DNS协议Golang实现

03 February 2015

这几天分析了一下DNS协议的内容，用Go语言。

DNS客户端的实现还是用了Go语言，毕竟这个最熟悉。我的实现只是简单的实现了发送DNS请求，解析响应内容这些功能，对于多线程并发等机制都没有考虑。

我最先参考了《计算机网络》，上面提了一句，DNS请求就是发送一个UDP数据包，然后我就天真了，直接把域名的字符串用UDP发送了。结果就是没有响应。

后来就老老实实的分析协议，协议的分析请参考上一篇文章《DNS协议分析》。

域名服务器选用了阿里提供的233.5.5.5，53端口。详情可以查看阿里DNS官网。

先说一下Golang发送UDP数据报的方法。所有语言这块儿好像都长差不多，我就不多介绍了。

service := "223.5.5.5:53"
udpAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", service)
checkError(err)
conn, err := net.DialUDP("udp", nil, udpAddr)
checkError(err)

_, err = conn.Write(out.Pack())
checkError(err)

buf := []byte{}
buf = make([]byte, 512)
n, err := conn.Read(buf[0:])
checkError(err)

接着就是发送和接收要用到的消息体，它由一个TransationID、Flags、查询数Questions、Answer是响应数和查询Question组成。查询Question由域名、类别、分类组成。查询结果ANswer由查询域名、记录类型、分类、数据长度和Primaryname组成。这些结构可以定义为：

type DnsMsg struct {
	Id                                 uint16
	Bits                               uint16
	Qdcount, Ancount, Nscount, Arcount uint16
	Questions                          []dnsQuestion
	Answers                            []dnsAnswer
}

type dnsQuestion struct {
	Name   string `net:"domain-name"`
	Qtype  uint16
	Qclass uint16
}

type dnsAnswer struct {
	Name   uint16
	Qtype  uint16
	Qclass uint16
	QLive  uint32
	QLen   uint16
	CName  string `net:"domain-name"`
}

DNS协议规定是两个字节的，都用uint16进行处理，Question里面的Name和Answer里面定义的CNAME应该定义成[]byte，但是为了方便查看，先定义成了字符串，最后编码的时候再处理就行了。

有了结构体，就可以为这些结构体赋值，然后将其编码成字节码进行发送。编码方法如下：

func (this *DnsMsg) Pack() []byte {
	bs := make([]byte, 12)
	binary.BigEndian.PutUint16(bs[0:2], this.Id)
	binary.BigEndian.PutUint16(bs[2:4], this.Bits)
	binary.BigEndian.PutUint16(bs[4:6], uint16(len(this.Questions)))
	binary.BigEndian.PutUint16(bs[6:8], this.Ancount)
	binary.BigEndian.PutUint16(bs[8:10], this.Nscount)
	binary.BigEndian.PutUint16(bs[10:12], this.Arcount)

	ds := strings.Split(this.Questions[0].Name, ".")
	for _, d := range ds {
		bs = append(bs, byte(len(d)))
		bs = append(bs, []byte(d)...)
	}
	bs = append(bs, 0)

	temp := make([]byte, 2)
	binary.BigEndian.PutUint16(temp, this.Questions[0].Qtype)
	bs = append(bs, temp...)
	binary.BigEndian.PutUint16(temp, this.Questions[0].Qclass)
	bs = append(bs, temp...)
	return bs
}

DNS头是固定的12个字节，所以先bs := make([]byte, 12)申请12个字节空间。接着，填充这些字节。就是将结构体里面的uint16转成[]byte。这要用到binary包进行转换。最后就是填充Question，要将域名进行转换。转换剔除了域名里面的.，改成其后面部分长度的信息，也就是把www.cyeam.com换成3www5cyeam3com0。转换完成之后，还要添加一位0来表示结束。最后，再加上请求的类型和分类即可。

这些都请求成功之后，打印结果，终于能看到点东西了：一堆乱码里面有一些字母，能看得出来是我的域名的CDN地址。

最后，就是解析响应内容。响应和请求格式是一样的，区别就是最后比请求多了一些响应内容。

DNS头的12个字节和请求里面是完全一样的，返过来解析就可以了。需要注意两点，响应的头两个字节和请求的头两个字节是完全一样的，如果不一样，忽略这个请求。还有，请求的时候ancount是0，这个代表响应数量，在响应里面就会是找到的结果数。

