使用Java測試網(wǎng)絡(luò)連通性的幾種方法

作者：吳校軍/劉冠群 2012-11-27 09:39:14

本文由淺入深地介紹了如何使用 Java 類庫，判斷兩臺機(jī)器之間網(wǎng)絡(luò)是否可達(dá)。本文介紹了 Java 中三種不同的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)的判斷方法以及針對 IPv4 和 IPv6 混合網(wǎng)絡(luò)的編程方法。同時(shí)也介紹了這些方法的使用場景和優(yōu)缺點(diǎn)，基本涵蓋了在實(shí)際應(yīng)用中可能碰到的各種情況。

在網(wǎng)絡(luò)編程中，有時(shí)我們需要判斷兩臺機(jī)器之間的連通性，或者說是一臺機(jī)器到另一臺機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性。在系統(tǒng)層面的測試中，我們常常用 Ping 命令來做驗(yàn)證。盡管 Java 提供了比較豐富的網(wǎng)絡(luò)編程類庫（包括在應(yīng)用層的基于 URL 的網(wǎng)絡(luò)資源讀取，基于 TCP/IP 層的 Socket 編程，以及一些輔助的類庫），但是沒有直接提供類似 Ping 命令來測試網(wǎng)絡(luò)連通性的方法。本文將介紹如何通過 Java 已有的 API，編程實(shí)現(xiàn)各種場景下兩臺機(jī)器之間的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性判斷。在下面的章節(jié)中，我們會使用 Java 網(wǎng)絡(luò)編程的一些類庫 java.net.InetAddress 和 java.net.Socket，通過例子解釋如何模擬 Ping 命令。

一般情況下，我們僅僅需要判斷從一臺機(jī)器是否可以訪問（Ping）到另一臺機(jī)器，此時(shí)，可以簡單的使用 Java 類庫中 java.net.InetAddress 類來實(shí)現(xiàn)，這個類提供了兩個方法探測遠(yuǎn)程機(jī)器是否可達(dá)

boolean isReachable(int timeout) // 測試地址是否可達(dá) 
boolean isReachable(NetworkInterface netif, int ttl, int timeout)  
// 測試地址是否可達(dá).

簡單說來，上述方法就是通過遠(yuǎn)端機(jī)器的 IP 地址構(gòu)造 InetAddress 對象，然后調(diào)用其 isReachable 方法，測試調(diào)用機(jī)器和遠(yuǎn)端機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性。注意到遠(yuǎn)端機(jī)器可能有多個 IP 地址，因而可能要迭代的測試所有的情況。

void isAddressAvailable(String ip){  
    try{  
      InetAddress address = InetAddress.getByName(ip);//ping this IP  
       
      if(address instanceof java.net.Inet4Address){  
         System.out.println(ip + " is ipv4 address");  
      }else 
        if(address instanceof java.net.Inet6Address){  
         System.out.println(ip + " is ipv6 address");  
      }else{  
         System.out.println(ip + " is unrecongized");  
      }  
       
      if(address.isReachable(5000)){  
          System.out.println("SUCCESS - ping " + IP + " with no interface specified");  
      }else{  
         System.out.println("FAILURE - ping " + IP + " with no interface specified");  
      }  
       
      System.out.println("\n-------Trying different interfaces--------\n");  
       
      Enumeration<NetworkInterface> netInterfaces =  
            NetworkInterface.getNetworkInterfaces();     
      while(netInterfaces.hasMoreElements()) {     
           NetworkInterface ni = netInterfaces.nextElement();     
           System.out.println( 
"Checking interface, DisplayName:" + ni.getDisplayName() + ", Name:" + ni.getName()); 
     if(address.isReachable(ni, 0, 5000)){  
          System.out.println("SUCCESS - ping " + ip);  
      }else{  
          System.out.println("FAILURE - ping " + ip);  
      }  
       
      Enumeration<InetAddress> ips = ni.getInetAddresses();     
      while(ips.hasMoreElements()) {     
          System.out.println("IP: " + ips.nextElement().getHostAddress());    
      }  
      System.out.println("-------------------------------------------");  
      }  
        }catch(Exception e){  
      System.out.println("error occurs.");  
      e.printStackTrace();  
        }        
 }

程序輸出：

--------------START--------------  
 
 10.13.20.70 is ipv4 address  
 SUCCESS - ping 10.13.20.70 with no interface specified  
 
