就指向了IP记录。这里有些概念需要说明一下，什么是起始IP，那么有没有结束IP？ 假设有这么一条记录：166.111.0.0 – 166.111.255.255，那么166.111.0.0就是起始IP，166.111.255.255就是结束IP，结束IP就是IP记录中的那头 4个字节，这下你应该就清楚了吧。于是乎，每条索引配合一条记录，构成了一个IP范围，如果你要查找166.111.138.138所在的位置，你就会发 现166.111.138.138落在了166.111.0.0 – 166.111.255.255 这个范围内，那么你就可以顺着这条索引去读取国家和地区名了。那么我们给出一个最详细的图解吧：
图9. 文件详细结构
现在一切都清楚了是不是？也许还有一点你不清楚，QQWry.dat的版本信息存在哪里呢？ 答案是：最后一条IP记录实际上就是版本信息，最后一条记录显示出来就是这样：255.255.255.0 255.255.255.255 纯真网络 6月25日IP数据。OK，到现在你应该全部清楚了。
四、使用示例
下一步：我给出一个读取IP记录的程序片断，此片断摘录自LumaQQ源文件edu.tsinghua.lumaqq.IPSeeker.java，如果你有兴趣，可以下载源代码详细看看。
/**
* 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] & 0xFF);
ret |= ((b3[1] << 8) & 0xFF00);
ret |= ((b3[2] << 16) & 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] & 0xFF);
ret |= ((b3[1] << 8) & 0xFF00);
ret |= ((b3[2] << 16) & 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 "";
}
代码并不复杂，getIPLocation是主要方法，它检查国家记录格式，并针对字符串形式，模式1，模式2采用不同的代码，readArea则相对简单，因为只有字符串和重定向两种情况需要处理。
以下为PHP版：
/**
* IP 地理位置查询类
*
* @author 马秉尧
* @version 1.5
* @copyright
*/
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->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->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->fp, 1);
while (ord($char) > 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->fp, 1);
}
return $data;
}
/**
* 返回地区信息
*
* @access private
* @return string
*/
function getarea() {
$byte = fread($this->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->fp, $this->getlong3());
$area = $this->getstring();
break;
default: // 否则，表示区域信息没有被重定向
$area = $this->getstring($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->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 = $this->packip($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->totalip; // 搜索的上边界
$findip = $this->lastip; // 如果没有找到就返回最后一条IP记录(QQWry.Dat的版本信息)
while ($l <= $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->fp, $this->firstip + $i * 7);
$beginip = strrev(fread($this->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 < $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->fp, $this->getlong3());
$endip = strrev(fread($this->fp, 4)); // 获取中间记录的结束IP地址
if ($ip > $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->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->fp, $findip);
$location['beginip'] = long2ip($this->getlong()); // 用户IP所在范围的开始地址
$offset = $this->getlong3();
fseek($this->fp, $offset);
$location['endip'] = long2ip($this->getlong()); // 用户IP所在范围的结束地址
$byte = fread($this->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 = $this->getlong3(); // 重定向地址
fseek($this->fp, $countryOffset);
$byte = fread($this->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->fp, $this->getlong3());
$location['country'] = $this->getstring();
fseek($this->fp, $countryOffset + 4);
$location['area'] = $this->getarea();
break;
default: // 否则，表示国家信息没有被重定向
$location['country'] = $this->getstring($byte);
$location['area'] = $this->getarea();
break;
}
break;
case 2: // 标志字节为2，表示国家信息被重定向
fseek($this->fp, $this->getlong3());
$location['country'] = $this->getstring();
fseek($this->fp, $offset + 8);
$location['area'] = $this->getarea();
break;
default: // 否则，表示国家信息没有被重定向
$location['country'] = $this->getstring($byte);
$location['area'] = $this->getarea();
break;
}
if ($location['country'] == " ") { // 表示没有有效信息
$location['country'] = "未知";
}
if ($location['area'] == " ") {
$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") {
$this->fp = 0;
if (($this->fp = @fopen($filename, 'rb')) !== false) {
$this->firstip = $this->getlong();
$this->lastip = $this->getlong();
$this->totalip = ($this->lastip - $this->firstip) / 7;
//注册析构函数，使其在程序执行结束时执行
register_shutdown_function(array(&$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 ($this->fp) {
fclose($this->fp);
}
$this->fp = 0;
}
}
?>
以下为Python版的读取程序：
