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使用Java測試網路連通性的幾種方法

阿新 • • 發佈：2019-01-22

概述

在網路程式設計中，有時我們需要判斷兩臺機器之間的連通性，或者說是一臺機器到另一臺機器的網路可達性。在系統層面的測試中，我們常常用Ping命令來做驗證。儘管Java提供了比較豐富的網路程式設計類庫（包括在應用層的基於URL的網路資源讀取，基於TCP/IP層的Socket程式設計，以及一些輔助的類庫），但是沒有直接提供類似Ping命令來測試網路連通性的方法。本文將介紹如何通過Java已有的API，程式設計實現各種場景下兩臺機器之間的網路可達性判斷。在下面的章節中，我們會使用Java網路程式設計的一些類庫java.net.InetAddress和java.net.Socket，通過例子解釋如何模擬Ping命令。

簡單判斷兩臺機器的可達性

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

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

簡單說來，上述方法就是通過遠端機器的IP地址構造InetAddress物件，然後呼叫其isReachable方法，測試呼叫機器和遠端機器的網路可達性。注意到遠端機器可能有多個IP地址，因而可能要迭代的測試所有的情況。

清單1：簡單判斷兩臺機器的可達性

  1. void isAddressAvailable(String ip){   
  2. try{   
  3.       InetAddress address = InetAddress.getByName(ip);//ping this IP 
  4. if(address instanceof java.net.Inet4Address){   
  5.          System.out.println(ip + " is ipv4 address");   
  6.       }else
  7. if(address instanceof java.net.Inet6Address){   
  8.          System.out.println(ip + 
    " is ipv6 address");   
  9.       }else{   
  10.          System.out.println(ip + " is unrecongized");   
  11.       }   
  12. if(address.isReachable(5000)){   
  13.           System.out.println("SUCCESS - ping " + IP + " with no interface specified");   
  14.       }else{   
  15.          System.out.println("FAILURE - ping " + IP + " with no interface specified");   
  16.       }   
  17.       System.out.println("\n-------Trying different interfaces--------\n");   
  18.       Enumeration<NetworkInterface> netInterfaces =   
  19.             NetworkInterface.getNetworkInterfaces();      
  20. while(netInterfaces.hasMoreElements()) {      
  21.            NetworkInterface ni = netInterfaces.nextElement();      
  22.            System.out.println(  
  23. "Checking interface, DisplayName:" + ni.getDisplayName() + ", Name:" + ni.getName());  
  24. if(address.isReachable(ni, 0, 5000)){   
  25.           System.out.println("SUCCESS - ping " + ip);   
  26.       }else{   
  27.           System.out.println("FAILURE - ping " + ip);   
  28.       }   
  29.       Enumeration<InetAddress> ips = ni.getInetAddresses();      
  30. while(ips.hasMoreElements()) {      
  31.           System.out.println("IP: " + ips.nextElement().getHostAddress());     
  32.       }   
  33.       System.out.println("-------------------------------------------");   
  34.       }   
  35.         }catch(Exception e){   
  36.       System.out.println("error occurs.");   
  37.       e.printStackTrace();   
  38.         }         
  39.  } 

程式輸出

  1. --------------START--------------   
  2. 10.13.20.70 is ipv4 address   
  3. SUCCESS - ping 10.13.20.70 with no interface specified   
  4. -------Trying different interfaces--------   
  5. Checking interface, DisplayName:MS TCP Loopback interface, Name:lo   
  6. FAILURE - ping 10.13.20.70
  7. IP: 127.0.0.1
  8. -------------------------------------------   
  9. Checking interface, DisplayName:Intel(R) Centrino(R) Advanced-N 6200 AGN -   
  10. Teefer2 Miniport, Name:eth0   
  11. FAILURE - ping 10.13.20.70
  12. IP: 9.123.231.40
  13. -------------------------------------------   
  14. Checking interface, DisplayName:Intel(R) 82577LM Gigabit Network Connection -   
  15. Teefer2 Miniport, Name:eth1   
  16. SUCCESS - ping 10.13.20.70
  17. -------------------------------------------   
  18. Checking interface, DisplayName:WAN (PPP/SLIP) Interface, Name:ppp0   
  19. SUCCESS - ping 10.13.20.70
  20. IP: 10.0.50.189
  21. -------------------------------------------   
  22. --------------END-------------- 