 -------Trying different interfaces--------  
 
 Checking interface, DisplayName:MS TCP Loopback interface, Name:lo  
 FAILURE - ping 10.13.20.70  
 IP: 127.0.0.1  
 -------------------------------------------  
 Checking interface, DisplayName:Intel(R) Centrino(R) Advanced-N 6200 AGN -  
 Teefer2 Miniport, Name:eth0  
 FAILURE - ping 10.13.20.70  
 IP: 9.123.231.40  
 -------------------------------------------  
 Checking interface, DisplayName:Intel(R) 82577LM Gigabit Network Connection -  
 Teefer2 Miniport, Name:eth1  
 SUCCESS - ping 10.13.20.70  
 -------------------------------------------  
 Checking interface, DisplayName:WAN (PPP/SLIP) Interface, Name:ppp0  
 SUCCESS - ping 10.13.20.70  
 IP: 10.0.50.189  
 -------------------------------------------  
 
 --------------END--------------

從上可以看出 isReachable 的用法，可以不指定任何接口來判斷遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性，但這不能區(qū)分出數(shù)據(jù)包是從那個網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)出去的 ( 如果本地有多個網(wǎng)絡(luò)接口的話 )；而高級版本的 isReachable 則可以指定從本地的哪個網(wǎng)絡(luò)接口測試，這樣可以準(zhǔn)確的知道遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)可以連通本地的哪個網(wǎng)絡(luò)接口。

但是，Java 本身沒有提供任何方法來判斷本地的哪個 IP 地址可以連通遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)，Java 網(wǎng)絡(luò)編程接口也沒有提供方法來訪問 ICMP 協(xié)議數(shù)據(jù)包，因而通過 ICMP 的網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)也是不可能的 ( 當(dāng)然可以用 JNI 來實(shí)現(xiàn)，但就和系統(tǒng)平臺相關(guān)了 ), 此時(shí)可以考慮本文下一節(jié)提出的方法。

在某些情況下，我們可能要確定本地的哪個網(wǎng)絡(luò)地址可以連通遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，以便遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)可以回連到本地使用某些服務(wù)或發(fā)出某些通知。一個典型的應(yīng)用場景是，本地啟動了文件傳輸服務(wù) ( 如 FTP)，需要將本地的某個 IP 地址發(fā)送到遠(yuǎn)端機(jī)器，以便遠(yuǎn)端機(jī)器可以通過該地址下載文件；或者遠(yuǎn)端機(jī)器提供某些服務(wù)，在某些事件發(fā)生時(shí)通知注冊了獲取這些事件的機(jī)器 ( 常見于系統(tǒng)管理領(lǐng)域 )，因而在注冊時(shí)需要提供本地的某個可達(dá) ( 從遠(yuǎn)端 ) 地址。

雖然我們可以用 InetAddress.isReachabl 方法判斷出本地的哪個網(wǎng)絡(luò)接口可連通遠(yuǎn)程玩過，但是由于單個網(wǎng)絡(luò)接口是可以配置多個 IP 地址的，因而在此并不合適。我們可以使用 Socket 建立可能的 TCP 連接，進(jìn)而判斷某個本地 IP 地址是否可達(dá)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。我們使用 java.net.Socket 類中的 connect 方法

void connect(SocketAddress endpoint, int timeout)  //使用Socket連接服務(wù)器，指定超時(shí)的時(shí)間

這種方法需要遠(yuǎn)程的某個端口，該端口可以是任何基于 TCP 協(xié)議的開放服務(wù)的端口（如一般都會開放的 ECHO 服務(wù)端口 7, Linux 的 SSH 服務(wù)端口 22 等）。實(shí)際上，建立的 TCP 連接被協(xié)議棧放置在連接隊(duì)列，進(jìn)而分發(fā)到真正處理數(shù)據(jù)的各個應(yīng)用服務(wù)，由于 UDP 沒有連接的過程，因而基于 UDP 的服務(wù)（如 SNMP）無法在此方法中應(yīng)用。

具體過程是，枚舉本地的每個網(wǎng)絡(luò)地址，建立本地 Socket，在某個端口上嘗試連接遠(yuǎn)程地址，如果可以連接上，則說明該本地地址可達(dá)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。

void printReachableIP(InetAddress remoteAddr, int port){  
    String retIP = null;  
     
