本文部分內(nèi)容參考Linux C/C++ 開(kāi)發(fā)（學(xué)習(xí)筆記九 ）：DNS協(xié)議與請(qǐng)求的實(shí)現(xiàn)_菊頭蝙蝠的博客-博客_struct dns

?域名系統(tǒng)（英文：Domain Name System，縮寫(xiě)：DNS）的作用是將人類(lèi)可讀的域名 (如，www.example.com) 轉(zhuǎn)換為機(jī)器可讀的 IP 地址(如，192.0.2.44)。

?域名系統(tǒng)是分層次的。在域名系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，各種域名都隸屬于域名系統(tǒng)根域的下級(jí)。域名的第一級(jí)是頂級(jí)域，它包括通用頂級(jí)域，例如 .com、.net 和 .org；以及國(guó)家和 地區(qū)頂級(jí)域，例如 .us、.cn 和 .tk。頂級(jí)域名下一層是二級(jí)域名，一級(jí)一級(jí)地往下。這 些域名向人們提供注冊(cè)服務(wù)，人們可以用它創(chuàng)建公開(kāi)的互聯(lián)網(wǎng)資源或運(yùn)行網(wǎng)站。頂級(jí)域名的管理服務(wù)由對(duì)應(yīng)的域名注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)（域名注冊(cè)局）負(fù)責(zé)，注冊(cè)服務(wù)通常由域名注冊(cè)商負(fù)責(zé)。

授權(quán)型DNS——一種授權(quán)型DNS服務(wù)提供一種更新機(jī)制，供開(kāi)發(fā)人員用于管理其公用DNS名稱。然后，它響應(yīng)DNS查詢，將域名轉(zhuǎn)換為IP地址，以便計(jì)算機(jī)可以相互通信。授權(quán)型DNS對(duì)域有最終授權(quán)且負(fù)責(zé)提供遞歸型DNS服務(wù)器對(duì)IP地址信息的響應(yīng)。阿里云是一種授權(quán)型DNS系統(tǒng)。

遞歸型DNS——客戶端通常不會(huì)對(duì)授權(quán)型DNS服務(wù)直接進(jìn)行查詢。而是通常連接到稱為解析程序的其他DNS服務(wù)，或遞歸型DNS服務(wù)。遞歸型DNS服務(wù)就像是旅館的門(mén)童：盡管沒(méi)有任何自身的DNS記錄，但是可充當(dāng)代表您獲得DNS信息的中間程序。如果遞歸型DNS擁有已緩存或存儲(chǔ)一段時(shí)間的DNS參考，那么它會(huì)通過(guò)提供源或IP信息來(lái)響應(yīng)DNS查詢。如果沒(méi)有，則它會(huì)將查詢傳遞到一個(gè)或多個(gè)授權(quán)型DNS服務(wù)器以查找信息。

DNS server內(nèi)的每一個(gè)網(wǎng)域都有自己的檔案，這個(gè)檔案一般會(huì)稱為區(qū)域檔案，如”named.ca”或”named.local” 檔案…等等。?區(qū)域檔案是由多個(gè)記錄組成的，每一個(gè)記錄稱為資源記錄(Resource Record，簡(jiǎn)稱RR)。?當(dāng)在設(shè)定DNS名稱解析、反向解析及其他的管理目的時(shí)，需要使用不同類(lèi)型的RR，底下將介紹常用的RR類(lèi)型及表示法。

A 記錄（地址） ─ 指定域名對(duì)應(yīng)的 IPv4 地址記錄。

AAAA 記錄（地址） ─ 指定域名對(duì)應(yīng)的 IPv6 地址記錄。

PTR 記錄（反向記錄） ─ PTR 記錄用于定義與 IP 地址相關(guān)聯(lián)的名稱。 PTR 記錄 是 A 或 AAAA 記錄的逆。 PTR 記錄是唯一的，因?yàn)樗鼈円?.arpa 根開(kāi)始并被委派 給 IP 地址的所有者。（反向DNS查找或反向DNS解析（rDNS）是查詢域名系統(tǒng)（DNS）來(lái)確定IP地址關(guān)聯(lián)的域名的技術(shù)——通常的“轉(zhuǎn)發(fā)”的反向DNS查找域名的IP地址。反向DNS查詢的過(guò)程使用PTR記錄。互聯(lián)網(wǎng)的反向DNS數(shù)據(jù)庫(kù)植根于 .arpa 頂級(jí)域名。）

主機(jī)名到IP地址映射有兩種方式：

?

