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运用Java测试网络连通性的几种方法

2013-04-02 
使用Java测试网络连通性的几种方法本文由浅入深地介绍了如何使用 Java 类库，判断两台机器之间网络是否可达

使用Java测试网络连通性的几种方法

本文由浅入深地介绍了如何使用 Java 类库，判断两台机器之间网络是否可达。本文介绍了 Java 中三种不同的网络可达的判断方法以及针对 IPv4 和 IPv6 混合网络的编程方法。同时也介绍了这些方法的使用场景和优缺点，基本涵盖了在实际应用中可能碰到的各种情况。

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在网络编程中，有时我们需要判断两台机器之间的连通性，或者说是一台机器到另一台机器的网络可达性。在系统层面的测试中，我们常常用 Ping 命令来做验证。尽管 Java 提供了比较丰富的网络编程类库（包括在应用层的基于 URL 的网络资源读取，基于 TCP/IP 层的 Socket 编程，以及一些辅助的类库），但是没有直接提供类似 Ping 命令来测试网络连通性的方法。本文将介绍如何通过 Java 已有的 API，编程实现各种场景下两台机器之间的网络可达性判断。在下面的章节中，我们会使用 Java 网络编程的一些类库 java.net.InetAddress 和 java.net.Socket，通过例子解释如何模拟 Ping 命令。

一般情况下，我们仅仅需要判断从一台机器是否可以访问（Ping）到另一台机器，此时，可以简单的使用 Java 类库中 java.net.InetAddress 类来实现，这个类提供了两个方法探测远程机器是否可达

  1. boolean?isReachable(int?timeout)?//?测试地址是否可达?boolean?isReachable(NetworkInterface?netif,?int?ttl,?int?timeout)??
  2. //?测试地址是否可达.?

简单说来，上述方法就是通过远端机器的 IP 地址构造 InetAddress 对象，然后调用其 isReachable 方法，测试调用机器和远端机器的网络可达性。注意到远端机器可能有多个 IP 地址，因而可能要迭代的测试所有的情况。

  1. void?isAddressAvailable(String?ip){??????try{??
  2. ??????InetAddress?address?=?InetAddress.getByName(ip);//ping?this?IP?????????
  3. ??????if(address?instanceof?java.net.Inet4Address){???????????System.out.println(ip?+?"?is?ipv4?address");??
  4. ??????}else?????????if(address?instanceof?java.net.Inet6Address){??
  5. ?????????System.out.println(ip?+?"?is?ipv6?address");????????}else{??
  6. ?????????System.out.println(ip?+?"?is?unrecongized");????????}??
  7. ?????????????if(address.isReachable(5000)){??
  8. ??????????System.out.println("SUCCESS?-?ping?"?+?IP?+?"?with?no?interface?specified");????????}else{??
  9. ?????????System.out.println("FAILURE?-?ping?"?+?IP?+?"?with?no?interface?specified");????????}??
  10. ?????????????System.out.println("\n-------Trying?different?interfaces--------\n");??
  11. ?????????????Enumeration<NetworkInterface>?netInterfaces?=??
  12. ????????????NetworkInterface.getNetworkInterfaces();???????????while(netInterfaces.hasMoreElements())?{?????
  13. ???????????NetworkInterface?ni?=?netInterfaces.nextElement();????????????????System.out.println(?
  14. "Checking?interface,?DisplayName:"?+?ni.getDisplayName()?+?",?Name:"?+?ni.getName());??????if(address.isReachable(ni,?0,?5000)){??
  15. ??????????System.out.println("SUCCESS?-?ping?"?+?ip);????????}else{??
  16. ??????????System.out.println("FAILURE?-?ping?"?+?ip);????????}??
  17. ?????????????Enumeration<InetAddress>?ips?=?ni.getInetAddresses();?????
  18. ??????while(ips.hasMoreElements())?{???????????????System.out.println("IP:?"?+?ips.nextElement().getHostAddress());????
  19. ??????}????????System.out.println("-------------------------------------------");??
  20. ??????}??????????}catch(Exception?e){??
  21. ??????System.out.println("error?occurs.");????????e.printStackTrace();??
  22. ????????}?????????}?

