使用Java测试网络连通性的几种方法

使用Java测试网络连通性的几种方法

发表于2012-11-28 08:41| 1528次阅读| 来源IBM DeveloperWorks| 4 条评论|
作者吴校军 刘冠群

Java编程语言API

摘要：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。

概述

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。

简单判断两台机器的可达性

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

boolean isReachable(int timeout) // 测试地址是否可达  
boolean isReachable(NetworkInterface netif, int ttl, int timeout)   
// 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。

清单1：简单判断两台机器的可达性

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();   
        }         
 } 

程序输出

--------------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-------------- 

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。

指定本地和远程网络地址，判断两台机器之间的可达性

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。

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。

程序清单2：指定本地地址和远程地址，判断两台机器之间的可达性

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();   
        // 端口号设置为 0 表示在本地挑选一个可用端口进行连接  
        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;   
 }  

运行结果

--------------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混合网络下编程

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

程序清单3: 判断本地地址和远程地址是否同为IPv4或者IPv6

// 判断是 IPv4 还是 IPv6   
if(!((localInetAddr instanceofInet4Address) && (remoteInetAddr instanceofInet4Address)   
|| (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  
break;   
} 

程序清单4：跳过本地地址和LinkLocal地址

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

总结和展望

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。