級(jí)別最低的域名寫(xiě)在左邊，級(jí)別最高的域名寫(xiě)在右邊。域名服務(wù)主要是基于UDP 實(shí)現(xiàn)的，服務(wù)器的端口號(hào)為 53。

域名需要由遍及全世界的域名服務(wù)器去解析，域名服務(wù)器實(shí)際上就是裝有域名系統(tǒng)的主機(jī)。由高向低進(jìn)行層次劃分，可分為以下幾大類(lèi)：

權(quán)限（權(quán)威）域名服務(wù)器：當(dāng)遞歸解析器收到來(lái)自 TLD 域名服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)，該響應(yīng)會(huì)將解析器定向到權(quán)威性域名服務(wù)器。權(quán)威性域名服務(wù)器通常是解析器查找 IP 地址過(guò)程中的最后一步。權(quán)威名稱服務(wù)器包含特定于其服務(wù)域名的信息（例如，google.com），并且它可為遞歸解析器提供在DNS A記錄中找到的服務(wù)器的 IP 地址，或者如果該域具有?CNAME記錄（別名），它將為遞歸解析器提供一個(gè)別名域，這時(shí)遞歸解析器將必須執(zhí)行全新 DNS 查找，以便從權(quán)威性域名服務(wù)器獲取記錄（通常為包含 IP 地址的 A 記錄）。

本地域名服務(wù)器：當(dāng)一個(gè)主機(jī)發(fā)出 DNS 查詢請(qǐng)求的時(shí)候，這個(gè)查詢請(qǐng)求首先就是發(fā)給本地域名服務(wù)器的。

域名解析總體可分為兩大步驟，第一個(gè)步驟是本機(jī)向本地域名服務(wù)器發(fā)出一個(gè) DNS 請(qǐng)求報(bào)文，報(bào)文里攜帶需要查詢的域名；第二個(gè)步驟是本地域名服務(wù)器向本機(jī)回應(yīng)一個(gè) DNS 響應(yīng) 報(bào)文，里面包含域名對(duì)應(yīng)的 IP 地址。從下面對(duì) 0voice.com 進(jìn)行域名解析的報(bào)文中可明顯 看出這兩大步驟。注意：第二大步驟中采用的是迭代查詢，其實(shí)是包含了很多小步驟的， 詳情見(jiàn)下面的流程分析

圖2-18所示的例子利用了遞歸查詢和迭代查詢。從cse.nyu.edu到dns.nyu.edu發(fā)出的查詢是遞歸查詢，因?yàn)樵摬樵円宰约旱拿x請(qǐng)求dns.nyu.edu來(lái)獲得該映射。而后繼的3個(gè)查詢是迭代查詢，因?yàn)樗械幕卮鸲际侵苯臃祷亟odns.nyu.edu。從理論上講，任何DNS查詢既可以是迭代的也能是遞歸的。例如，圖2-19顯示了一條DNS查詢鏈，其中的所有查詢都是遞歸的。實(shí)踐中，查詢通常遵循圖2-18中的模式：從請(qǐng)求主機(jī)到本地DNS服務(wù)器的查詢是遞歸的，其余的查詢是迭代的。

會(huì)話標(biāo)識(shí)（2字節(jié)）：是DNS報(bào)文的ID標(biāo)識(shí)，對(duì)于請(qǐng)求報(bào)文和其對(duì)應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文，這個(gè)字段是相同的，通過(guò)它可以區(qū)分DNS應(yīng)答報(bào)文是哪個(gè)請(qǐng)求的響應(yīng)。?

