簡(jiǎn)介

DNS的全稱domain name system，既然是一個(gè)系統(tǒng)就有客戶端和服務(wù)器之分。一般情況來(lái)說(shuō)我們并不需要感知這個(gè)DNS客戶端的存在，因?yàn)槲覀冊(cè)跒g覽器訪問(wèn)某個(gè)域名的時(shí)候，瀏覽器作為客戶端已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)工作。

但是有時(shí)候我們沒有使用瀏覽器，比如在netty環(huán)境中，如何構(gòu)建一個(gè)DNS請(qǐng)求呢？

DNS傳輸協(xié)議簡(jiǎn)介

在RFC的規(guī)范中，DNS傳輸協(xié)議有很多種,如下所示：

• DNS-over-UDP/53簡(jiǎn)稱"Do53",是使用UDP進(jìn)行DNS查詢傳輸?shù)膮f(xié)議。
• DNS-over-TCP/53簡(jiǎn)稱"Do53/TCP",是使用TCP進(jìn)行DNS查詢傳輸?shù)膮f(xié)議。
• DNSCrypt,對(duì)DNS傳輸協(xié)議進(jìn)行加密的方法。
• DNS-over-TLS簡(jiǎn)稱"DoT",使用TLS進(jìn)行DNS協(xié)議傳輸。
• DNS-over-HTTPS簡(jiǎn)稱"DoH",使用HTTPS進(jìn)行DNS協(xié)議傳輸。
• DNS-over-TOR,使用VPN或者tunnels連接DNS。

這些協(xié)議都有對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方式，我們先來(lái)看下Do53/TCP，也就是使用TCP進(jìn)行DNS協(xié)議傳輸。

DNS的IP地址

先來(lái)考慮一下如何在netty中使用Do53/TCP協(xié)議，進(jìn)行DNS查詢。

因?yàn)镈NS是客戶端和服務(wù)器的模式，我們需要做的是構(gòu)建一個(gè)DNS客戶端，向已知的DNS服務(wù)器端進(jìn)行查詢。

已知的DNS服務(wù)器地址有哪些呢？

除了13個(gè)root DNS IP地址以外，還出現(xiàn)了很多免費(fèi)的公共DNS服務(wù)器地址,比如我們常用的阿里DNS,同時(shí)提供了IPv4/IPv6 DNS和DoT/DoH服務(wù)。

IPv4: 
223.5.5.5

223.6.6.6

IPv6: 
2400:3200::1

2400:3200:baba::1

DoH 地址: 
https://dns.alidns.com/dns-query

DoT 地址: 
dns.alidns.com

再比如百度DNS，提供了一組IPv4和IPv6的地址：

IPv4: 
180.76.76.76

IPv6: 
2400:da00::6666

還有114DNS:

114.114.114.114
114.114.115.115

當(dāng)然還有很多其他的公共免費(fèi)DNS，這里我選擇使用阿里的IPv4:223.5.5.5為例。

有了IP地址，我們還需要指定netty的連接端口號(hào)，這里默認(rèn)的是53。

然后就是我們要查詢的域名了，這里以www.flydean.com為例。

你也可以使用你系統(tǒng)中配置的DNS解析地址，以mac為例，可以通過(guò)nslookup進(jìn)行查看本地的DNS地址：

nslookup  www.flydean.com
Server:		8.8.8.8
Address:	8.8.8.8#53

Non-authoritative answer:
www.flydean.com	canonical name = flydean.com.
Name:	flydean.com
Address: 47.107.98.187

