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。

使用 Java 测试网络连通性的几种方法

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

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

程序输出

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

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

运行结果

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

程序清单 4:跳过本地地址和 LinkLocal 地址

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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