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使用Java 测试两台电脑连通性的几种方法

背景

       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

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

       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。

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

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

       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。

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
1、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。
2、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
3、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:

// 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;
 }

       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。

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