Do53/TCP在netty中的使用

有了DNS Server的IP地址，接下來(lái)我們需要做的就是搭建netty client，然后向DNS server端發(fā)送DNS查詢消息。

搭建DNS netty client

因?yàn)槲覀冞M(jìn)行的是TCP連接，所以可以借助于netty中的NIO操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)我們需要使用NioEventLoopGroup和NioSocketChannel來(lái)搭建netty客戶端：

final String dnsServer = "223.5.5.5";
        final int dnsPort = 53;
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new Do53ChannelInitializer());
            final Channel ch = b.connect(dnsServer, dnsPort).sync().channel();

netty中的NIO Socket底層使用的就是TCP協(xié)議，所以我們只需要像常用的netty客戶端服務(wù)一樣構(gòu)建客戶端即可。

然后調(diào)用Bootstrap的connect方法連接到DNS服務(wù)器，就建立好了channel連接。

這里我們?cè)趆andler中傳入了自定義的Do53ChannelInitializer，我們知道handler的作用是對(duì)消息進(jìn)行編碼、解碼和對(duì)消息進(jìn)行讀取。因?yàn)槟壳拔覀儾⒉恢揽蛻舳瞬樵兊南⒏袷剑訢o53ChannelInitializer的實(shí)現(xiàn)我們?cè)诤竺嬖龠M(jìn)行詳細(xì)講解。

發(fā)送DNS查詢消息

netty提供了DNS消息的封裝，所有的DNS消息，包括查詢和響應(yīng)都是DnsMessage的子類。

每個(gè)DnsMessage都有一個(gè)唯一標(biāo)記的ID，還有代表這個(gè)message類型的DnsOpCode。

對(duì)于DNS來(lái)說(shuō)，opCode有下面這幾種：

 public static final DnsOpCode QUERY = new DnsOpCode(0, "QUERY");
    public static final DnsOpCode IQUERY = new DnsOpCode(1, "IQUERY");
    public static final DnsOpCode STATUS = new DnsOpCode(2, "STATUS");
    public static final DnsOpCode NOTIFY = new DnsOpCode(4, "NOTIFY");
    public static final DnsOpCode UPDATE = new DnsOpCode(5, "UPDATE");

因?yàn)槊總€(gè)DnsMessage都可能包含4個(gè)sections,每個(gè)section都以DnsSection來(lái)表示。因?yàn)橛?個(gè)section，所以在DnsSection定義了4個(gè)section類型:

 QUESTION,
    ANSWER,
    AUTHORITY,
    ADDITIONAL;

每個(gè)section里面又包含了多個(gè)DnsRecord, DnsRecord代表的就是Resource record,簡(jiǎn)稱為RR，RR中有一個(gè)CLASS字段，下面是DnsRecord中CLASS字段的定義：

int CLASS_IN = 1;
    int CLASS_CSNET = 2;
    int CLASS_CHAOS = 3;
    int CLASS_HESIOD = 4;
    int CLASS_NONE = 254;
    int CLASS_ANY = 255;

DnsMessage是DNS消息的統(tǒng)一表示，對(duì)于查詢來(lái)說(shuō)，netty中提供了一個(gè)專門的查詢類叫做DefaultDnsQuery。

先來(lái)看下DefaultDnsQuery的定義和構(gòu)造函數(shù)：

public class DefaultDnsQuery extends AbstractDnsMessage implements DnsQuery {

        public DefaultDnsQuery(int id) {
        super(id);
    }

    public DefaultDnsQuery(int id, DnsOpCode opCode) {
        super(id, opCode);
    }

DefaultDnsQuery的構(gòu)造函數(shù)需要傳入id和opCode。

我們可以這樣定義一個(gè)DNS查詢：

int randomID = (int) (System.currentTimeMillis() / 1000);
            DnsQuery query = new DefaultDnsQuery(randomID, DnsOpCode.QUERY)

既然是QEURY,那么還需要設(shè)置4個(gè)sections中的查詢section:

query.setRecord(DnsSection.QUESTION, new DefaultDnsQuestion(queryDomain, DnsRecordType.A));

