C 语言实现 DNS 协议的数据包发送和接收

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ge3m0r

发布于 2024-04-28 13:55:20

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DNS协议

DNS 协议可以说是计算机网络中必须知道的协议之一了，他最直接的功能就是将域名解析成对应的 IP 地址。

一个简单的 DNS 协议如下图：

客户段查询域名，先查看本地的 DNS 缓存，如果有直接解析，没有就查询本地的 DNS 服务器，然后就是域名的递归查询。

另外一提：很多人讲到 DNS 协议的时候就是会提到 httpDNS 协议，就是一些大厂会自己建立一些域名解析服务，使用 http 协议查询，便于人们查询。

当然部分人对这提出质疑，并不是说技术上不能实现，而是因为 DNS 协议本身是 UDP 传输，而 httpDNS 协议使用了 TCP 协议，需要三次握手，这样解析速度真的能满足要求吗？这里只是简单提一下，如果想要看这部分相关实验，可以看《 Wireshark网络分析艺术》这本书中 “寻找 httpDNS ”的章节观看。

代码实现

话说回来，如果想要真正实地的发送 DNS 协议首先就是了解数据包的结构。

DNS 数据包中有报文头部和报文内容两部分，报文头部内容如下：

其中前三行是报文头部，后边是报文内容。

所以就有如下数据结构：

//dns 头部 六项表示头部六个类型
struct dns_header
{
    unsigned short id;           
    unsigned short flags;
    
    unsigned short questions;
    unsigned short answer;
    
    unsigned short authority;
    unsigned short additional;
};

//查询问题区域 查询问题有三个标志域名，类型和类
struct dns_question
{
    int length;                   //自己添加的长度
    unsigned short qtype;   //类型
    unsigned short qclass;  //类
    unsigned char* name;  //查询域名
};

老规矩，有了数据结构，就要想办法初始化

初始化代码：

//dns 头初始化 其中前三项是头部必须，因此必须初始化，后边的不太重要
int dns_create_header(struct dns_header* header)
{
    if(header == NULL) return -1;
    memset(header, 0, sizeof(struct dns_header));  //分配内存
    
    srandom(time(NULL));  // 随机数
    header->id = random();  
    header->flags = htons(0x100);  //将16位主机字节序转换为网络字节序
    header->questions = 1;
    
    return 0;
    
}

int dns_create_question(struct dns_question* questions, const char* hostname)
{
    if(questions == NULL || hostname == NULL) return -1;  
    memset(questions, 0, sizeof(struct dns_question));  //分配内存
    
    questions->name = (unsigned char *)malloc(strlen(hostname) + 2); //表示域名长度
    if(questions->name == NULL)
    {
        return -2;
    }
    questions->length = strlen(hostname) + 2;
    questions->qtype = htons(1);  
    questions->qclass = htons(1);
    
    const char delim[2] = ".";
    char *qname = questions->name;
    
    char *hostname_dup = strdup(hostname);
    char *token = strtok(hostname_dup, delim);
    
    while(token != NULL)//域名格式转化
    {
        size_t len = strlen(token);
        
        *qname = len;
        qname++;
        
        strncpy(qname, token, token + 1);
        qname += len;
        
        token = strtok(NULL, delim);
        
    }
    free(hostname_dup);
    return 0;
}

此处需要进行两个解释：

1、为什么使用 hton() 这个函数？因为网络协议我们一般使用大端字节序，而我们大多数电脑内存使用小端字节序，所以在自己传输数据的时候需要进行转换。

2、questions->length = strlen(hostname) + 2; 不知道大家注意到这个没有，为什么要 +2 ，+1 我们能理解，因为字符串有 '\0' 之类的，但是这里为什么 + 2.

这里倒不是什么其他原因，而是 DNS 协议的域名设置要求，我们通常的域名格式如下：

www.baidu.com

而我们 DNS 协议是不能这样解析域名的，需要转化成以下格式：

3www5baidu3com0

前边数字表示后边字符个数，最后以 0 结尾。

如果知道这个应该就知道上述代码中以下部分的是干什么的了。

 char *hostname_dup = strdup(hostname);
    char *token = strtok(hostname_dup, delim);
    
    while(token != NULL)//域名格式转化
    {
        size_t len = strlen(token);
        
        *qname = len;
        qname++;
        
        strncpy(qname, token, token + 1);
        qname += len;
        
        token = strtok(NULL, delim);
        
    }

就是域名格式的转化。

有了头部和数据内容的初始化，我们换需要根据两个内容合成一个数据包内容，就有以下代码：

int dns_build_requestion(const struct dns_header *header, struct dns_question* question, char *request, int rlen )
{
    if(header == NULL || request == NULL) return -1;
    
    memset(request, 0, rlen);  //分配内存
    
    //int offset = 0;
    memcpy(request, header, sizeof(struct dns_header));
    int offset = sizeof(struct dns_header);  //添加header
    
    memcpy(request+ offset, question->name, question->length);
    offset += question->length;  //添加域名
    
    memcpy(request+offset, &question->qtype, sizeof(question->qtype));
    offset += sizeof(question->qtype); //添加类型
    
    memcpy(request+offset, &question->qclass, sizeof(question->qclass));
    offset += sizeof(question->qclass);//添加类
    return offset;
    
}

上述代码比较简单，就是将协议头和协议内容合成一个指针。

最后就是简单的协议的发送和接受了。不过在这之前先进行一个宏定义，定义一下我们的端口和服务器地址。

#define DNS_SERVER_PORT 53
#define DNS_SERVER_IP "114.114.114.114"

最后上代码：

int dns_client_commit(const char* domain)
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  //创建socket 注意是udp 连接
    if(sockfd < 0) return -1;
    
    struct sockaddr_in servaddr = {0};  //配置服务器端口地址等
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(DNS_SERVER_PORT);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(DNS_SERVER_IP);
    
    connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));  //连接
    
    struct dns_header header = {0};  //创建协议头
    dns_create_header(&header);
    
    struct dns_question question = {0};  //创建协议内容
    dns_create_question(&question, domain);
    
    char request[1024] = {0};
    int length = dns_build_requestion(&header, &question, request, 1024);  //连接协议头和协议内容
    
    int slen = sendto(sockfd,  request, length, 0, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(struct sockaddr)); //发送到dns服务器
    
    //recvfrom
    char response[1024] = {0}; //接受协议返回
    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); //接受内容
    printf("recvfrom : %d, %s\n", n, response); //打印
    return n;
}

上述的代码比较清晰，就是一个简单的协议内容的发送和接受。