域名系统 DNS

DNS 概述

域名系统 DNS(Domain Name System)是因特网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字转换成为 IP 地址。域名系统其实就是名字系统。为什么不叫“名字”而叫“域名”呢？这是因为在这种因特网的命名系统中使用了许多的“域(domain)”，因此就出现了“域名”这个名词。“域名系统”明确地指明这种系统是应用在因特网中。我们都知道，IP 地址是由 32 位的二进制数字组成的。用户与因特网上某台主机通信时，显然不愿意使用很难记忆的长达 32 位的二进制主机地址。即使是点分十进制 IP 地址也并不太容易记忆。相反，大家愿意使用比较容易记忆的主机名字。但是，机器在处理 IP 数据报时，并不是使用域名而是使用 IP 地址。 这是因为 IP 地址长度固定，而域名的长度不固定，机器处理起来比较困难。

例如，www.baidu.com 就是一个域名，那么域名解析的过程就是：

www.baidu.com-->DNS 服务器(把域名转成 IP)-->转换为 IP(http://14.215.177.39/)

DNS 协议运行在 UDP 协议上面,是一个 UDP 的“回显”程序,使用 53 号端口

因特网的域名结构

从语法上讲，每一个域名都是有标号(label)序列组成，而各标号之间用点(小数点)隔开。如下例子所示:

上图这是中央电视台用于手法电子邮件的计算机的域名，它由三个标号组成，其中标号com 是顶级域名，标号 cctv 是二级域名，标号 mail 是三级域名。

DNS 规定，域名中的标号都有英文和数字组成， 每一个标号不超过 63 个字符 ( 为了记忆方便，一般不会超过 12 个字符 ) ，也不区分大小写字母。

级别最低的域名写在最左边，而级别最高的字符写在最右边。由多个标号组成的完整域名总共不超过 255 个字符。

DNS 既不规定一个域名需要包含多少个下级域名，也不规定每一级域名代表什么意思。各级域名由其上一级的域名管理机构管理，而最高的顶级域名则由 ICANN 进行管理。用这种方法可使每一个域名在整个互联网范围内是唯一的，并且也容易设计出一种查找域名的机制。

DNS 协议

首部格式

DNS 请求与响应的格式是一致的，其头部分为 Header 、 Question 、 Answer 、 Authority 、

Additional5 部分，如下图所示：

Header 部分是一定有的，长度固定为 12 个字节；其余 4 部分可能有也可能没有，并且长度也不一定，这个在 Header 部分中有指明。 Header 的结构如下：

下面说明一下各个字段的含义 :

1. 标识符：占 16 位

ID：占 16 位。该值由发出 DNS 请求的程序生成，DNS 服务器在响应时会使用该 ID，这样便于请求程序区分不同的 DNS 响应。

2. 标志：占 16 位

QR：占 1 位。指示该消息是请求还是响应。0 表示请求；1 表示响应。

OPCODE：占 4 位。指示请求的类型，有请求发起者设定，响应消息中复用该值。0 表示标准查询；1 表示反转查询；2 表示服务器状态查询。3~15 目前保留，以备将来使用。

AA（Authoritative Answer，权威应答）：占 1 位。表示响应的服务器是否是权威DNS 服务器。只在响应消息中有效。

TC（TrunCation，截断）：占 1 位。指示消息是否因为传输大小限制而被截断。

RD（Recursion Desired，期望递归）：占 1 位。该值在请求消息中被设置，响应消息复用该值。如果被设置，表示希望服务器递归查询。但服务器不一定支持递归查询。