這里調(diào)用的是setRecord方法向section中插入RR數(shù)據(jù)。

這里的RR數(shù)據(jù)使用的是DefaultDnsQuestion。DefaultDnsQuestion的構(gòu)造函數(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是要查詢的domain name，這里就是"www.flydean.com",另外一個(gè)參數(shù)是dns記錄的類型。

dns記錄的類型有很多種，在netty中有一個(gè)專門的類DnsRecordType表示,DnsRecordType中定義了很多個(gè)類型，如下所示：

public class DnsRecordType implements Comparable<DnsRecordType> {
    public static final DnsRecordType A = new DnsRecordType(1, "A");
    public static final DnsRecordType NS = new DnsRecordType(2, "NS");
    public static final DnsRecordType CNAME = new DnsRecordType(5, "CNAME");
    public static final DnsRecordType SOA = new DnsRecordType(6, "SOA");
    public static final DnsRecordType PTR = new DnsRecordType(12, "PTR");
    public static final DnsRecordType MX = new DnsRecordType(15, "MX");
    public static final DnsRecordType TXT = new DnsRecordType(16, "TXT");
    ...

因?yàn)轭愋捅容^多，我們挑選幾個(gè)常用的進(jìn)行講解。

• A類型，是address的縮寫，用來(lái)指定主機(jī)名或者域名對(duì)應(yīng)的ip地址.
• NS類型，是name server的縮寫，是域名服務(wù)器記錄，用來(lái)指定域名由哪個(gè)DNS服務(wù)器來(lái)進(jìn)行解析。
• MX類型,是mail exchanger的縮寫，是一個(gè)郵件交換記錄，用來(lái)根據(jù)郵箱的后綴來(lái)定位郵件服務(wù)器。
• CNAME類型，是canonical name的縮寫，可以將多個(gè)名字映射到同一個(gè)主機(jī).
• TXT類型，用來(lái)表示主機(jī)或者域名的說(shuō)明信息。

以上幾個(gè)是我們經(jīng)常會(huì)用到的dns record類型。

這里我們選擇使用A，用來(lái)查詢域名對(duì)應(yīng)的主機(jī)IP地址。

構(gòu)建好query之后，我們就可以使用netty client發(fā)送query指令到dns服務(wù)器了，具體的代碼如下：

DnsQuery query = new DefaultDnsQuery(randomID, DnsOpCode.QUERY)
                    .setRecord(DnsSection.QUESTION, new DefaultDnsQuestion(queryDomain, DnsRecordType.A));
            ch.writeAndFlush(query).sync();

DNS查詢的消息處理

DNS的查詢消息我們已經(jīng)發(fā)送出去了，接下來(lái)就是對(duì)消息的處理和解析了。

還記得我們自定義的Do53ChannelInitializer嗎？看一下它的實(shí)現(xiàn)：

class Do53ChannelInitializer extends ChannelInitializer<SocketChannel> {
    @Override
    protected void initChannel(SocketChannel ch) {
        ChannelPipeline p = ch.pipeline();
        p.addLast(new TcpDnsQueryEncoder())
                .addLast(new TcpDnsResponseDecoder())
                .addLast(new Do53ChannelInboundHandler());
    }
}

我們向pipline中添加了兩個(gè)netty自帶的編碼解碼器TcpDnsQueryEncoder和TcpDnsResponseDecoder，還有一個(gè)自定義用來(lái)做消息解析的Do53ChannelInboundHandler。

因?yàn)槲覀兿騝hannel中寫入的是DnsQuery,所以需要一個(gè)encoder將DnsQuery編碼為ByteBuf,這里使用的是netty提供的TcpDnsQueryEncoder：

public final class TcpDnsQueryEncoder extends MessageToByteEncoder<DnsQuery> 

TcpDnsQueryEncoder繼承自MessageToByteEncoder，表示將DnsQuery編碼為ByteBuf。

看下他的encode方法：

 protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, DnsQuery msg, ByteBuf out) throws Exception {
        out.writerIndex(out.writerIndex() + 2);
        this.encoder.encode(msg, out);
        out.setShort(0, out.readableBytes() - 2);
    }

