.NET 4.0网络开发入门之旅——我在“网” 中央（下）

.NET 4.0网络开发入门之旅--

    我在“网” 中央（下）

续上篇《.NET 4.0网络开发入门之旅——我在“网” 中央（上）》

 

 

4 我“连网”了吗？
  

     好了，有了前面的铺垫，现在解决判断计算机连网问题水到渠成，其思路很简单：
    （1）检测一下计算机中的所有网络接口状态，只要都为“Down”，没说的，肯定没连网。
    （2）从状态为“Up”的网络接口中选一个（注意排除掉环回接口Loopback），获取其网关和DNS服务器地址，先Ping一下它的网关，如果能Ping通，再Ping一下DNS服务器，看看能不能Ping通。
    如果网关Ping不通，就换一个“Up”的网络接口试一试，重复上述过程，直到检测完了所有“Up”的网络接口。

    现在结果呼之欲出了：
    （1）只要有一个网络接口可以Ping通网关，则“本计算机肯定已连上本地网络。”
    （2）只要有一个网络接口可以Ping通DNS，则“本计算机的本地网络设置没有问题。”除非DNS服务器本身故障（应该发生机率不高）或由于你欠费之类的账号被限制，则“本计算机联上互联网应该没问题”。
    （3）为了真正确认已联上互联网，Ping一个“Well-Known”的网址，比如“百度”，能Ping通则100%确信可以上网了。

    注意：
    某些网站不响应Ping数据包，比如笔者发现微软公司主机就不理会Ping数据包，对其主机的Ping操作将以“超时（TimeOut）”收场。
    
    有的朋友看到这里，不禁会说：
    你这不是多此一举了吗？一上来直接Ping一个互联网主机，不就知道能不能上网了吗？
    呵呵，这怎么说呢？不能上网的原因太多了，如果你的网络应用程序能告之用户更详细的信息：

 

•     无法连接网关，请检查你的网络设置
•     无法连接DNS服务器，您所指定的DNS服务地址“192.168.1.1”可能有误，或者是DNS服务器故障……

 

    是不是更有助于用户定位网络问题？
    我在示例程序中写了一个IsOnline方法实现了前述的连网检测逻辑：

 

static bool IsOnline()
{
    if (NetworkInterface.GetIsNetworkAvailable() == false)
        return false;  //所有网卡都是“Dwon”的
    //选出“Up”的网卡，并且排除掉环回接口
    var query = from nic in NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces()
                   where nic.OperationalStatus == OperationalStatus.Up &&
                   nic.NetworkInterfaceType != NetworkInterfaceType.Loopback
                   select nic;
    foreach (var nic in query)
    {
        //先Ping网关
        Ping pinger = new Ping();
        bool GatewayReady = false;
        foreach (GatewayIPAddressInformation GatewayAddr in
            nic.GetIPProperties().GatewayAddresses)
        {
            PingReply reply = pinger.Send(GatewayAddr.Address);
            if (reply.Status == IPStatus.Success)
            {
                GatewayReady = true;
                break;
            }
        }
        if (GatewayReady == false)
            continue; //所有网关都不通，不再进行下一步测试，直接检测下一个网卡
        //网关Ping通了，可以Ping DNS
        foreach (IPAddress addr in nic.GetIPProperties().DnsAddresses)
        {
            PingReply reply = pinger.Send(addr);
            if (reply.Status == IPStatus.Success)
            {
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}

 

     上述代码中除了没有完成Ping一个“Well-Known”的真实互联网之外，其余的工作都已完成。
    IsOnLine方法返回“True”时，表示本地网络可以Ping通DNS，否则，返回“False”，你可以修改这个方法，让其依据具体情况返回更详细的信息（比如是哪个网卡的网关还是DNS不能Ping通）。
 

   5 让我们“并行”起来！
   

    现在再来一点“Cool”的。

    仔细考虑一下我们的“连网”判断逻辑，不难发现这些Ping操作是可以并行执行的，如果能使用多个线程同时执行Ping操作，无疑可以减少得到“是否可以访问互联网”这一最终结论的时间。

    我们可以将IsOneLine方法转换为多线程版。
    

   使用独立的线程执行每个网络接口的Ping操作，必须等待Ping网关的线程执行结束之后，依据其执行结果再决定是否新开一个线程执行Ping DNS的操作。
    当有一个网卡可以Ping通DNS时，应该通知其它线程停止工作，因为“能否上网”的结论已经得出了。
     

    这里面其实涉及到不少比较复杂的线程同步问题，需要用到多个线程同步对象，并且还涉及到如何中途取消一个线程执行的问题，我在《.NET 4.0面向对象编程漫谈》的《应用篇》中，花了100多页的篇幅讲多线程，其中介绍了.NET 4.0基类库中几乎所有的线程同步对象的用法，并大力推荐推荐使用.NET 4.0的“线程统一取消模型”（参看《应用篇》的16.5 《线程统一取消模型》）来中途取消一个线程的执行。

