教你动手写UDP协议栈-DNS报文解析<4>

Rice加饭

发布于 2022-05-10 17:17:31

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发布于 2022-05-10 17:17:31

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教你动手写UDP协议栈系列文章

序号	内容
1	《教你动手写UDP协议栈-UDP协议栈格式》
2	《教你动手写UDP协议栈-DHCP报文解析》
3	《教你动手写UDP协议栈-OTA上位机》
4	《教你动手写UDP协议栈-DNS报文解析》

背景

因特网上的节点通过IP地址唯一标识，并且能通过IP地址来识别参与分布式应用的主机。但对于大多数人来说，这些地址太繁琐而且难以使用和记忆（特别是IPV6地址）。因此互联网支持使用主机名称来识别包括客户机和服务器在内的主机。为了使用如TCP和IP等协议，主机名称可以通过称为域名解析的过程转换成IP地址。
在互联网中存在不同形式的名称解析，但是最普遍、最重要的一种是采用分布式数据库系统，即我们熟知的域名系统（DNS），也是这篇文章的主角。
DNS - 是一个分布式的客户机-服务器网络数据库，TCP/IP应用程序使用它来完成主机名称和IP地址之间的映射，提供电子邮件路由信息、服务命名和其他服务。
DNS使用TCP和UDP的端口--53。
DNS - 为了可扩展性，DNS名称是分层的。每一级域名长度的限制是63个字符，域名总长度则不能超过253个字符。
下面来介绍DNS报文的格式解析，以及如何将域名转为IP地址的流程。

准备工具

工具	介绍
WireShark	网络封包分析软件，分析数据包
CMD	window 命令行

DNS报文解析

抓包分析

打开CMD和WireShark工具。
在WireShark中设置过滤信息，我们只抓取DNS报文。
在CMD键入ping www.baidu.com，然后查看WireShark的抓包信息。

可以看到两包DNS报文，一个是DNS发送报文，一个是DNS接收报文
- 发送报文

接收报文

发送报文和接收报文格式是不一样的，从上面截图可以看到，接收报文多一个Answers字段。
DNS可以使用UDP与TCP两种协议。这里我们主要以UDP进行分析。

DNS报文字段解析

DNS报文格式：

DNS字段格式：
- 发送报文

接收报文

DNS报文头部

字段说明

字段	说明
Transaction ID	辨别DNS应答报文是哪个请求报文的响应
QR	Flags字段，1为响应，0位查询
OpCode	Flags字段，查询或响应类型，0为标准，1为反向，2为服务器状态请求
AA	Flags字段，授权回答
TC	Flags字段，截断，1表示超过512字节并已被截断，0表示没有发送截断
RD	Flags字段，是否希望得到递归回答
RA	Flags字段，响应报文中为1便是得到递归响应
Z	Flags字段，0
AD	Flags字段，真是数据
CD	Flags字段，禁止校验
RCODE	Flags字段，返回码：0-无差错，1-格式错误，2-服务器失效，3-不存在域名，4-查询类型不支持，5-被禁止，6-15保留
Questions	Flags字段，查询数
Answer	Flags字段，资源记录数
Authority	Flags字段，授权资源记录数
Additional	Flags字段，额外资源记录数

代码实现

/** DNS message header */
PACK_STRUCT_BEGIN
struct dns_header {
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t id);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint8_t flags1);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint8_t flags2);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t numquestions);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t numanswers);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t numauthrr);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t numextrarr);
}PACK_STRUCT_STRUCT;
PACK_STRUCT_END

DNS报文问题字段

字段说明
- 查询名称格式：

字段	说明
name	查询名称，不定长
type	查询类型
class	查询类

代码实现(由于名字是不定长，另作处理)

PACK_STRUCT_BEGIN
struct dns_query {
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t type);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t class);
}PACK_STRUCT_STRUCT;
PACK_STRUCT_END

DNS报文应答字段

字段说明（此字段只有应答包才有）

字段	说明
name	查询名称，不定长
type	查询类型
class	查询类
TTL	该资源记录的生命周期
data length	资源数据长度
address	返回的IP地址，即域名转换的IP地址

