概述
在網路程式設計中，有時我們需要判斷兩臺機器之間的連通性，或者說是一臺機器到另一臺機器的網路可達性。在系統層面的測試中，我們常常用 Ping 命令來做驗證。儘管 Java 提供了比較豐富的網路程式設計類庫（包括在應用層的基於 URL 的網路資源讀取，基於 TCP/IP 層的 Socket 程式設計，以及一些輔助的類庫），但是沒有直接提供類似 Ping 命令來測試網路連通性的方法。本文將介紹如何通過 Java 已有的 API，程式設計實現各種場景下兩臺機器之間的網路可達性判斷。在下面的章節中，我們會使用 Java 網路程式設計的一些類庫 java.net.InetAddress 和 java.net.Socket，通過例子解釋如何模擬 Ping 命令。
簡單判斷兩臺機器的可達性
一般情況下，我們僅僅需要判斷從一臺機器是否可以訪問（Ping）到另一臺機器，此時，可以簡單的使用 Java 類庫中 java.net.InetAddress 類來實現，這個類提供了兩個方法探測遠端機器是否可達
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boolean isReachable(int timeout) // 測試地址是否可達 boolean isReachable(NetworkInterface netif, int ttl, int timeout) // 測試地址是否可達. |
簡單說來，上述方法就是通過遠端機器的 IP 地址構造 InetAddress 物件，然後呼叫其 isReachable 方法，測試呼叫機器和遠端機器的網路可達性。注意到遠端機器可能有多個 IP 地址，因而可能要迭代的測試所有的情況。
清單 1：簡單判斷兩臺機器的可達性
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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(); } } |
程式輸出
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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-------------- |
從上可以看出 isReachable 的用法，可以不指定任何介面來判斷遠端網路的可達性，但這不能區分出資料包是從那個網路介面發出去的 ( 如果本地有多個網路介面的話 )；而高階版本的 isReachable 則可以指定從本地的哪個網路介面測試，這樣可以準確的知道遠端網路可以連通本地的哪個網路介面。
但是，Java 本身沒有提供任何方法來判斷本地的哪個 IP 地址可以連通遠端網路，Java 網路程式設計介面也沒有提供方法來訪問 ICMP 協議資料包，因而通過 ICMP 的網路不可達資料包實現這一點也是不可能的 ( 當然可以用 JNI 來實現，但就和系統平臺相關了 ), 此時可以考慮本文下一節提出的方法。
指定本地和遠端網路地址，判斷兩臺機器之間的可達性
在某些情況下，我們可能要確定本地的哪個網路地址可以連通遠端網路，以便遠端網路可以回連到本地使用某些服務或發出某些通知。一個典型的應用場景是，本地啟動了檔案傳輸服務 ( 如 FTP)，需要將本地的某個 IP 地址傳送到遠端機器，以便遠端機器可以通過該地址下載檔案；或者遠端機器提供某些服務，在某些事件發生時通知註冊了獲取這些事件的機器 ( 常見於系統管理領域 )，因而在註冊時需要提供本地的某個可達 ( 從遠端 ) 地址。
雖然我們可以用 InetAddress.isReachabl 方法判斷出本地的哪個網路介面可連通遠端玩過，但是由於單個網路介面是可以配置多個 IP 地址的，因而在此並不合適。我們可以使用 Socket 建立可能的 TCP 連線，進而判斷某個本地 IP 地址是否可達遠端網路。我們使用 java.net.Socket 類中的 connect 方法
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void connect(SocketAddress endpoint, int timeout) //使用Socket連線伺服器，指定超時的時間 |
這種方法需要遠端的某個埠，該埠可以是任何基於 TCP 協議的開放服務的埠（如一般都會開放的 ECHO 服務埠 7, Linux 的 SSH 服務埠 22 等）。實際上，建立的 TCP 連線被協議棧放置在連線佇列，進而分發到真正處理資料的各個應用服務，由於 UDP 沒有連線的過程，因而基於 UDP 的服務（如 SNMP）無法在此方法中應用。
具體過程是，列舉本地的每個網路地址，建立本地 Socket，在某個埠上嘗試連線遠端地址，如果可以連線上，則說明該本地地址可達遠端網路。
程式清單 2：指定本地地址和遠端地址，判斷兩臺機器之間的可達性
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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(); // 埠號設定為 0 表示在本地挑選一個可用埠進行連線 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; } |
執行結果
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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 混合網路下程式設計
當網路環境中存在 IPv4 和 IPv6，即機器既有 IPv4 地址，又有 IPv6 地址的時候，我們可以對程式進行一些優化，比如
● 由於 IPv4 和 IPv6 地址之間是無法互相訪問的，因此僅需要判斷 IPv4 地址之間和 IPv6 地址之間的可達性。
● 對於 IPv4 的換回地址可以不做判斷，對於 IPv6 的 Linklocal 地址也可以跳過測試
● 根據實際的需要，我們可以優先考慮選擇使用 IPv4 或者 IPv6，提高判斷的效率
程式清單 3: 判斷本地地址和遠端地址是否同為 IPv4 或者 IPv6
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// 判斷是 IPv4 還是 IPv6 if(!((localInetAddr instanceofInet4Address) && (remoteInetAddr instanceofInet4Address) || (localInetAddr instanceofInet6Address) && (remoteInetAddr instanceofInet6Address))){ // 本地和遠端不是同時是 IPv4 或者 IPv6，跳過這種情況，不作檢測 break; } |
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if( localAddr.isLoopbackAddress() || localAddr.isAnyLocalAddress() || localAddr.isLinkLocalAddress() ){ // 地址為本地環回地址，跳過 break; } |
總結和展望
本文列舉集中典型的場景，介紹了通過 Java 網路程式設計介面判斷機器之間可達性的幾種方式。在實際應用中，可以根據不同的需要選擇相應的方法稍加修改即可。對於更加特殊的需求，還可以考慮通過 JNI 的方法直接呼叫系統 API 來實現，能提供更加強大和靈活的功能，這裡就不再贅述了。