查询请求的Question也会在响应里面，所以也需要进行解析。请求查询时Question有可能是多个，这里都处理了一下。从第13个字节开始处理：

i := 13
for ; j < int(res.Qdcount); j++ {
	domain_count := int(buf[i-1])
	question := dnsQuestion{}
	for buf[i] != 0 {
		if domain_count > 0 {
			question.Name += string(buf[i:i+domain_count]) + "."
			i += domain_count
			domain_count = 0
		} else {
			domain_count = int(buf[i])
			i++
		}
	}
	i++
	question.Name = strings.TrimRight(question.Name, ".")
	question.Qtype = binary.BigEndian.Uint16(buf[i : i+2])
	question.Qclass = binary.BigEndian.Uint16(buf[i+2 : i+4])
	i += 4
	res.Questions[j] = question
}

剩下的东西都是Answer。前5个部分都是固定长度，分别是2、2、2、4、2。

answer := dnsAnswer{}
answer.Name = binary.BigEndian.Uint16(buf[i : i+2])
i += 2
answer.Qtype = binary.BigEndian.Uint16(buf[i : i+2])
i += 2
answer.Qclass = binary.BigEndian.Uint16(buf[i : i+2])
i += 2
answer.QLive = binary.BigEndian.Uint32(buf[i : i+4])
i += 4
answer.QLen = binary.BigEndian.Uint16(buf[i : i+2])
i += 2

后面的CName是关键，解析也要按照类型进行。一种类型是CNAME类型，也就是别名，我的域名www.cyeam.com的别名就是vm68h.x.incapdns.net，这是我的CDN。还有一种就是真实IP，返回别名也没多大用，IP才能解决问题，所以Answer里面的第二个就是返回这个别名的真实IP149.126.77.152。所以一个按字符串处理，一个按数字处理。Answer里面的分类说明了解析类型，如果值是1，说明是A记录，也就是IP，如果值是5，是CNAME记录。解析Answer代码如下：

if answer.Qtype == dnsTypeCNAME {
	domain_count := int(buf[i])
	i++
	for buf[i] != 0 {
		if domain_count > 0 {
			answer.CName += string(buf[i:i+domain_count]) + "."
			i += domain_count
			domain_count = 0
		} else {
			domain_count = int(buf[i])
			i++
		}
	}
	i++
	answer.CName = strings.TrimRight(answer.CName, ".")
} else if answer.Qtype == dnsTypeA {
	for m := 0; m < int(answer.QLen); m++ {
		answer.CName += fmt.Sprintf("%d.", buf[i+m])
	}
	answer.CName = strings.TrimRight(answer.CName, ".")
}

Answer里面还会包含结果的长度信息，用这个来遍历得到结果内容。

完整请求如下：

service := "223.5.5.5:53"
udpAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", service)
checkError(err)
conn, err := net.DialUDP("udp", nil, udpAddr)
checkError(err)

question := dnsQuestion{"www.cyeam.com", dnsTypeA, dnsClassINET}
out := DnsMsg{}
out.Id = 2015
out.Bits |= _RD
out.Questions = append(out.Questions, question)
fmt.Println(out.Pack())
_, err = conn.Write(out.Pack())
checkError(err)

buf := []byte{}
buf = make([]byte, 512)
n, err := conn.Read(buf[0:])
checkError(err)
fmt.Println(buf[0:n])
fmt.Println(out.Unpack(buf[0:n]))
os.Exit(0)

解析完成后的结构体打印结果如下：

&{2015 33152 1 2 0 0 [{www.cyeam.com 1 1}] [{49164 5 1 30 22 vm68h.x.incapdns.net} {49195 1 1 30 4 149.126.77.152}]}

涉及到的的数据包，可以从这里访问到。完整代码可以参考这里。

参考文献

《计算机网络（第五版）》谢希仁
What does a DNS request look like? - serverfault

原文链接：DNS协议Golang实现，转载请注明来源！

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