程序输出：

  1. --------------START--------------???
  2. ?10.13.20.70?is?ipv4?address???SUCCESS?-?ping?10.13.20.70?with?no?interface?specified??
  3. ??-------Trying?different?interfaces--------??
  4. ??Checking?interface,?DisplayName:MS?TCP?Loopback?interface,?Name:lo??
  5. ?FAILURE?-?ping?10.13.20.70???IP:?127.0.0.1??
  6. ?-------------------------------------------???Checking?interface,?DisplayName:Intel(R)?Centrino(R)?Advanced-N?6200?AGN?-??
  7. ?Teefer2?Miniport,?Name:eth0???FAILURE?-?ping?10.13.20.70??
  8. ?IP:?9.123.231.40???-------------------------------------------??
  9. ?Checking?interface,?DisplayName:Intel(R)?82577LM?Gigabit?Network?Connection?-???Teefer2?Miniport,?Name:eth1??
  10. ?SUCCESS?-?ping?10.13.20.70???-------------------------------------------??
  11. ?Checking?interface,?DisplayName:WAN?(PPP/SLIP)?Interface,?Name:ppp0???SUCCESS?-?ping?10.13.20.70??
  12. ?IP:?10.0.50.189???-------------------------------------------??
  13. ??--------------END--------------?

从上可以看出 isReachable 的用法，可以不指定任何接口来判断远端网络的可达性，但这不能区分出数据包是从那个网络接口发出去的 ( 如果本地有多个网络接口的话 )；而高级版本的 isReachable 则可以指定从本地的哪个网络接口测试，这样可以准确的知道远端网络可以连通本地的哪个网络接口。

但是，Java 本身没有提供任何方法来判断本地的哪个 IP 地址可以连通远端网络，Java 网络编程接口也没有提供方法来访问 ICMP 协议数据包，因而通过 ICMP 的网络不可达数据包实现这一点也是不可能的 ( 当然可以用 JNI 来实现，但就和系统平台相关了 ), 此时可以考虑本文下一节提出的方法。

在某些情况下，我们可能要确定本地的哪个网络地址可以连通远程网络，以便远程网络可以回连到本地使用某些服务或发出某些通知。一个典型的应用场景 是，本地启动了文件传输服务 ( 如 FTP)，需要将本地的某个 IP 地址发送到远端机器，以便远端机器可以通过该地址下载文件；或者远端机器提供某些服务，在某些事件发生时通知注册了获取这些事件的机器 ( 常见于系统管理领域 )，因而在注册时需要提供本地的某个可达 ( 从远端 ) 地址。

虽然我们可以用 InetAddress.isReachabl 方法判断出本地的哪个网络接口可连通远程玩过，但是由于单个网络接口是可以配置多个 IP 地址的，因而在此并不合适。我们可以使用 Socket 建立可能的 TCP 连接，进而判断某个本地 IP 地址是否可达远程网络。我们使用 java.net.Socket 类中的 connect 方法

  1. void?connect(SocketAddress?endpoint,?int?timeout)??//使用Socket连接服务器，指定超时的时间?

这种方法需要远程的某个端口，该端口可以是任何基于 TCP 协议的开放服务的端口（如一般都会开放的 ECHO 服务端口 7, Linux 的 SSH 服务端口 22 等）。实际上，建立的 TCP 连接被协议栈放置在连接队列，进而分发到真正处理数据的各个应用服务，由于 UDP 没有连接的过程，因而基于 UDP 的服务（如 SNMP）无法在此方法中应用。

