Geoip MaxMind DB 生成指南

原創 openex 2020-02-24 21:26

目前MaxMind對MMDB的讀寫支持如下
Writer：
perl
Reader：
C
C#
Java
Perl
PHP
Python

所以本文着重介紹如何快速使用perl生成mmdb文件，以及查詢mmdb基本原理

工作環境：Centos 6.5

一、安裝perl環境

忽略解壓、cd等基礎操作

二、生成庫文件

  • 編寫perl代碼，下面爲樣例，將讀local.db文件，生成dt.mmdb文件
use MaxMind::DB::Writer::Tree;
use Net::Works::Network;

use strict;
use warnings;
use Path::Class;
use autodie;

my %types = (
    product => 'utf8_string',
    rack => 'utf8_string',
    administrator => 'utf8_string',
    room => 'utf8_string',
);

my $tree = MaxMind::DB::Writer::Tree->new(
    ip_version            => 4,
    record_size           => 24,
    database_type         => 'kevin_test',
    languages             => [ 'en' ],
    description           => { en => 'Used in MarkDown display' },
    map_key_type_callback => sub { $types{ $_[0] } },
);

sub tree_insert_network{
    my $network = Net::Works::Network->new_from_string( string => $_[1] );
    $_[0]->insert_network(
        $network,
        {
        product => $_[2],
        rack => $_[3],
        administrator => $_[4],
        room => $_[5]
        },
    );
}

sub build_tree{
    my $dir = dir(".");
    my $file = $dir->file($_[0]);
    my $content = $file->slurp();
    my $file_handle = $file->openr();
    binmode($file_handle, ":utf8");
    while( my $line = $file_handle->getline() ) {
        $line =~ s/^\s+|\s+$//g;
        if ($line eq "") {
            next;
        }
        my @values = split('\|', $line);
        for (my $i= 1;$i <= 4;$i++){
            if (!defined $values[$i]) {
                $values[$i] = ""
            }
        }
        my @networks = split(',', $values[0]);
        foreach my $net (@networks) {
            tree_insert_network($tree, $net, $values[1], $values[2], $values[3], $values[4]);
        }
    }
}
build_tree('local.db', $tree);
open my $fh, '>:bytes', 'dt.mmdb';
$tree->write_tree($fh);

  • 編輯local.db文件

    1.1.1.1/32|Alipapa.Portal.COM.發佈系統|西單.4-2號機房.01-21|kevin|西單

    分別表示 IP/掩碼|產品線|機架|管理員|機房 （純屬虛構）

  • perl test.pl

MMDB查詢原理

一.簡單介紹下ipv4地址格式

我們所常見的ipv4地址如1.1.1.1均是點分十進制描述，以便用戶來書寫記憶，操作系統需要對該地址進行轉義生成32位2進制地址，如上面的地址1.1.1.1將轉換爲00000001 00000001 00000001 00000001

二.mmdb文件三部分

MMDB文件內容爲二進制格式，其內容分爲三大塊：搜索樹、數據段和元數據
爲了便於讀者理解，我在此先介紹元數據
1.元數據區
（本文僅介紹對文件結構有影響的元數據，其他描述性質的元數據不在此討論，有需要的讀者請參考文尾的官方文檔）

元數據區記錄了該mmdb文件的有關描述信息，以及對搜索數據有關的必要字段，元數據區位於文件尾部，以\xab\xcd\xefMaxMind.com字串分割元數據區與數據段，具體的存儲結構與數據段類似。

  • node_count 節點數量
    記錄搜索樹中有多少節點
  • record_size 記錄位大小
    每個搜索樹節點有兩個record
  • ip_version ip地址版本
    IPV4 或 IPV6

2.搜索樹

搜索樹用來通過ip來索引數據，由node_count 個node節點組成，每個節點有2個record，以24位size大小爲例：
| <— node —>|
| 23 .. 0 | 23 .. 0 |
record的值爲node號
搜索樹位於文件首部

