DNS协议模拟实现

一、DNS概述

1、简介

DNS是计算机域名系统或域名解析服务器(Domain Name System 或Domain Name Service) 的缩写，它是由解析器以及域名服务器组成的。域名服务器是指保存有该网络中所有主机的域名和对应IP地址，并具有将域名转换为IP地址，并具有将域名转换为IP地址功能的服务器的服务器。其中域名必须对应一个IP地址，而IP地址不一定有域名。将域名映射为IP地址的过程就称为“域名解析”。在Internet上域名与IP地址之间是一对一（或者多对一）的，域名和IP地址之间的转换过程称为域名解析，域名解析需要由专门的域名解析服务器来完成，DNS就是进行域名解析的服务器。DNS命名用于Internet等TCP/IP网络中，通过用户友好的名称查找计算机和服务。域名的最终指向是IP。DNS是因特网的一项核心服务，作为可以将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。

2、发展

DNS最早于1983年由保罗·莫卡派乔斯（Paul Mockapetris）发明；原始的技术规范在882号因特网标准草案（RFC 882）中发布。1987年发布的第1034和1035号草案修正了DNS技术规范，并废除了之前的第882 和883号草案。在此之后对因特网标准草案的修改基本上没有涉及到DNS技术规范部分的改动。

3、DNS域名结构

通常 Internet 主机域名的一般结构为：主机名.三级域名.二级域名.顶级域名。 Internet 的顶级域名由 Internet网络协会域名注册查询负责网络地址分配的委员会进行登记和管理，它还为 Internet的每一台主机分配唯一的 IP 地址。全世界现有三个大的网络信息中心： 位于美国的 Inter-NIC，负责美国及其他地区； 位于荷兰的RIPE-NIC，负责欧洲地区；位于日本的APNIC ，负责亚太地区。

4、DNS解析器

解析器，或另一台DNS服务器递归代表的情况下，域名解析器，协商使用递归服务，使用查询头位。

解析通常需要遍历多个名称服务器，找到所需要的信息。然而，一些解析器的功能更简单地只用一个名称服务器进行通信。这些简单的解析器依赖于一个递归名称服务器（称为“存根解析器”），为他们寻找信息的执行工作。

二、DNS协议抓包分析

1、DNS解析过程

1.1当客户机提出查询请求时，首先在本地计算机的缓存中查找，如果在本地无法查询信息，则将查询请求发给DNS服务器

1.2首先客户机将域名查询请求发送到本地DNS服务器，当本地DNS服务器接到查询后，首先在该服务器管理的区域的记录中查找，如果找到该记录，则进行此记录进行解析，如果没有区域信息可以满足查询要求，服务器在本地缓存中查找

1.3如果本地服务器不能在本地找到客户机查询的信息，将客户机请求发送到根域名DNS服务器

1.4根域名服务器负责解析客户机请求的根域名部分，它将包含下一级域名信息的DNS服务器地址地址返回给客户机的DNS服务器地址

1.5客户机的DNS服务器利用根域名服务器解析的地址访问下一级DNS服务器，得到再下一级域名的DNS服务器地址

1.6按照上述递归方法逐级接近查询目标，最后在有目标域名的DNS服务器上找到相应IP地址信息

1.7客户机的本地DNS服务器将递归查询结构返回客户机

1.8客户机利用从本地DNS服务器查询得到的IP访问目标主机，就完成了一个解析过程

1.9同时客户机本地DNS服务器更新其缓存表，客户机也更新期缓存表，方便以后查询

2、DNS协议报文结构

该报文是由12字节的首部和4个长度可变的字节组成

标识字段：占用两个字节，由客户程序设置，并由服务器返回结果

标志字段：该字段占两个字节长，被细分成8个字段：

QR(1)

Opcode(4)

AA(1)

TC(1)

RD(1)

RA(1)

Zero(3)

Rcode(4)

QR：1bits字段，0表示查询报文，1表示响应报文

Opcode：4bits字段，通常值为0（标准查询），其他值为1（反向查询）和2（服务器状态请求）

AA：1bits标志表示授权回答（authoritive answer）,该名字服务器是授权于该领域的

TC：1bits字段，表示可截（truncated），使用UDP时，它表示当应答的总长度超过512字节时，只返回前512个字节

RD：1bits字段，表示期望递归，该比特能在一个查询中设置，并在一个响应中返回，这个标志告诉名字服务器必须处理这个查询，也称为一个递归查询，如果该位为0，且被请求的名字服务器没有一个授权回答，它就返回一个能解答该查询的其他名字服务器列表，这称为迭代查询（期望递归）

