使用 Java 测试网络连通性的几种方法

来源：IBM DeveloperWorks

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

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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

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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

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

1	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

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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

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

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// 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

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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。