可以看到TcpDnsQueryEncoder在msg編碼之前存儲(chǔ)了msg的長(zhǎng)度信息，所以是一個(gè)基于長(zhǎng)度的對(duì)象編碼器。

這里的encoder是一個(gè)DnsQueryEncoder對(duì)象。

看一下它的encoder方法：

 void encode(DnsQuery query, ByteBuf out) throws Exception {
        encodeHeader(query, out);
        this.encodeQuestions(query, out);
        this.encodeRecords(query, DnsSection.ADDITIONAL, out);
    }

DnsQueryEncoder會(huì)依次編碼header、questions和records。

完成編碼之后，我們還需要從DNS server的返回中decode出DnsResponse，這里使用的是netty自帶的TcpDnsResponseDecoder:

public final class TcpDnsResponseDecoder extends LengthFieldBasedFrameDecoder

TcpDnsResponseDecoder繼承自LengthFieldBasedFrameDecoder，表示數(shù)據(jù)是以字段長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行分割的，這和我們剛剛將的encoder的格式類似。

來(lái)看下他的decode方法：

 protected Object decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in) throws Exception {
        ByteBuf frame = (ByteBuf)super.decode(ctx, in);
        if (frame == null) {
            return null;
        } else {
            DnsResponse var4;
            try {
                var4 = this.responseDecoder.decode(ctx.channel().remoteAddress(), ctx.channel().localAddress(), frame.slice());
            } finally {
                frame.release();
            }
            return var4;
        }
    }

decode方法先調(diào)用LengthFieldBasedFrameDecoder的decode方法將要解碼的內(nèi)容提取出來(lái)，然后調(diào)用responseDecoder的decode方法，最終返回DnsResponse。

這里的responseDecoder是一個(gè)DnsResponseDecoder。具體decoder的細(xì)節(jié)這里就不過(guò)多闡述了。感興趣的同學(xué)可以自行查閱代碼文檔。

最后，我們得到了DnsResponse對(duì)象。

接下來(lái)就是自定義的InboundHandler對(duì)消息進(jìn)行解析了：

class Do53ChannelInboundHandler extends SimpleChannelInboundHandler<DefaultDnsResponse> 

在它的channelRead0方法中，我們調(diào)用了readMsg方法對(duì)消息進(jìn)行處理：

 private static void readMsg(DefaultDnsResponse msg) {
        if (msg.count(DnsSection.QUESTION) > 0) {
            DnsQuestion question = msg.recordAt(DnsSection.QUESTION, 0);
            log.info("question is :{}",question);
        }
        int i = 0, count = msg.count(DnsSection.ANSWER);
        while (i < count) {
            DnsRecord record = msg.recordAt(DnsSection.ANSWER, i);
            //A記錄用來(lái)指定主機(jī)名或者域名對(duì)應(yīng)的IP地址
            if (record.type() == DnsRecordType.A) {
                DnsRawRecord raw = (DnsRawRecord) record;
                log.info("ip address is: {}",NetUtil.bytesToIpAddress(ByteBufUtil.getBytes(raw.content())));
            }
            i++;
        }
    }

DefaultDnsResponse是DnsResponse的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，首先判斷msg中的QUESTION個(gè)數(shù)是否大于零。

如果大于零，則打印出question的信息。

然后再解析出msg中的ANSWER并打印出來(lái)。

最后，我們可能得到這樣的輸出：

INFO ?c.f.dnstcp.Do53ChannelInboundHandler - question is :DefaultDnsQuestion(www.flydean.com. IN A)
INFO ?c.f.dnstcp.Do53ChannelInboundHandler - ip address is: 47.107.98.187

總結(jié)

以上就是使用netty創(chuàng)建DNS client進(jìn)行TCP查詢的講解。

本文的代碼，大家可以參考：

learn-netty4