從上可以看出isReachable的用法，可以不指定任何介面來判斷遠端網路的可達性，但這不能區分出資料包是從那個網路介面發出去的 (如果本地有多個網路介面的話)；而高階版本的isReachable則可以指定從本地的哪個網路介面測試，這樣可以準確的知道遠端網路可以連通本地的哪個網路介面。

但是，Java本身沒有提供任何方法來判斷本地的哪個IP地址可以連通遠端網路，Java網路程式設計介面也沒有提供方法來訪問ICMP協議資料包，因而通過ICMP的網路不可達資料包實現這一點也是不可能的 (當然可以用JNI來實現，但就和系統平臺相關了 ), 此時可以考慮本文下一節提出的方法。

指定本地和遠端網路地址，判斷兩臺機器之間的可達性

在某些情況下，我們可能要確定本地的哪個網路地址可以連通遠端網路，以便遠端網路可以回連到本地使用某些服務或發出某些通知。一個典型的應用場景是，本地啟動了檔案傳輸服務(如FTP)，需要將本地的某個IP地址傳送到遠端機器，以便遠端機器可以通過該地址下載檔案；或者遠端機器提供某些服務，在某些事件發生時通知註冊了獲取這些事件的機器 ( 常見於系統管理領域 )，因而在註冊時需要提供本地的某個可達 (從遠端) 地址。

雖然我們可以用InetAddress.isReachabl方法判斷出本地的哪個網路介面可連通遠端玩過，但是由於單個網路介面是可以配置多個IP地址的，因而在此並不合適。我們可以使用Socket建立可能的TCP連線，進而判斷某個本地 IP 地址是否可達遠端網路。我們使用java.net.Socket 類中的connect方法。

  1. void connect(SocketAddress endpoint, int timeout)  //使用Socket連線伺服器，指定超時的時間

這種方法需要遠端的某個埠，該埠可以是任何基於TCP協議的開放服務的埠（如一般都會開放的ECHO服務埠7，Linux的SSH服務埠22等）。實際上，建立的TCP連線被協議棧放置在連線佇列，進而分發到真正處理資料的各個應用服務，由於UDP沒有連線的過程，因而基於UDP的服務（如 SNMP）無法在此方法中應用。

