Todas as informações sobre quem é o proprietário do IP para o qual ele está registrado são armazenadas em bancos de dados.
A IANA atribui os IPs aos RIRs (registradores de internet regionais), há um chamado ARIN que cobre a América, um chamado RIPE, que cobre a Europa. um para África e.t.c. cada um deles tem bancos de dados.
Qualquer site ou comando ou GUI que procura o IP e obtém informações sobre propriedade, faz um whois, no banco de dados de um desses RIRs.
Se você quiser detalhes de como acessar o banco de dados de um RIR como programador, o stackoverflow seria um lugar melhor para perguntar. Mas na medida em que a metodologia .. nenhum algoritmo complexo, apenas retornando informações de um banco de dados (RIR).