3.數據段

數據段的值爲某ip所對應的具體內容，如城市、座標（當然也可在生成時自定義）；數據段位於文件中部，與前邊的搜索樹以16個8位的null分割。

  • 字段類型：常見類型 UTF-8 string、pointer、double、map
    （其他類型請參考官網，如首3位爲0的擴展字段）
    • pointer：指針類型，類型值爲1
    • UTF-8 string： UTF字串類型，類型值爲2
    • double：雙精度數字，類型值爲3
    • map：映射類型，類型值爲7
  • 類型字段結構：
    • 8位表示，前三位爲字段類型，後五位爲有效載荷
    • 有效載荷：通常爲該字段在當前類型下，實際存儲的數量；指針和映射類型除外，指針的載荷爲數據區域指針偏移地址，映射的載荷爲有多少k-v對
    • 例如：
      • 映射類型 4個k-v對 –>11100100
      • UTF8類型 13個字符 –>01001101
  • 存儲結構：
    • 首位爲映射字段，表示該數據塊有N個k-v
    • N個字段塊，每個塊首部指出該字段類型，其後爲具體的值

簡介mmdb文件查詢算法

我們以1.1.1.1這個ip地址爲例：

  • 1.將該地址轉置成二進制形式00000001 00000001 00000001 00000001
  • 2.取大端第一位，在搜索樹查看起始node的recore，因爲值爲0故選擇大端的recore，判斷該值，有如下三種情況
    • 該值大小小於node_count 則表明該值指向搜索樹中的另外一個節點，則按照下一位的值重複此搜索
    • 若值等於node_count則表明該ip在此mmdb文件中不存在
    • 若值大於node_count則表明該指針指向了數據段
  • 3.若該值指向了數據段，則判斷該值所表示在數據段的偏移量
    offset=value−nodecount−16
    16爲數據段和搜索樹中的16個8位null
  • 4.取到在數據段的偏移量後,找到該偏移量指向的區域，首位爲map類型指示了該段有多少個kv對，每個字段依次先指明字段類型然後緊隨值類型。

附：
MaxMind官方文檔：http://maxmind.github.io/MaxMind-DB/

若想支持查詢內網IP需要修改MMDB生成腳本的pm文件
./MaxMind-DB-Writer-perl/lib/MaxMind/DB/Writer/Tree.pm
刪除307行左右關於內網保留IP的內容

