DNS模拟器详细内容
一、简介
DNS（域名系统，Domain Name System）是互联网的一项核心服务，用于将用户友好的域名转换为机器可读的IP地址，DNS解析过程涉及多个层次的查询和响应，包括本地缓存、递归查询和迭代查询等步骤，本文将详细介绍DNS模拟器的实现原理、数据结构以及代码示例，帮助读者深入理解DNS的工作机制。
二、DNS
简介
DNS是计算机域名系统或域名解析服务器的缩写，它是由解析器以及域名服务器组成的系统，域名服务器保存有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地址的功能，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地址的过程称为“域名解析”。
发展
DNS最早于1983年由保罗·莫卡派乔斯发明；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。
DNS域名结构
通常Internet主机域名的结构为：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InterNIC，负责美国及其他地区；位于荷兰的RIPENIC，负责欧洲地区；位于日本的APNIC，负责亚太地区。
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，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。
三、DNS协议抓包分析
DNS解析过程
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，具体过程如下：
客户机将域名查询请求发送到本地DNS服务器。
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。
如果找不到记录，本地DNS服务器将查询请求转发给根DNS服务器。
根DNS服务器根据域名结构返回对应的顶级域（TLD）DNS服务器地址。
本地DNS服务器向顶级域DNS服务器发送查询请求。
顶级域DNS服务器返回对应的权威DNS服务器地址。
本地DNS服务器向权威DNS服务器发送查询请求，权威DNS服务器返回对应的IP地址。
本地DNS服务器将结果缓存并返回给客户机。
DNS协议报文结构
DNS协议报文分为查询报文和响应报文，两者结构相似，报文由以下部分组成：
Header（头部）：包含标识符、标志、问题数、资源记录数等字段。
Question（问题部分）：包含要查询的域名和类型。
Answer（回答部分）：包含查询结果的资源记录。
DNS查询报文中每个查询问题的格式
每个查询问题由以下字段组成：
QNAME（要查询的域名）：压缩格式存储。
QTYPE（查询类型）：如A记录（主机地址）、AAAA记录（IPv6地址）、MX记录（邮件交换）等。
QCLASS（查询类别）：通常为IN（互联网）。
DNS响应报文中的资源记录格式
响应报文中的资源记录由以下字段组成：
NAME（域名）：压缩格式存储。
TYPE（记录类型）。
CLASS（记录类别）。
TTL（生存时间）：指定该记录被缓存的时间。
RDLENGTH（资源数据长度）。
RDATA（资源数据）：根据记录类型不同而不同，如A记录为4字节的IPv4地址。
5. 据包DNS查询（DNS query）
+++++++++ | | | | | | | | | ID RD RA Z AA TC RC QR Opcode | | | | | | | | | Q_COUNT A_COUNT NS_COUNT AR_COUNT
6. 数据包 DNS 响应（DNS Response）
+++++++++ | | | | | | | | | RA Z AA TC RC RCODE QR Opcode | | | | | | | | | Q_COUNT A_COUNT NS_COUNT AR_COUNT
四、DNS协议模拟实现
通过Winsock网络程序模拟UDP数据报，帮助读者深入理解DNS的作用，以下是一个简单的DNS查询器示例代码，使用C语言编写。
数据结构说明
typedef struct {
unsigned short id; // 标识符
unsigned char rd : 1; // 递归欲望标志
unsigned char ra : 1; // 可用递归标志
#if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN
unsigned char z : 2; // 保留位，必须是0
unsigned char aa : 1; // 授权回答标志
unsigned char tc : 1; // 可截断标志
#else /* BIG_ENDIAN */
unsigned char aa : 1; // 授权回答标志
unsigned char tc : 1; // 可截断标志
unsigned char z : 2; // 保留位，必须是0
#endif /* BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN */
unsigned char qr : 1; // 响应回答标志
} DNSHeader;
代码
1) UDP套接字初始化及发送函数
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#define BUF_SIZE 512
#define DNS_PORT 53
#define NS_QUERY 0x0100 // 标准查询操作码
int main(int argc, char *argv[]) {
int udp_fd;
struct sockaddr_in server_addr;
char buffer[BUF_SIZE];
char *query = "www.example.com"; // 要查询的域名
int query_len = strlen(query);
struct hostent *host_entry;
char **address_list;
int i;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s <domain_name>
", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 创建UDP套接字
udp_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (udp_fd < 0) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置服务器地址结构体
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(DNS_PORT);
inet_pton(AF_INET, "8.8.8.8", &server_addr.sin_addr); // Google公共DNS服务器地址
// 构建DNS查询报文头部
DNSHeader *dns_header = (DNSHeader *)buffer;
dns_header>id = (unsigned short)(time(NULL)); // 随机ID生成方式之一
dns_header>rd = 1; // 递归欲望标志置位
dns_header>qr = 0; // 查询报文
dns_header>aa = 0; // 非权威回答
dns_header>tc = 0; // 不可截断
dns_header>z = 0; // 保留位清零
dns_header>ra = 0; // 可用递归标志清零
dns_header>opcode = NS_QUERY; // 标准查询操作码
dns_header>q_count = htons(1); // 一个问题
dns_header>ans_count = 0; // 无回答资源记录
dns_header>auth_count = 0; // 无授权资源记录
dns_header>additional_count = 0; // 无附加资源记录
// 构建DNS查询报文问题部分
char *qname_pos = buffer + sizeof(DNSHeader);
for (i = 0; query[i] != ' '; i++) {
if (query[i] == '.') {
*qname_pos++ = query[i]; // 点符号直接复制
} else {
*qname_pos++ = tolower(query[i]); // 其他字符转为小写后复制
}
}
*qname_pos++ = ' '; // 结束符
*qname_pos++ = ' '; // 结束符
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