如何使用Java測試網絡連通性

概述

在網絡編程中，有時我們需要判斷兩台機器之間的連通性，或者說是一台機器到另一台機器的網絡可達性。在系統層面 的測試中，我們常常用 Ping 命令來做驗證。盡管 Java 提供了比較豐富的網絡編程類庫（包括在應用層的基於 URL 的網 絡資源讀取，基於 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 命令來測試網絡連通 性的方法。本文將介紹如何通過 Java 已有的 API，編程實現各種場景下兩台機器之間的網絡可達性判斷。在下面的章節中 ，我們會使用 Java 網絡編程的一些類庫 java.net.InetAddress 和 java.net.Socket，通過例子解釋如何模擬 Ping 命令 。

簡單判斷兩台機器的可達性

一般情況下，我們僅僅需要判斷從一台機器是否可以訪問（Ping）到另一台機 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程機器是否可達

boolean isReachable(int timeout) // 測試地址是否可達
boolean isReachable(NetworkInterface netif, int ttl, int timeout)
// 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 對象，然後調用其 isReachable 方法，測試調用機器和遠端機器的網絡可達性。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：簡單判斷兩台機器的可達性

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端網絡的 可達性，但這不能區分出數據包是從那個網絡接口發出去的 ( 如果本地有多個網絡接口的話 )；而高級版本的 isReachable 則可以指定從本地的哪個網絡接口測試，這樣可以准確的知道遠端網絡可以連通本地的哪個網絡接口。

但是，Java 本身沒有提供任何方法來判斷本地的哪個 IP 地址可以連通遠端網絡，Java 網絡編程接口也沒有提供 方法來訪問 ICMP 協議數據包，因而通過 ICMP 的網絡不可達數據包實現這一點也是不可能的 ( 當然可以用 JNI 來實現， 但就和系統平台相關了 ), 此時可以考慮本文下一節提出的方法。

指定本地和遠程網絡地址，判斷兩台機器之間的 可達性

在某些情況下，我們可能要確定本地的哪個網絡地址可以連通遠程網絡，以便遠程網絡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，本地啟動了文件傳輸服務 ( 如 FTP)，需要將本地的某個 IP 地址發送 到遠端機器，以便遠端機器可以通過該地址下載文件；或者遠端機器提供某些服務，在某些事件發生時通知注冊了獲取這些 事件的機器 ( 常見於系統管理領域 )，因而在注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絡接口可連通遠程玩過，但是由於單個網絡接口是可以配置多個 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 連接，進而判斷某個本地 IP 地址是否可達遠程網絡。 我們使用 java.net.Socket 類中的 connect 方法

void connect(SocketAddress endpoint, int timeout)  //使用Socket連接服務器，指定超時的時間

這種方法需要遠程的某個端口，該端口可以是任何基於 TCP 協議 的開放服務的端口（如一般都會開放的 ECHO 服務端口 7, Linux 的 SSH 服務端口 22 等）。實際上，建立的 TCP 連接被 協議棧放置在連接隊列，進而分發到真正處理數據的各個應用服務，由於 UDP 沒有連接的過程，因而基於 UDP 的服務（如 SNMP）無法在此方法中應用。

具體過程是，枚舉本地的每個網絡地址，建立本地 Socket，在某個端口上嘗試連接遠 程地址，如果可以連接上，則說明該本地地址可達遠程網絡。

程序清單 2：指定本地地址和遠程地址，判斷兩台機 器之間的可達性

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(); 
        // 端口號設置為 0 表示在本地挑選一個可用端口進行連接
        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; 
 }

運行結果

--------------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--------------

IPv4 和 IPv6 混合網絡下編程

當網絡環境中存在 IPv4 和 IPv6，即 機器既有 IPv4 地址，又有 IPv6 地址的時候，我們可以對程序進行一些優化，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

程序清單 3: 判斷本地地址和遠程地址是否同為 IPv4 或者 IPv6

// 判斷是 

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

程序清單 4：跳過本地地址和 LinkLocal 地址

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

總結和展望

本文列舉集中典型的場景，介紹了通過 Java 網絡編程接口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 直接調用系統 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。