代码实现

struct dns_answer {
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t name);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t type);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t class);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint32_t ttl);
  PACK_STRUCT_FIELD(uint16_t len);
  PACK_STRUCT_FIELD(struct ip_addr server_ip);
}PACK_STRUCT_STRUCT;
PACK_STRUCT_END

DNS报文发送实现

代码实现

static void dns_packet_output(uint8_t *host_name)
{
    struct dns_header dns_hdr = {0};
    struct dns_query dns_qry = {0};
    struct dest_device_info dest_info = {0};
    uint8_t *dns_packet = NULL;
    uint8_t *dns_name = NULL;
    uint16_t query_index = 0;
    uint16_t label_len = 0;
    uint16_t dns_name_len = strlen(host_name) + 2;

    dns_packet = malloc(DNS_HDR_SIZE + dns_name_len + DNS_QUERY_SIZE);
    dns_name = malloc(strlen(host_name) + 2);

    if(dns_packet != NULL && dns_name !=NULL)
    {
        //打包DNS header
        memset(&dns_hdr, 0, DNS_HDR_SIZE);
        dns_hdr.id = mu_htons(TRANSACTION_ID);
        dns_hdr.flags1 = DNS_FLAG1_RD;
        dns_hdr.numquestions = mu_htons(1);
        memcpy(dns_packet, &dns_hdr, DNS_HDR_SIZE);

        //将域名转换DNS数据包格式
        change_to_dns_name(dns_name, host_name);

        memcpy(dns_packet + DNS_HDR_SIZE, dns_name, dns_name_len);

        dns_qry.type = mu_htons(DNS_RRTYPE_A);
        dns_qry.class = mu_htons(DNS_RRCLASS_IN);
        //打包DNS query 
        memcpy(dns_packet + DNS_HDR_SIZE + dns_name_len, &dns_qry, DNS_QUERY_SIZE);

        memcpy(&dest_info.dest_mac, get_gw_mac(), MAC_ADDR_SIZE);
        memcpy(&dest_info.dest_ip, get_dns_server(), IP_ADDR_SIZE);
        dest_info.src_port = DNS_CLIENT_PORT;
        dest_info.dest_port = DNS_SERVER_PORT;
        //通过UDP报文发送
        mini_udp_output(&dest_info, dns_packet, (DNS_HDR_SIZE + dns_name_len + DNS_QUERY_SIZE));
    }

    if(dns_packet != NULL)
    {
        free(dns_packet);
    }
    if(dns_name != NULL)
    {
        free(dns_name);
    }
}

验证代码结果，我们通过查询CSDN的IP地址，CSDN的域名：www.csdn.net

通过wireshark抓包，可以看到我们DNS报文已发送成功，并且有应答包

DNS报文接收实现

代码实现

static void dns_packet_input(void *dns_packet_data)
{
    struct dns_header *dns_hdr = {0};
    struct dns_answer *dns_ans = {0};
    uint16_t dns_name_len = strlen("www.csdn.net") + 2;
    uint8_t *server_dns_name = malloc(strlen("www.csdn.net") + 2);

    if(server_dns_name == NULL)
    {
        LOG_E("malloc fail!!\n");
        return;
    }

    dns_hdr = dns_packet_data;
    
    if(dns_hdr->id == mu_ntohs(TRANSACTION_ID)
        && (dns_hdr->numanswers > 1))
    {
        change_to_dns_name(server_dns_name, "www.csdn.net");

        if(strncmp(dns_packet_data + DNS_HDR_SIZE, server_dns_name, dns_name_len) == 0)
        {
            dns_ans = dns_packet_data + DNS_HDR_SIZE + dns_name_len + DNS_QUERY_SIZE;

            printf("CSDN IP: %d:%d:%d:%d \n", dns_ans->server_ip.addr[0], 
                                                   dns_ans->server_ip.addr[1],
                                                   dns_ans->server_ip.addr[2],
                                                   dns_ans->server_ip.addr[3]);
        }
    }
    free(server_dns_name);
}