具体过程是，枚举本地的每个网络地址，建立本地 Socket，在某个端口上尝试连接远程地址，如果可以连接上，则说明该本地地址可达远程网络。

  1. void?printReachableIP(InetAddress?remoteAddr,?int?port){??????String?retIP?=?null;??
  2. ?????????Enumeration<NetworkInterface>?netInterfaces;??
  3. ????try{????????netInterfaces?=?NetworkInterface.getNetworkInterfaces();??
  4. ??????while(netInterfaces.hasMoreElements())?{???????????????NetworkInterface?ni?=?netInterfaces.nextElement();?????
  5. ??????????Enumeration<InetAddress>?localAddrs?=?ni.getInetAddresses();????????????while(localAddrs.hasMoreElements()){??
  6. ??????????????InetAddress?localAddr?=?localAddrs.nextElement();????????????????if(isReachable(localAddr,?remoteAddr,?port,?5000)){??
  7. ??????????????????????retIP?=?localAddr.getHostAddress();????????????????????????break;?????????
  8. ??????}????????}??
  9. ????????}??????}?catch(SocketException?e)?{??
  10. ????????System.out.println(?????"Error?occurred?while?listing?all?the?local?network?addresses.");??
  11. ????}?????????if(retIP?==?null){??
  12. ????????System.out.println("NULL?reachable?local?IP?is?found!");??????}else{??
  13. ????????System.out.println("Reachable?local?IP?is?found,?it?is?"?+?retIP);??????}?????????
  14. ?}????????
  15. ?boolean?isReachable(InetAddress?localInetAddr,?InetAddress?remoteInetAddr,?????????????????????int?port,?int?timeout)?{??
  16. ?????booleanisReachable?=?false;??
  17. ????Socket?socket?=?null;??????try{??
  18. ????????socket?=?newSocket();??????????//?端口号设置为?0?表示在本地挑选一个可用端口进行连接?
  19. ????????SocketAddress?localSocketAddr?=?new?InetSocketAddress(localInetAddr,?0);??????????socket.bind(localSocketAddr);??
  20. ????????InetSocketAddress?endpointSocketAddr?=??????????new?InetSocketAddress(remoteInetAddr,?port);??
  21. ????????socket.connect(endpointSocketAddr,?timeout);?????????????????System.out.println("SUCCESS?-?connection?established!?Local:?"?+??
  22. ??????????localInetAddr.getHostAddress()?+?"?remote:?"?+????????????remoteInetAddr.getHostAddress()?+?"?port"?+?port);??
  23. ????????isReachable?=?true;??????}?catch(IOException?e)?{??
  24. ????????System.out.println("FAILRE?-?CAN?not?connect!?Local:?"?+????????localInetAddr.getHostAddress()?+?"?remote:?"?+??
  25. ??????remoteInetAddr.getHostAddress()?+?"?port"?+?port);??????}?finally{??
  26. ????????if(socket?!=?null)?{??????????try{??
  27. ????????socket.close();??????????}?catch(IOException?e)?{??
  28. ???????????System.out.println("Error?occurred?while?closing?socket..");????????????}??
  29. ????????}??????}??
  30. ????return?isReachable;???}?

运行结果

  1. --------------START--------------???
  2. ?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??
  3. ?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??
  4. ?--------------END--------------?

当网络环境中存在 IPv4 和 IPv6，即机器既有 IPv4 地址，又有 IPv6 地址的时候，我们可以对程序进行一些优化，比如

由于 IPv4 和 IPv6 地址之间是无法互相访问的，因此仅需要判断 IPv4 地址之间和 IPv6 地址之间的可达性。对于 IPv4 的换回地址可以不做判断，对于 IPv6 的 Linklocal 地址也可以跳过测试根据实际的需要，我们可以优先考虑选择使用 IPv4 或者 IPv6，提高判断的效率

判断本地地址和远程地址是否同为 IPv4 或者 IPv6?

  1. //?判断是?IPv4?还是?IPv6???if(!((localInetAddr?instanceofInet4Address)?&&?(remoteInetAddr?instanceofInet4Address)??
  2. ?||?(localInetAddr?instanceofInet6Address)?&&?(remoteInetAddr?instanceofInet6Address))){???//?本地和远程不是同时是?IPv4?或者?IPv6，跳过这种情况，不作检测?
  3. ?break;???}?

跳过本地地址和 LinkLocal 地址

  1. if(?localAddr.isLoopbackAddress()?||???????localAddr.isAnyLocalAddress()?||??
  2. ?????localAddr.isLinkLocalAddress()?){???????//?地址为本地环回地址，跳过?
  3. ?????break;???}?

本文列举集中典型的场景，介绍了通过 Java 网络编程接口判断机器之间可达性的几种方式。在实际应用中，可以根据不同的需要选择相应的方法稍加修改即可。对于更加特殊的需求，还可以考虑通过 JNI 的方法直接调用系统 API 来实现，能提供更加强大和灵活的功能，这里就不再赘述了。 ?

文章来源：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-connectiontest/

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