標(biāo)志（2字節(jié)）：

查詢名：長(zhǎng)度不固定，且不使用填充字節(jié)，一般該字段表示的就是需要查詢的域名（如果是反向查詢，則為IP,反向查詢即由IP地址反查域名），一般的格式如下圖所示

源記錄（RR）包括回答區(qū)域，授權(quán)區(qū)域和附加區(qū)域

域名（2字節(jié)或不定長(zhǎng)）：它的格式和Queries區(qū)域的查詢名字字段是一樣的。有一點(diǎn)不同就是，當(dāng)報(bào)文中域名重復(fù)出現(xiàn)的時(shí)候，該字段使用2個(gè)字節(jié)的偏移指針來(lái)表示。比如，在資源記錄中，域名通常是查詢問(wèn)題部分的域名的重復(fù)，因此用2字節(jié)的指針來(lái)表示，具體格式是最前面的兩個(gè)高位是11，用于識(shí)別指針。其余的14位從DNS報(bào)文的開(kāi)始處計(jì)數(shù)（從0開(kāi)始），指出該報(bào)文中的相應(yīng)字節(jié)數(shù)。一個(gè)典型的例子，C00C(1100000000001100，12 正好是頭部的長(zhǎng)度，其正好指向 Queries 區(qū)域的查詢名字字段)。

查詢類(lèi)型：表明資源記錄的類(lèi)型，如前文中查詢類(lèi)型表格所示

查詢類(lèi)：對(duì)于Internet信息，總是IN

生存時(shí)間（TTL）:以秒為單位，表示的是資源記錄的聲明周期，一般用于當(dāng)?shù)刂方馕龀绦蛉〕鲑Y源記錄后決定保存及使用緩存數(shù)據(jù)的時(shí)間，它同時(shí)也可以表明該資源記錄的穩(wěn)定程度，極為穩(wěn)定的信息會(huì)被分配一個(gè)很大的值（比如86400，這是一天的秒數(shù)）

從上到下分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層

可展開(kāi)觀察DNS協(xié)議的具體細(xì)節(jié)

struct dns_header{
    unsigned short id;
    unsigned short flags;
    unsigned short questions;
    unsigned short answers;
    unsigned short authority;
    unsigned short additional;
};

struct dns_question{
    int length;
    unsigned short qtype;
    unsigned short qclass;
    char* name;//域名
};

//client send to dns server
int dns_create_header(dns_header* header){
    if(header==NULL) return -1;
    memset(header,0,sizeof(header));

    //random
    srandom(time(NULL));//設(shè)置種子(因?yàn)榉N子根據(jù)時(shí)間有關(guān)，每次random也會(huì)變，因此這是一個(gè)線程不安全的)
    header->id=random();//獲得隨機(jī)數(shù)

    header->flags=htons(0x0100);//轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
    header->questions=htons(1);//每次查詢一個(gè)域名
    return 0;

}

strdup函數(shù)聲明

#includechar *strdup(const char *s);

函數(shù)介紹：

strdup（）函數(shù)是c語(yǔ)言中常用的一種字符串拷貝庫(kù)函數(shù)，一般和free（）函數(shù)成對(duì)出現(xiàn)。

strdup()在內(nèi)部調(diào)用了malloc()為變量分配內(nèi)存，不需要使用返回的字符串時(shí)，需要用free()釋放相應(yīng)的內(nèi)存空間，否則會(huì)造成內(nèi)存泄漏。該函數(shù)的返回值是返回一個(gè)指針,指向?yàn)閺?fù)制字符串分配的空間;如果分配空間失敗,則返回NULL值。

strtok() 函數(shù)聲明

char *strtok(char *str, const char *delim)

• str?-- 要被分解成一組小字符串的字符串。
• delim?-- 包含分隔符的 C 字符串。

返回值：該函數(shù)返回被分解的第一個(gè)子字符串，如果沒(méi)有可檢索的字符串，則返回一個(gè)空指針。?

char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n)

把?src?所指向的字符串復(fù)制到?dest，最多復(fù)制?n?個(gè)字符。當(dāng) src 的長(zhǎng)度小于 n 時(shí)，dest 的剩余部分將用空字節(jié)填充。

• dest?-- 指向用于存儲(chǔ)復(fù)制內(nèi)容的目標(biāo)數(shù)組。
• src?-- 要復(fù)制的字符串。
• n?-- 要從源中復(fù)制的字符數(shù)。