下文爲一個二進制索引的例子：
查詢1.1.1.1加粗字體爲路徑

0000000: 00000000 00000000 00000001 00000000 00000000 00101111 …../
0000006: 00000000 00000000 00000010 00000000 00000000 00100011 …..#
000000c: 00000000 00000000 00000011 00000000 00000000 10011111 ……
0000012: 00000000 00000000 00000100 00000000 00000000 10011111 ……
0000018: 00000000 00000000 00000101 00000000 00000000 00100000 …..
000001e: 00000000 00000000 00000110 00000000 00000000 10011111 ……
0000024: 00000000 00000000 00000111 00000000 00000000 10011111 ……
000002a: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00001000 ……
0000030: 00000000 00000000 00001001 00000000 00000000 10011111 ……
0000036: 00000000 00000000 00001010 00000000 00000000 10011111 ……
000003c: 00000000 00000000 00001011 00000000 00000000 10011111 ……
0000042: 00000000 00000000 00001100 00000000 00000000 10011111 ……
0000048: 00000000 00000000 00001101 00000000 00000000 10011111 ……
000004e: 00000000 00000000 00001110 00000000 00000000 10011111 ……
0000054: 00000000 00000000 00001111 00000000 00000000 10011111 ……
000005a: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00010000 ……
0000060: 00000000 00000000 00010001 00000000 00000000 10011111 ……
0000066: 00000000 00000000 00010010 00000000 00000000 10011111 ……
000006c: 00000000 00000000 00010011 00000000 00000000 10011111 ……
0000072: 00000000 00000000 00010100 00000000 00000000 10011111 ……
0000078: 00000000 00000000 00010101 00000000 00000000 10011111 ……
000007e: 00000000 00000000 00010110 00000000 00000000 10011111 ……
0000084: 00000000 00000000 00010111 00000000 00000000 10011111 ……
000008a: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00011000 ……
0000090: 00000000 00000000 00011001 00000000 00000000 10011111 ……
0000096: 00000000 00000000 00011010 00000000 00000000 10011111 ……
000009c: 00000000 00000000 00011011 00000000 00000000 10011111 ……
00000a2: 00000000 00000000 00011100 00000000 00000000 10011111 ……
00000a8: 00000000 00000000 00011101 00000000 00000000 10011111 ……
00000ae: 00000000 00000000 00011110 00000000 00000000 10011111 ……
00000b4: 00000000 00000000 00011111 00000000 00000000 10011111 ……
00000ba: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 10101111 ……
00000c0: 00000000 00000000 00100001 00000000 00000000 10011111 ..!…
00000c6: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00100010 …..”
00000cc: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 10011111 ……
00000d2: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00100100 …..$
00000d8: 00000000 00000000 00100101 00000000 00000000 00101011 ..%..+
00000de: 00000000 00000000 00100110 00000000 00000000 10011111 ..&…
00000e4: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00100111 …..’
00000ea: 00000000 00000000 00101000 00000000 00000000 10011111 ..(…
00000f0: 00000000 00000000 00101001 00000000 00000000 10011111 ..)…
00000f6: 00000000 00000000 00101010 00000000 00000000 10011111 ..*…
00000fc: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 10011111 ……
0000102: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00101100 …..,
0000108: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00101101 …..-
000010e: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00101110 ……
0000114: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 10011111 ……
000011a: 00000000 00000000 00110000 00000000 00000000 01000100 ..0..D
0000120: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00110001 …..1
0000126: 00000000 00000000 00110010 00000000 00000000 10011111 ..2…
000012c: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00110011 …..3
0000132: 00000000 00000000 00110100 00000000 00000000 00111110 ..4..>
0000138: 00000000 00000000 00110101 00000000 00000000 10011111 ..5…
000013e: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00110110 …..6
0000144: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00110111 …..7
000014a: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00111000 …..8
0000150: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00111001 …..9
0000156: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00111010 …..:
000015c: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00111011 …..;
0000162: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00111100 …..<
0000168: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 00111101 …..=
000016e: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 10011111 ……
0000174: 00000000 00000000 00111111 00000000 00000000 10011111 ..?…
000017a: 00000000 00000000 01000000 00000000 00000000 10011111 ..@…
0000180: 00000000 00000000 01000001 00000000 00000000 10011111 ..A…
0000186: 00000000 00000000 01000010 00000000 00000000 10011111 ..B…
000018c: 00000000 00000000 01000011 00000000 00000000 10011111 ..C…
0000192: 00000000 00000000 10011111 00000000 00000000 10011111 ……
0000198: 00000000 00000000 01000101 00000000 00000000 10011110 ..E…
000019e: 00000000 00000000 01000110 00000000 00000000 10011111 ..F…
00001a4: 00000000 00000000 01000111 00000000 00000000 10001011 ..G…
00001aa: 00000000 00000000 01001000 00000000 00000000 01110101 ..H..u
00001b0: 00000000 00000000 01001001 00000000 00000000 10011111 ..I…
00001b6: 00000000 00000000 01001010 00000000 00000000 10011111 ..J…
00001bc: 00000000 00000000 01001011 00000000 00000000 01101110 ..K..n
00001c2: 00000000 00000000 01001100 00000000 00000000 01100000 ..L..`
00001c8: 00000000 00000000 01001101 00000000 00000000 10011111 ..M…
00001ce: 00000000 00000000 01001110 00000000 00000000 10011111 ..N…
00001d4: 00000000 00000000 01001111 00000000 00000000 10011111 ..O…
00001da: 00000000 00000000 01010000 00000000 00000000 10011111 ..P…
00001e0: 00000000 00000000 01010001 00000000 00000000 10011111 ..Q…
00001e6: 00000000 00000000 01010010 00000000 00000000 10011111 ..R…
00001ec: 00000000 00000000 01010011 00000000 00000000 10011111 ..S…
00001f2: 00000000 00000000 01010100 00000000 00000000 10011111 ..T…
00001f8: 00000000 00000000 01010101 00000000 00000000 10011111 ..U…
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