RA：1bits字段，表示可用递归，如果名字服务器支持递归查询，则在响应中将该bit置为1（可用递归）

zero：必须为0

rcode：是一个4bit的返回码字段，通常值为0（没有差错）和3（名字差错），名字差错只有从一个授权名字服务器上返回，它表示在查询中指定的域名不存在。

随后的4个bit字段说明最后4个变长字段中包含的条目数，对于查询报文，问题数通常是1，其他三项为0，类似的，对于应答报文，回答数至少是1，剩余两项可以使0或非0

3、DNS查询报文中每个查询问题的格式

  0                                                            16                                                        31

查询名
查询类型	查询类

查询名：要查找的名字

查询类：通常值为1，表示是互联网的地址，也就是IP协议族的地址

查询类型：有很多种查询类型，一般最常用的查询类型是A类型（表示查找域名对应的IP地址）和PTR类型（表示查找IP地址对应的域名）

查询名为要查找的名字，它由一个或者多个标示符序列组成，每个标示符已首字符字节数的计数值来说明该表示符长度，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，如：gemine.tuc.noao.edu

4、DNS响应报文中的资源记录格式

数域名：记录中资源数据对应的名字，它的格式和查询名字段格式相同

类型：类型说明RR的类型码，类通常为1，指Internet数据

生存时间：客户程序保存该资源记录的秒数

资源数据长度：说明后面资源数据的数量，该数据的格式依赖于类型字段的值，对于类1（A记录）记录数据室4字节的IP地址

资源数据：服务器端返回给客户端的记录数据

5、据包DNS查询（DNS query）

6、数据包 DNS 响应（DNS Response）

三、DNS协议模拟实现

1、内容

设计一个简单的Winsock网络程序，模拟UDP数据报，加深对DNS作用的理解。按照以下步骤完成练习：

1、启动 Visual C++，进入集成开发环境;

2、建立一个“Win32 Console Application"类型的工程，工程名自拟;

3、在该工程下，新建一个源程序文件，即选择“C++ SourceFile"，文件名自拟;

4、输入源程序

5、编译，连接并运行程序

6、观察程序运行的结果，体会程序中几个重要函数的作用

2、数据结构说明

WSADATA wsaData;//初始化 windows sockets API//

char hostname[256];            //获得本主机名//

int res;              //错误处理

sockaddr_in  sa;  //打印主机每一个网卡的 IP地址//

char hostaddr[50];   //服务器IP地址

3、代码

#include<winsock.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h> 
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
int main()
{
     WORD wVersionRequested=MAKEWORD(1,1);
     WSADATA wsaData;//初始化 windows sockets API//
     if(WSAStartup(wVersionRequested,&wsaData)){
     printf("WSAStartup failed%s\n",WSAGetLastError());
     return -1;
 }
    char hostname[256];//获得本主机名//
    int res=gethostname(hostname,sizeof(hostname));
    if(res!=0){//错误处理//
        printf("Error:%u\n",WSAGetLastError());
          return -1;
}
 printf("本主机名为：%s\n",hostname);  //打印本主机名字//
 printf("请输入一个主机域名:");  //输入一个主机的域名//
 scanf("%s",hostname);//利用主机名获得主机的地址//
 hostent* pHostent=gethostbyname(hostname);
 if(
pHostent==NULL){//错误处理//
      printf("Error：%u\n",WSAGetLastError());
      return -1;
 }
//解析返回的主机地址信息：别名、地址类型、地址长度，并打印//
hostent& he=*pHostent;
    printf("name=%s\naliase=%s\naddrtype=%d\nlength=%d\n",he.h_name,he.h_aliases,he.h_addrtype,he.h_length);
    sockaddr_in  sa;//打印主机每一个网卡的 IP地址//
for (int nAdapter=0; he.h_addr_list[nAdapter]; nAdapter++)
{
        memcpy(&sa.sin_addr.s_addr,he.h_addr_list[nAdapter],he.h_length);
        printf("Address：%s\n",inet_ntoa(sa.sin_addr));
    }//显示 lP地址//
    printf("\n");
    unsigned long addr;
    char hostaddr[50];
    printf("请输人服务器IP地址："); //输入一个服务器的IP地址//
    scanf("%s",hostaddr);
    addr=inet_addr(hostaddr);  //将 lP地址转化为网络字节序//
    pHostent=gethostbyaddr((char *)&addr,4,AF_INET);
                          //利用IP地址获得主机名人//
    if(pHostent=NULL){//错误处理//
        printf("Error：%u\n",WSAGetLastError());
        return -1;
    }
    hostent& hel=*pHostent;
 
printf("主机名为;%s\naliases=%s\naddrtype=%d\nlength=%d\n",he.h_name,
he.h_aliases,he.h_addrtype,he.h_length); //打印返回的主机信息//
    WSACleanup();  //结束windows sockets API//
    return 0;
}