RA（Recursion Available，递归可用性）：占 1 位。该值在响应消息中被设置或被清除，以表明服务器是否支持递归查询。

Z：占 3 位。保留备用。

RCODE（Response code）：占 4 位。该值在响应消息中被设置。取值及含义如下：

0：No error condition，没有错误条件；

1：Format error，请求格式有误，服务器无法解析请求；

2：Server failure，服务器出错。

3：Name Error，只在权威 DNS 服务器的响应中有意义，表示请求中的域名不存在。

4：Not Implemented，服务器不支持该请求类型。

5：Refused，服务器拒绝执行请求操作。

6~15：保留备用。QDCOUNT：占 16 位（无符号）。指明 Question 部分的包含的实体数量。

ANCOUNT：占 16 位（无符号）。指明 Answer 部分的包含的 RR（Resource Record）数量。

NSCOUNT：占 16 位（无符号）。指明 Authority 部分的包含的 RR（Resource Record）数量。

ARCOUNT：占 16 位（无符号）。指明 Additional 部分的包含的 RR（Resource Record）数量。

数据区域

查询名：

查询名部分长度不定，一般为要查询的域名(也会有 IP 的时候，即反向查询)。此部分由一个或者多个标示符序列组成，每个标示符以首字节数的计数值来说明该标示符长度，每个名字以 0 结束。计数字节数必须是 0~63 之间。该字段无需填充字节。还是借个例子来说明更直观些，查询名为 http://gemini.tuc.noao.edu 的话，查询名字段如下

查询类型：

查询类：

一般为 IN(枚举值 1) ，即 Internet 数据

DNS 客户端程序实例

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <linux/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <unistd.h>

int sock;
struct sockaddr_in sa;

/*
generate_question:解析域名数据
*/
void generate_question(char*dns_name,char*buf,int*len)
{
    char*pos = dns_name;//指向域名当前位置
    char*ptr = buf;
    int n = 0;
    *len = 0;
    while(1)
    {
            n = strlen(pos) - (strstr(pos , ".") ? strlen(strstr(pos , ".")) : 0);//在 pos 中查找"."子串
        //返回"."在 pos 中第一次出现的地址，若没有找到返回 NULL
        printf("%d\n", n);
        *ptr++ = (unsigned char)n;
        memcpy(ptr,pos,n);
        printf("%lu\n",strlen(ptr));
        printf("%s\n", ptr);
        *len += n + 1;
        ptr += n;
        if(!strstr(pos , "."))
        {
            *ptr = (unsigned char)0;
            ptr ++;
            *len += 1;
            break;
        }
        pos += n + 1;
        printf("%s\n", pos);
    }
}

/*
send_dns_request:解析域名数据，并发送数据包
*/
void send_dns_request(char * dns_name)
{
    unsigned char request[256] = {0}; //保存整个请求报文
    unsigned char *ptr = request;
    unsigned char question[128];//存储域名解析数据
    int question_len;
    //产生请求(把字符串表示的域名转换成 DNS 要求的格式)
    generate_question(dns_name , question ,&question_len);
    printf("%s\n", question);
    printf("%d\n", question_len);
    *((unsigned short*)ptr) = 1; //会话标识 ID
    ptr += 2;
    *((unsigned short*)ptr) = htons(0x0100); //flags
    ptr += 2;
    *((unsigned short*)ptr) = htons(1); //Quetions 问题数，通常为 1
    ptr += 2;
    *((unsigned short*)ptr) = 0;
    ptr += 2;
    *((unsigned short*)ptr) = 0;
    ptr += 2;
    *((unsigned short*)ptr) = 0;
    ptr += 2;
    //把域名(www.baidu.com)装换为相应的问题格式保存在此处,以\0 结尾
    memcpy(ptr , question , question_len);
    ptr += question_len;
    *((unsigned short*)ptr) = htons(1); //获取 IPV4 地址，查询类型
    ptr += 2;
    *((unsigned short*)ptr) = htons(1); //指互联网地址，查询类，一般为 1，表明是 Internet 数据
    int re = sendto(sock, request,question_len+16 ,0, (structsockaddr*)&sa, sizeof(sa));
    printf("re = %d\n",re);
    int i;
    for(i=0;i<re;i++)//以 16 进制格式打印出来
    {
        printf("%02X ",(unsigned char)request[i]);
    } 
    printf("===================\n");
}