該函數(shù)返回最終復(fù)制的字符串。

//創(chuàng)建question
//hostname:www.baidu.com
//name:3www5baidu3com'\0'
int dns_create_question(dns_question* question,const char* hostname){
    if(question==NULL||hostname==NULL) return -1;
    memset(question,0,sizeof(question));
    question->name=(char*)malloc(strlen(hostname)+2);//因?yàn)橐袛嘟Y(jié)尾'\0'，然后再補(bǔ)充一個(gè)開(kāi)頭3
    if(question->name==NULL){//如果內(nèi)存分配失敗
        return -2;
    }
    question->length=strlen(hostname)+2;
    question->qtype=htons(1);//查詢類(lèi)型，（1表示：由域名獲得 IPv4 地址）
    question->qclass=htons(1);//通常為 1，表明是 Internet 數(shù)據(jù)

    //hostname->name
    const char delim[2]=".";//分隔符,末尾補(bǔ)個(gè)'\0'
    char* qname=question->name;
    char* hostname_dup=strdup(hostname);//復(fù)制一份hostname  --->malloc(所以后續(xù)要free)
    char* token=strtok(hostname_dup,delim);
    while(token!=NULL){
        size_t len=strlen(token);//第一個(gè)循環(huán)token為www,len=3
        *qname=len;//先把長(zhǎng)度放上去
        qname++;
        strncpy(qname,token,len+1);//復(fù)制www，這里不+1也是可以的，這樣是為了把最后的'\0'也復(fù)制過(guò)來(lái),因?yàn)樽詈笠矔?huì)被覆蓋的。(如果這邊不+1，最后一步，需要額外加上'\0')
        qname+=len;
        token=strtok(NULL,delim);//因?yàn)樯弦淮?，token獲取還未結(jié)束，因此可以指定NULL即可。(注意：要依賴上一次的結(jié)果，因此也是線程不安全的)
    }
    free(hostname_dup);

}

//struct dns_header* header
//struct dns_question* question
//把上面兩個(gè)合到request中 返回長(zhǎng)度
int dns_build_requestion(dns_header* header,dns_question* question,char* request,int rlen){
    if(header==NULL||question==NULL||request==NULL) return -1;
    memset(request,0,rlen);

    //header-->request
    memcpy(request,header,sizeof(dns_header));//把header的數(shù)據(jù) 拷貝 到request中
    int offset=sizeof(dns_header);

    //question-->request
    memcpy(request+offset,question->name,question->length);
    offset+=question->length;
    memcpy(request+offset,&question->qtype,sizeof(question->qtype));
    offset+=sizeof(question->qtype);
    memcpy(request+offset,&question->qclass,sizeof(question->qclass));
    offset+=sizeof(question->qclass);
    return offset;
}

int dns_client_commit(const char* domin){
    int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//創(chuàng)建sockfd,AF_INET表示ipv4, SOCK_DGRAM為報(bào)文方式(UDP);
    if(sockfd<0){//創(chuàng)建失敗
        return -1;
    }
    struct sockaddr_in servaddr={0};//服務(wù)器地址(sockaddr_in存儲(chǔ))
    servaddr.sin_family=AF_INET;//協(xié)議簇
    servaddr.sin_port=htons(DNS_SERVER_PORT);//端口
    servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(DNS_SERVER_IP);//添加dns服務(wù)器ip

    int ret=connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));//目的是為sendto開(kāi)辟一條路徑, 
    printf("connect:%d",ret);

    dns_header header={0};
    dns_create_header(&header);
    dns_question question={0};
    dns_create_question(&question,domin);

    char request[1024]={0};//假設(shè)定義為1024長(zhǎng)度
    int length = dns_build_requestion(&header,&question,request,1024);

    //request 發(fā)送請(qǐng)求
    int slen=sendto(sockfd,request,length,0,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(struct sockaddr));

    //receive from 接受數(shù)據(jù)
    char response[1024]={0};
    struct sockaddr_in addr;
    size_t addr_len=sizeof(struct sockaddr_in);
    int n = recvfrom(sockfd,response,sizeof(response),0,(struct sockaddr*)&addr,(socklen_t*)&addr_len);
    printf("recvfrom:%d \n",n);
    for(int i=0;i

void *calloc(size_t nitems, size_t size)

void bzero(void *s, int n);

typedef struct dns_item{
    char *domain;
    char *ip;
}dns_item;

int is_pointer(int in) {  //in與0xc0相與，結(jié)果等于0xc0時(shí)為真 192
    return ((in & 0xC0) == 0xC0);
}

