IBM/DW 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。

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

1boolean isReachable(int timeout) // 测试地址是否可达
2boolean isReachable(NetworkInterface netif, int ttl, int timeout)
3// 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。
01void isAddressAvailable(String ip){
02    try{
03      InetAddress address = InetAddress.getByName(ip);//ping this IP
04       
05      if(address instanceof java.net.Inet4Address){
06         System.out.println(ip + " is ipv4 address");
07      }else
08        if(address instanceof java.net.Inet6Address){
09         System.out.println(ip + " is ipv6 address");
10      }else{
11         System.out.println(ip + " is unrecongized");
12      }
13       
14      if(address.isReachable(5000)){
15          System.out.println("SUCCESS - ping " + IP + " with no interface specified");
16      }else{
17         System.out.println("FAILURE - ping " + IP + " with no interface specified");
18      }
19       
20      System.out.println("\n-------Trying different interfaces--------\n");
21       
22      Enumeration<NetworkInterface> netInterfaces =
23            NetworkInterface.getNetworkInterfaces();   
24      while(netInterfaces.hasMoreElements()) {   
25           NetworkInterface ni = netInterfaces.nextElement();   
26           System.out.println(
27"Checking interface, DisplayName:" + ni.getDisplayName() + ", Name:" + ni.getName());
28     if(address.isReachable(ni, 0, 5000)){
29          System.out.println("SUCCESS - ping " + ip);
30      }else{
31          System.out.println("FAILURE - ping " + ip);
32      }
33       
34      Enumeration<InetAddress> ips = ni.getInetAddresses();   
35      while(ips.hasMoreElements()) {   
36          System.out.println("IP: " + ips.nextElement().getHostAddress());  
37      }
38      System.out.println("-------------------------------------------");
39      }
40        }catch(Exception e){
41      System.out.println("error occurs.");
42      e.printStackTrace();
43        }      
44 }
程序输出：
01--------------START--------------
02 
03 10.13.20.70 is ipv4 address
04 SUCCESS - ping 10.13.20.70 with no interface specified
05 
06 -------Trying different interfaces--------
07 
08 Checking interface, DisplayName:MS TCP Loopback interface, Name:lo
09 FAILURE - ping 10.13.20.70
10 IP: 127.0.0.1
11 -------------------------------------------
12 Checking interface, DisplayName:Intel(R) Centrino(R) Advanced-N 6200 AGN -
13 Teefer2 Miniport, Name:eth0
14 FAILURE - ping 10.13.20.70
15 IP: 9.123.231.40
16 -------------------------------------------
17 Checking interface, DisplayName:Intel(R) 82577LM Gigabit Network Connection -
18 Teefer2 Miniport, Name:eth1
19 SUCCESS - ping 10.13.20.70
20 -------------------------------------------
21 Checking interface, DisplayName:WAN (PPP/SLIP) Interface, Name:ppp0
22 SUCCESS - ping 10.13.20.70
23 IP: 10.0.50.189
24 -------------------------------------------
25 
26 --------------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

1void 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。

01void printReachableIP(InetAddress remoteAddr, int port){
02    String retIP = null;
03     
04    Enumeration<NetworkInterface> netInterfaces;
05    try{
06      netInterfaces = NetworkInterface.getNetworkInterfaces();
07      while(netInterfaces.hasMoreElements()) {   
08          NetworkInterface ni = netInterfaces.nextElement();   
09          Enumeration<InetAddress> localAddrs = ni.getInetAddresses();
10          while(localAddrs.hasMoreElements()){
11              InetAddress localAddr = localAddrs.nextElement();
12              if(isReachable(localAddr, remoteAddr, port, 5000)){
13                      retIP = localAddr.getHostAddress();
14                      break;       
15      }
16      }
17        }
18    } catch(SocketException e) {
19        System.out.println(
20    "Error occurred while listing all the local network addresses.");
21    }   
22    if(retIP == null){
23        System.out.println("NULL reachable local IP is found!");
24    }else{
25        System.out.println("Reachable local IP is found, it is " + retIP);
26    }       
27 } 
28     
29 boolean isReachable(InetAddress localInetAddr, InetAddress remoteInetAddr,
30                   int port, int timeout) {
31 
32    booleanisReachable = false;
33    Socket socket = null;
34    try{
35        socket = newSocket();
36        // 端口号设置为 0 表示在本地挑选一个可用端口进行连接
37        SocketAddress localSocketAddr = new InetSocketAddress(localInetAddr, 0);
38        socket.bind(localSocketAddr);
39        InetSocketAddress endpointSocketAddr =
40        new InetSocketAddress(remoteInetAddr, port);
41        socket.connect(endpointSocketAddr, timeout);       
42        System.out.println("SUCCESS - connection established! Local: " +
43          localInetAddr.getHostAddress() + " remote: " +
44          remoteInetAddr.getHostAddress() + " port" + port);
45        isReachable = true;
46    } catch(IOException e) {
47        System.out.println("FAILRE - CAN not connect! Local: " +
48      localInetAddr.getHostAddress() + " remote: " +
49      remoteInetAddr.getHostAddress() + " port" + port);
50    } finally{
51        if(socket != null) {
52        try{
53        socket.close();
54        } catch(IOException e) {
55           System.out.println("Error occurred while closing socket..");
56          }
57        }
58    }
59    return isReachable;
60 }
运行结果
1--------------START--------------
2 
3 FAILRE - CAN not connect! Local: 127.0.0.1 remote: 10.8.1.50 port22
4 FAILRE - CAN not connect! Local: 9.123.231.40 remote: 10.8.1.50 port22
5 SUCCESS - connection established! Local: 10.0.50.189 remote: 10.8.1.50 port22
6 Reachable local IP is found, it is 10.0.50.189
7 
8--------------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
2 if(!((localInetAddr instanceofInet4Address) && (remoteInetAddr instanceofInet4Address)
3 || (localInetAddr instanceofInet6Address) && (remoteInetAddr instanceofInet6Address))){
4 // 本地和远程不是同时是 IPv4 或者 IPv6，跳过这种情况，不作检测
5 break;
6 }
跳过本地地址和 LinkLocal 地址
1if( localAddr.isLoopbackAddress() ||
2     localAddr.isAnyLocalAddress() ||
3     localAddr.isLinkLocalAddress() ){
4     // 地址为本地环回地址，跳过
5     break;
6 }
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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