/*
    recv_dns_response:获取域名所对应的 IP 地址，并打印
*/
void recv_dns_response()
{
    struct sockaddr_in src_addr;
    socklen_t addrlen = sizeof(src_addr);
    char buf[255] = {0};
    int r = recvfrom(sock, buf, 255, 0, (struct sockaddr*)&src_addr,&addrlen);
    printf("r == %d\n", r);
    if(r > 0)//收到大于 0 的数据
    {
        int i;
        for(i=r-4;i<r;i++)//以 16 进制格式打印出来
        {
            if(i != r-1)
                printf("%d.",(unsigned char)buf[i]);
            else
                printf("%d\n",(unsigned char)buf[i]);
        } 
    }
}

//例./main www.baidu.com
int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("Usage : %s <domain name>\n",argv[0]);
        return -1;
    }
    //step 1: 创建一个套接字
    sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sock == -1)
    {
        perror("socket error:");
        return -1;
    }

    //step 2: 绑定一个地址(ip+端口号)
    memset(&sa, 0,sizeof(sa));
    sa.sin_family = AF_INET;
    sa.sin_port = htons(53); //按"网络字节序"来保存一个整数
    sa.sin_addr.s_addr = inet_addr("114.114.114.114");
    //发送解析请求
    send_dns_request(argv[1]);
    //接收分析结果
    recv_dns_response();
    close(sock);
    return 0;
}

可以看到当按正确的报文形式发送给 DNS 服务器后，接收到的报文后面四个字节存储了解析的 IP 地址

域名解析函数(gethostbyname)

【头文件】

#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
extern int h_errno;

【函数原型】

struct hostent *gethostbyname(const char *name);

【函数功能】

使用域名或主机名获取地址

【参数含义】

[name]: 待解析的域名或主机名

【返回值】

失败返回 NULL 指针

成功返回的非空指针指向如下的 hostent 结构体指针

struct hostent
{
    char *h_name; /* 主机正式名称 */
    char **h_aliases; /* 别名列表。 */
    int h_addrtype; /* 主机地址类型。*/
    int h_length; /* 地址的长度。 */
    char **h_addr_list; /*来自名称服务器的地址列表。 */
    #ifdef __USE_MISC
    # define h_addr h_addr_list[0] /* 地址，用于向后兼容。*/
    #endif
};

【示例】

#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <stdio.h>
extern int h_errno;

int main(int argc, char **argv)
{
    if (argc != 2) {
        printf("Use example: %s www.google.com\n", *argv);
        return -1;
    }
    char *name = argv[1];
    struct hostent *hptr;
    hptr = gethostbyname(name);
    if (hptr == NULL) {
        printf("gethostbyname error for host: %s: %s\n", name, 
        hstrerror(h_errno));
        return -1;
    }
    //输出主机的规范名
    printf("\tofficial: %s\n", hptr->h_name);
    //输出主机的别名
    char **pptr;
    char str[INET_ADDRSTRLEN];
    for (pptr=hptr->h_aliases; *pptr!=NULL; pptr++) {
        printf("\ttalias: %s\n", *pptr);
    }
    //输出 ip 地址
    switch (hptr->h_addrtype) {
        case AF_INET:
            pptr = hptr->h_addr_list;
            for (; *pptr!=NULL; pptr++) {
                printf("\taddress: %s\n",inet_ntop(hptr->h_addrtype, hptr->h_addr, str, sizeof(str)));
        }
            break;
        default:
            printf("unknown address type\n");
            break;
    }
    return 0;
}

获取本地主机名(gethostname)

【头文件】

#include <unistd.h>

【函数原型】

int gethostname(char *name, size_t len);

【函数功能】

获取本地主机名

【参数含义】

[name]: 保存获取的主机名

[len]: naem 的最大长度

【返回值】

成功返回 0，失败返回-1

【示例】

char buf[256] = {0};
int t = gethostname(buf,256);
if(t == 0)
{
    printf("%s\n",buf);
}

设置本地主机名(sethostname)

【头文件】

#include <unistd.h>

【函数原型】

int sethostname(const char *name, size_t len);

【函数功能】

设置本地主机名

【参数含义】

[name]: 设置的主机名

[len]: naem 的最大长度

【返回值】

成功返回 0，失败返回-1

【示例】

sethostname ( "jiuyue" , 6 );