具體過程是，列舉本地的每個網路地址，建立本地Socket，在某個埠上嘗試連線遠端地址，如果可以連線上，則說明該本地地址可達遠端網路。

程式清單2：指定本地地址和遠端地址，判斷兩臺機器之間的可達性

  1. void printReachableIP(InetAddress remoteAddr, int port){   
  2.     String retIP = null;   
  3.     Enumeration<NetworkInterface> netInterfaces;   
  4. try{   
  5.       netInterfaces = NetworkInterface.getNetworkInterfaces();   
  6. while(netInterfaces.hasMoreElements()) {      
  7.           NetworkInterface ni = netInterfaces.nextElement();      
  8.           Enumeration<InetAddress> localAddrs = ni.getInetAddresses();   
  9. while(localAddrs.hasMoreElements()){   
  10.               InetAddress localAddr = localAddrs.nextElement();   
  11. if(isReachable(localAddr, remoteAddr, port, 5000)){   
  12.                       retIP = localAddr.getHostAddress();   
  13. break;          
  14.       }   
  15.       }   
  16.         }   
  17.     } catch(SocketException e) {   
  18.         System.out.println(  
  19. "Error occurred while listing all the local network addresses.");   
  20.     }      
  21. if(retIP == null){   
  22.         System.out.println("NULL reachable local IP is found!");   
  23.     }else{   
  24.         System.out.println("Reachable local IP is found, it is " + retIP);   
  25.     }          
  26.  }    
  27. boolean isReachable(InetAddress localInetAddr, InetAddress remoteInetAddr,   
  28. int port, int timeout) {   
  29.     booleanisReachable = false;   
  30.     Socket socket = null;   
  31. try{   
  32.         socket = newSocket();   
  33. // 埠號設定為 0 表示在本地挑選一個可用埠進行連線
  34.         SocketAddress localSocketAddr = new InetSocketAddress(localInetAddr, 0);   
  35.         socket.bind(localSocketAddr);   
  36.         InetSocketAddress endpointSocketAddr =   
  37. new InetSocketAddress(remoteInetAddr, port);   
  38.         socket.connect(endpointSocketAddr, timeout);          
  39.         System.out.println("SUCCESS - connection established! Local: " +   
  40.           localInetAddr.getHostAddress() + " remote: " +   
  41.           remoteInetAddr.getHostAddress() + " port" + port);   
  42.         isReachable = true;   
  43.     } catch(IOException e) {   
  44.         System.out.println("FAILRE - CAN not connect! Local: " +   
  45.       localInetAddr.getHostAddress() + " remote: " +   
  46.       remoteInetAddr.getHostAddress() + " port" + port);   
  47.     } finally{   
  48. if(socket != null) {   
  49. try{   
  50.         socket.close();   
  51.         } catch(IOException e) {   
  52.            System.out.println("Error occurred while closing socket..");   
  53.           }   
  54.         }   
  55.     }   
  56. return isReachable;   
  57.  }  

執行結果

  1. --------------START--------------   
  2.  FAILRE - CAN not connect! Local: 127.0.0.1 remote: 10.8.1.50 port22   
  3.  FAILRE - CAN not connect! Local: 9.123.231.40 remote: 10.8.1.50 port22   
  4.  SUCCESS - connection established! Local: 10.0.50.189 remote: 10.8.1.50 port22   
  5.  Reachable local IP is found, it is 10.0.50.189
  6.  --------------END-------------- 

IPv4和IPv6混合網路下程式設計

當網路環境中存在IPv4和IPv6，即機器既有IPv4地址，又有IPv6地址的時候，我們可以對程式進行一些優化，比如

  • 由於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地址之間的可達性。
  • 對於IPv4的換回地址可以不做判斷，對於IPv6的Linklocal地址也可以跳過測試
  • 根據實際的需要，我們可以優先考慮選擇使用IPv4或者IPv6，提高判斷的效率

程式清單3: 判斷本地地址和遠端地址是否同為IPv4或者IPv6

  1. // 判斷是 IPv4 還是 IPv6 
  2. if(!((localInetAddr instanceofInet4Address) && (remoteInetAddr instanceofInet4Address)   
  3. || (localInetAddr instanceofInet6Address) && (remoteInetAddr instanceofInet6Address))){   
  4. // 本地和遠端不是同時是 IPv4 或者 IPv6，跳過這種情況，不作檢測
  5. break;   
  6. } 

程式清單4：跳過本地地址和LinkLocal地址

  1. if( localAddr.isLoopbackAddress() ||   
  2.     localAddr.isAnyLocalAddress() ||   
  3.     localAddr.isLinkLocalAddress() ){   
  4. // 地址為本地環回地址，跳過
  5. break;   
  6. } 

總結和展望

本文列舉集中典型的場景，介紹了通過Java網路程式設計介面判斷機器之間可達性的幾種方式。在實際應用中，可以根據不同的需要選擇相應的方法稍加修改即可。對於更加特殊的需求，還可以考慮通過JNI的方法直接呼叫系統API來實現，能提供更加強大和靈活的功能，這裡就不再贅述了。

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