//參數(shù)1：存放DNS服務(wù)器返回結(jié)果的緩沖區(qū)  參數(shù)2：指向返回結(jié)果某一區(qū)域的指針 參數(shù)3存放Answer中name字段的緩沖區(qū)
//將Answer中name字段放入緩沖區(qū)
void dns_parse_name(unsigned char *chunk, unsigned char *ptr, char *out, int *len) {
    int flag = 0, n = 0, alen = 0;
    char *pos = out + (*len);  //pos指向

    while (1) {

        flag = (int)ptr[0];
        if (flag == 0) break;

        if (is_pointer(flag)) {

            n = (int)ptr[1];
            ptr = chunk + n;
            dns_parse_name(chunk, ptr, out, len);
            break;

        } else {

            ptr ++;
            memcpy(pos, ptr, flag);
            pos += flag;
            ptr += flag;

            *len += flag;
            if ((int)ptr[0] != 0) {
                memcpy(pos, ".", 1);
                pos += 1;
                (*len) += 1;
            }
        }

    }
}

// 參數(shù)1：存放dns服務(wù)器返回結(jié)果的緩沖區(qū)  參數(shù)2：指向dns_item結(jié)構(gòu)體的指針
int dns_parse_response(char *buffer, struct dns_item **domains){
    int i = 0;
    unsigned char *ptr = (unsigned char* )buffer;  //ptr是指向buffer的指針

    ptr += 4;  //向后移動(dòng)4字節(jié)
    //將一個(gè)無(wú)符號(hào)短整型數(shù)從網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為主機(jī)字節(jié)順序
    int querys = ntohs(*(unsigned short*)ptr); //獲取questions字段 查詢問(wèn)題區(qū)域節(jié)的數(shù)量

    ptr += 2;
    int answers = ntohs(*(unsigned short*)ptr);//獲取Answer RRs字段

    ptr += 6;  //指向Queries字段
    for (i = 0;i< querys;i ++) { //此處循環(huán)目的是跳過(guò)查詢字段
        while (1) {
            int flag = (int)ptr[0]; //第一部分的長(zhǎng)度
            ptr += (flag + 1);  //ptr指向下一部分

            if (flag == 0) break;  //查詢名的結(jié)尾為0
        }
        ptr += 4; //指向回答區(qū)域
    }

    char cname[128], aname[128], ip[20], netip[4];
    int len, type, ttl, datalen;

    int cnt = 0;
    struct dns_item *list = (struct dns_item*)calloc(answers, sizeof(struct dns_item)); //為dns_item結(jié)構(gòu)體分配內(nèi)存空間
    if (list == NULL) {
        return -1;
    }

    for (i = 0;i< answers;i ++) {

        bzero(aname, sizeof(aname));  //將aname空間元素置為0
        len = 0;
        //ptr指向Answers字段  將buffer中answer的Name字段放入aname中
        dns_parse_name((unsigned char* )buffer, ptr, aname, &len);
        ptr += 2;

        type = htons(*(unsigned short*)ptr);
        ptr += 4;

        ttl = htons(*(unsigned short*)ptr);
        ptr += 4;

        datalen = ntohs(*(unsigned short*)ptr);
        ptr += 2;

        if (type == DNS_CNAME) {

            bzero(cname, sizeof(cname));
            len = 0;
            dns_parse_name((unsigned char* )buffer, ptr, cname, &len);
            ptr += datalen;

        } else if (type == DNS_HOST) {

            bzero(ip, sizeof(ip));

            if (datalen == 4) {
                memcpy(netip, ptr, datalen);
                inet_ntop(AF_INET , netip , ip , sizeof(struct sockaddr));

                printf("%s has address %s\n" , aname, ip);
                printf("\tTime to live: %d minutes , %d seconds\n", ttl / 60, ttl % 60);

                list[cnt].domain = (char *)calloc(strlen(aname) + 1, 1);
                memcpy(list[cnt].domain, aname, strlen(aname));

                list[cnt].ip = (char *)calloc(strlen(ip) + 1, 1);
                memcpy(list[cnt].ip, ip, strlen(ip));

                cnt ++;
            }

            ptr += datalen;
        }
    }

    *domains = list;
    ptr += 2;

    return cnt;
}

int main(int argc,char* argv[]){
    if(argc<2) return -1;
    dns_client_commit(argv[1]);
    return 0;
}