    读者您能否将IsOneLine方法转换为多线程版，是一块检测您是否真正掌握了多线程技术的试金石。

    在这里，我想向读者介绍如何直接使用TPL（任务并行库）而不是线程达到目的。

    需要仔细分析一下IsOnLine的处理逻辑，看看哪些部分是可以并行的，这些并行操作间有怎样的合作关系。

    很明显，对于多个网络接口的连接检测工作完全是可以并行的，这是第一个任务并行点。
    其次，一个网络接口一般只有一个网关，不需要并行，但一个网络接口可能会有两个以上的DNS服务地址，很明显，这是第二个任务并行点。
    第三，在同时运行的多个并行任务之间，任何一个得到“互联网可达”最终结果的并行任务，需要通知其他任务提前中止执行。

    经过以上考虑，使用并行循环（Parallel.ForEach）而不是Task对象是更合理的选择。Parallel.ForEach可以并行执行一个循环，并且通过ParallelLoopState对象可以提前中止循环，还可以“通知到”其他工作线程。

    以下是使用任务并行库实现的IsOnLine版本：

static bool IsOnlineUseTPL()
{
    if (NetworkInterface.GetIsNetworkAvailable() == false)
        return false;
    //选出所有处于激活状态的网卡
    var query = from nic in NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces()
                where nic.OperationalStatus == OperationalStatus.Up &&
                nic.NetworkInterfaceType != NetworkInterfaceType.Loopback
                select nic;
    int NicReady = 0;  //当有一个网卡的DNS是可达时，此值会大于0.
    //以下开始定义可并行的任务，针对每个网络接口的
    Action<NetworkInterface, ParallelLoopState> PingNetworkInterface =
        (nic, outState) =>
        {
                Ping pinger = new Ping();//Ping网关
                bool GatewayReady = false;
                foreach (GatewayIPAddressInformation GatewayAddr in
                nic.GetIPProperties().GatewayAddresses)
                {
                    if (outState.IsStopped) //其他网卡的Ping循环已被中止
                        return;
                    PingReply reply = pinger.Send(GatewayAddr.Address);
                    if (reply.Status == IPStatus.Success)
                    {
                        GatewayReady = true;
                        break;
                    }
                }
                if (GatewayReady != true)  //网关的都Ping不通，不必再Ping DNS了
                    return;  //结束本网卡的Ping工作
                else //网关是通的，就可并行Ping所有DNS地址
                {
                    Parallel.ForEach(nic.GetIPProperties().DnsAddresses,
                     (dnsaddr, innerState) =>
                    {
                    //其他Ping循环（本网卡的或者是其它网卡的）已被中止
                        if (innerState.IsStopped || outState.IsStopped)
                                                    return;
                        Ping pinger2 = new Ping();
                        PingReply reply = pinger2.Send(dnsaddr);
                        if (reply.Status == IPStatus.Success) //Ping成功
                        {
                            //表明此网卡DNS可达
                            Interlocked.Increment(ref NicReady);  
                            //不需要再进行本并行循环的后继的循环工作
                            innerState.Stop();  
                            outState.Stop();    //上层的并行循环也可以中止了
                            return;
                        }
                     }
                );
                }
            };   //并行任务定义结束
            //执行并行任务
            Parallel.ForEach(query, PingNetworkInterface);
            return NicReady > 0;
        }

    上述代码比较长，用到了一些比较复杂的编程特性，比如“LINQ查询”、“Lambda”表达式，Parallel并行循环等。请读者先仔细阅读《.NET 4.0面向对象编程漫谈》的以下章节扫清知识障碍，再通过阅读代码中的注释，并在Visual Studio中进行调试才能看懂这些代码：

•     8.4节《 匿名方法与Lambda表达式》
•     11.5节《掌握LINQ查询表达式的编写技巧》
•     17.2.3节《实现原子操作--Interlocked》
•     19.3.3节《使用Parallel类编写并行代码》
•     19.3.9 节《并行任务的取消》

    如果希望将并行版本的IsOnlineTPL用于有可视化界面的程序，推荐创建一个新的背景线程执行此方法，然后使用第18章《跨线程访问可视化控件》所介绍的方法将结果“推送”到UI线程中，更新可视化界面（比如就象Windows一样切换显示图片）。

    另外，.NET基类库中有一个NetworkChange密封类，当用户计算机的IP地址改变时（包括用户手动更改的，或者是用户关闭了无线功能等间接原因造成）它可以引发一个NetworkAddressChanged事件，可以在此事件中调用IsOnlineTPL方法重新检测是否网络可达。

 

    6 小结

   由于我的网络环境比较单一，所以没法测试IsOnlineTPL方法是否可以在各种各样的网络环境下正常工作，另外，此方法仅仅检测到DNS是否“通”为止，并没有去Ping一个真正的“互联网主机”，而且有些网络主机可能不理会“Ping”操作发出的数据包，因此，IsOnlineTPL返回false并不一定意味着网络不可达。读者大可以在我的代码的基础上进行完善，或者是设计一个新的更好的实现方案。
    本文仅起一个抛砖引玉的工作，如有错误，敬请朋友们回贴指出，不胜感激！
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 点击下载本文所关联的示例源码

 

 预告：

　　在后面的文章中，.NET网络开发的主角——Socket 将正式登场！