#!/usr/bin/env python
# coding: utf-8
'''用Python脚本查询纯真IP库
QQWry.Dat的格式如下:
+----------+
| 文件头 | (8字节)
+----------+
| 记录区 | (不定长)
+----------+
| 索引区 | (大小由文件头决定)
+----------+
文件头：4字节开始索引偏移值+4字节结尾索引偏移值
记录区： 每条IP记录格式 ==> IP地址[国家信息][地区信息]
对于国家记录，可以有三种表示方式：
字符串形式(IP记录第5字节不等于0x01和0x02的情况)，
重定向模式1(第5字节为0x01),则接下来3字节为国家信息存储地的偏移值
重定向模式(第5字节为0x02),
对于地区记录，可以有两种表示方式： 字符串形式和重定向
最后一条规则：重定向模式1的国家记录后不能跟地区记录
索引区： 每条索引记录格式 ==> 4字节起始IP地址 + 3字节指向IP记录的偏移值
索引区的IP和它指向的记录区一条记录中的IP构成一个IP范围。查询信息是这个
范围内IP的信息
'''
import sys
import socket
from struct import pack, unpack
class IPInfo(object):
'''QQWry.Dat数据库查询功能集合
'''
def __init__(self, dbname):
''' 初始化类，读取数据库内容为一个字符串，
通过开始8字节确定数据库的索引信息'''
self.dbname = dbname
f = file(dbname, 'r')
self.img = f.read()
f.close()
# QQWry.Dat文件的开始8字节是索引信息,前4字节是开始索引的偏移值，
# 后4字节是结束索引的偏移值。
(self.firstIndex, self.lastIndex) = unpack('II', self.img[:8])
# 每条索引长7字节，这里得到索引总个数
self.indexCount = (self.lastIndex - self.firstIndex) / 7 + 1
def getString(self, offset = 0):
''' 读取字符串信息，包括"国家"信息和"地区"信息
QQWry.Dat的记录区每条信息都是一个以'\0'结尾的字符串'''
o2 = self.img.find('\0', offset)
#return self.img[offset:o2]
# 有可能只有国家信息没有地区信息，
gb2312_str = self.img[offset:o2]
try:
utf8_str = unicode(gb2312_str,'gb2312').encode('utf-8')
except:
return '未知'
return utf8_str
def getLong3(self, offset = 0):
'''QQWry.Dat中的偏移记录都是3字节，本函数取得3字节的偏移量的常规表示
QQWry.Dat使用“字符串“存储这些值'''
s = self.img[offset: offset + 3]
s += '\0'
# unpack用一个'I'作为format，后面的字符串必须是4字节
return unpack('I', s)[0]
def getAreaAddr(self, offset = 0):
''' 通过给出偏移值，取得区域信息字符串，'''
byte = ord(self.img[offset])
if byte == 1 or byte == 2:
# 第一个字节为1或者2时，取得2-4字节作为一个偏移量调用自己
p = self.getLong3(offset + 1)
return self.getAreaAddr(p)
else:
return self.getString(offset)
def getAddr(self, offset, ip = 0):
img = self.img
o = offset
byte = ord(img[o])
if byte == 1:
# 重定向模式1
# [IP][0x01][国家和地区信息的绝对偏移地址]
# 使用接下来的3字节作为偏移量调用字节取得信息
return self.getAddr(self.getLong3(o + 1))
if byte == 2:
# 重定向模式2
# [IP][0x02][国家信息的绝对偏移][地区信息字符串]
# 使用国家信息偏移量调用自己取得字符串信息
cArea = self.getAreaAddr(self.getLong3(o + 1))
o += 4
# 跳过前4字节取字符串作为地区信息
aArea = self.getAreaAddr(o)
return cArea, aArea
if byte != 1 and byte != 2:
# 最简单的IP记录形式，[IP][国家信息][地区信息]
# 重定向模式1有种情况就是偏移量指向包含国家和地区信息两个字符串
# 即偏移量指向的第一个字节不是1或2,就使用这里的分支
# 简单地说：取连续取两个字符串！
cArea = self.getString(o)
#o += len(cArea) + 1
# 我们已经修改cArea为utf-8字符编码了，len取得的长度会有变，
# 用下面方法得到offset
o = self.img.find('\0',o) + 1
aArea = self.getString(o)
return cArea, aArea
def find(self, ip, l, r):
''' 使用二分法查找网络字节编码的IP地址的索引记录'''
if r - l <= 1:
return l
m = (l + r) / 2
o = self.firstIndex + m * 7
new_ip = unpack('I', self.img[o: o+4])[0]
if ip <= new_ip:
return self.find(ip, l, m)
else:
return self.find(ip, m, r)
def getIPAddr(self, ip):
''' 调用其他函数，取得信息！'''
# 使用网络字节编码IP地址
ip = unpack('!I', socket.inet_aton(ip))[0]
# 使用 self.find 函数查找ip的索引偏移
i = self.find(ip, 0, self.indexCount - 1)
# 得到索引记录
o = self.firstIndex + i * 7
# 索引记录格式是： 前4字节IP信息+3字节指向IP记录信息的偏移量
# 这里就是使用后3字节作为偏移量得到其常规表示(QQWry.Dat用字符串表示值)
o2 = self.getLong3(o + 4)
# IP记录偏移值+4可以丢弃前4字节的IP地址信息。
(c, a) = self.getAddr(o2 + 4)
return c, a
def output(self, first, last):
for i in range(first, last):
o = self.firstIndex + i * 7
ip = socket.inet_ntoa(pack('!I', unpack('I', self.img[o:o+4])[0]))
offset = self.getLong3(o + 4)
(c, a) = self.getAddr(offset + 4)
print "%s %d %s/%s" % (ip, offset, c, a)
def main():
i = IPInfo('QQWry.Dat')
(c, a) = i.getIPAddr(sys.argv[1])
print '%s %s/%s' % (sys.argv[1], c, a)
if __name__ == '__main__':
main()
# changelog
# 时间：5月29日
# 1. 工具下面网友的建议，修改"o += len(cArea) + 1"
# /archives/python-ip.html#comment-113960
# 因为这个时候我已经把得到的字符串变成utf-8编码了，长度会有变化！
五、总结
纯真IP数据库的结构使得查找IP简单迅速，不过你想要编辑它却是比较麻烦的，我想应该需要专门的工具来生成QQWry.dat文件，由于其文件格式的限制，你要直接添加IP记录就不容易了。不过，能查到IP已经很开心了，希望纯真记录越来越多～。
下面就为大家推荐一款IP数据库解压软甲：IPLook，其可将QQIP库(如纯真版、Phoenix版、梧州版等)转换成txt文件格式；可将txt文件格式的IP数据转换成dat文件格式(QQWry.dat),轻松打造自己的IP库。
