使用 Java 测试网络连通性的几种方法

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-01-05 12:58 185阅读 0赞

**目录**

概述

简单判断两台机器的可达性

清单 1：简单判断两台机器的可达性

指定本地和远程网络地址，判断两台机器之间的可达性

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

IPv4 和 IPv6 混合网络下编程

程序清单 3: 判断本地地址和远程地址是否同为 IPv4 或者 IPv6

程序清单 4：跳过本地地址和 LinkLocal 地址

结束语

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## 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.

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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 ###

public static 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();
            }
        }

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) throws IOException {
            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) throws IOException {
    
            boolean isReachable = false;
            Socket socket = null;
            try {
                socket = new Socket();
                // 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;
        }

## 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; }

## 结束语 ##

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。

原文链接： [https://developer.ibm.com/zh/languages/java/articles/j-lo-connectiontest/][https_developer.ibm.com_zh_languages_java_articles_j-lo-connectiontest]

[https_developer.ibm.com_zh_languages_java_articles_j-lo-connectiontest]: https://developer.ibm.com/zh/languages/java/articles/j-lo-connectiontest/