    Enumeration<NetworkInterface> netInterfaces;  
    try{  
      netInterfaces = NetworkInterface.getNetworkInterfaces();  
      while(netInterfaces.hasMoreElements()) {     
          NetworkInterface ni = netInterfaces.nextElement();     
          Enumeration<InetAddress> localAddrs = ni.getInetAddresses();  
          while(localAddrs.hasMoreElements()){  
              InetAddress localAddr = localAddrs.nextElement();  
              if(isReachable(localAddr, remoteAddr, port, 5000)){  
                      retIP = localAddr.getHostAddress();  
                      break;         
      }  
      }  
        }  
    } catch(SocketException e) {  
        System.out.println( 
    "Error occurred while listing all the local network addresses.");  
    }     
    if(retIP == null){  
        System.out.println("NULL reachable local IP is found!");  
    }else{  
        System.out.println("Reachable local IP is found, it is " + retIP);  
    }         
 }   
     
 boolean isReachable(InetAddress localInetAddr, InetAddress remoteInetAddr,  
                   int port, int timeout) {  
 
    booleanisReachable = false;  
    Socket socket = null;  
    try{  
        socket = newSocket();  
        // 端口號設(shè)置為 0 表示在本地挑選一個可用端口進(jìn)行連接 
        SocketAddress localSocketAddr = new InetSocketAddress(localInetAddr, 0);  
        socket.bind(localSocketAddr);  
        InetSocketAddress endpointSocketAddr =  
        new InetSocketAddress(remoteInetAddr, port);  
        socket.connect(endpointSocketAddr, timeout);         
        System.out.println("SUCCESS - connection established! Local: " +  
          localInetAddr.getHostAddress() + " remote: " +  
          remoteInetAddr.getHostAddress() + " port" + port);  
        isReachable = true;  
    } catch(IOException e) {  
        System.out.println("FAILRE - CAN not connect! Local: " +  
      localInetAddr.getHostAddress() + " remote: " +  
      remoteInetAddr.getHostAddress() + " port" + port);  
    } finally{  
        if(socket != null) {  
        try{  
        socket.close();  
        } catch(IOException e) {  
           System.out.println("Error occurred while closing socket..");  
          }  
        }  
    }  
    return isReachable;  
 }

運(yùn)行結(jié)果

--------------START--------------  
 
 FAILRE - CAN not connect! Local: 127.0.0.1 remote: 10.8.1.50 port22  
 FAILRE - CAN not connect! Local: 9.123.231.40 remote: 10.8.1.50 port22  
 SUCCESS - connection established! Local: 10.0.50.189 remote: 10.8.1.50 port22  
 Reachable local IP is found, it is 10.0.50.189  
 
--------------END--------------

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在 IPv4 和 IPv6，即機(jī)器既有 IPv4 地址，又有 IPv6 地址的時(shí)候，我們可以對程序進(jìn)行一些優(yōu)化，比如

由于 IPv4 和 IPv6 地址之間是無法互相訪問的，因此僅需要判斷 IPv4 地址之間和 IPv6 地址之間的可達(dá)性。
對于 IPv4 的換回地址可以不做判斷，對于 IPv6 的 Linklocal 地址也可以跳過測試
根據(jù)實(shí)際的需要，我們可以優(yōu)先考慮選擇使用 IPv4 或者 IPv6，提高判斷的效率

判斷本地地址和遠(yuǎn)程地址是否同為 IPv4 或者 IPv6

// 判斷是 IPv4 還是 IPv6  
 if(!((localInetAddr instanceofInet4Address) && (remoteInetAddr instanceofInet4Address)  
 || (localInetAddr instanceofInet6Address) && (remoteInetAddr instanceofInet6Address))){  
 // 本地和遠(yuǎn)程不是同時(shí)是 IPv4 或者 IPv6，跳過這種情況，不作檢測 
 break;  
 }

跳過本地地址和 LinkLocal 地址

if( localAddr.isLoopbackAddress() ||  
     localAddr.isAnyLocalAddress() ||  
     localAddr.isLinkLocalAddress() ){  
     // 地址為本地環(huán)回地址，跳過 
     break;  
 }

本文列舉集中典型的場景，介紹了通過 Java 網(wǎng)絡(luò)編程接口判斷機(jī)器之間可達(dá)性的幾種方式。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的需要選擇相應(yīng)的方法稍加修改即可。對于更加特殊的需求，還可以考慮通過 JNI 的方法直接調(diào)用系統(tǒng) API 來實(shí)現(xiàn)，能提供更加強(qiáng)大和靈活的功能，這里就不再贅述了。

文章來源：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-connectiontest/

責(zé)任編輯：林師授來源： IBM DW

Java Java測試網(wǎng)絡(luò)編程