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亲自教你在netty中使用TCP协议请求DNS服务器的详细过程

2022-07-19 13:12flydean程序那些事 DNS服务器

DNS的全称domain name system，既然是一个系统就有客户端和服务器之分，这篇文章主要介绍了在netty中使用TCP协议请求DNS服务器的全过程,需要的朋友可以参考下

简介

DNS的全称domain name system，既然是一个系统就有客户端和服务器之分。一般情况来说我们并不需要感知这个DNS客户端的存在，因为我们在浏览器访问某个域名的时候，浏览器作为客户端已经实现了这个工作。

但是有时候我们没有使用浏览器，比如在netty环境中，如何构建一个DNS请求呢？

DNS传输协议简介

在RFC的规范中，DNS传输协议有很多种,如下所示：

  • DNS-over-UDP/53简称"Do53",是使用UDP进行DNS查询传输的协议。
  • DNS-over-TCP/53简称"Do53/TCP",是使用TCP进行DNS查询传输的协议。
  • DNSCrypt,对DNS传输协议进行加密的方法。
  • DNS-over-TLS简称"DoT",使用TLS进行DNS协议传输。
  • DNS-over-HTTPS简称"DoH",使用HTTPS进行DNS协议传输。
  • DNS-over-TOR,使用VPN或者tunnels连接DNS。

这些协议都有对应的实现方式，我们先来看下Do53/TCP，也就是使用TCP进行DNS协议传输。

DNS的IP地址

先来考虑一下如何在netty中使用Do53/TCP协议，进行DNS查询。

因为DNS是客户端和服务器的模式，我们需要做的是构建一个DNS客户端，向已知的DNS服务器端进行查询。

已知的DNS服务器地址有哪些呢？

除了13个root DNS IP地址以外，还出现了很多免费的公共DNS服务器地址,比如我们常用的阿里DNS,同时提供了IPv4/IPv6 DNS和DoT/DoH服务。

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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，提供了一组IPv4和IPv6的地址：

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IPv4:
180.76.76.76
 
IPv6:
2400:da00::6666

还有114DNS:

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114.114.114.114
114.114.115.115

当然还有很多其他的公共免费DNS，这里我选择使用阿里的IPv4:223.5.5.5为例。

有了IP地址，我们还需要指定netty的连接端口号，这里默认的是53。

然后就是我们要查询的域名了，这里以www.flydean.com为例。

你也可以使用你系统中配置的DNS解析地址，以mac为例，可以通过nslookup进行查看本地的DNS地址：

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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，接下来我们需要做的就是搭建netty client，然后向DNS server端发送DNS查询消息。

搭建DNS netty client

因为我们进行的是TCP连接，所以可以借助于netty中的NIO操作来实现，也就是说我们需要使用NioEventLoopGroup和NioSocketChannel来搭建netty客户端：

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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底层使用的就是TCP协议，所以我们只需要像常用的netty客户端服务一样构建客户端即可。

然后调用Bootstrap的connect方法连接到DNS服务器，就建立好了channel连接。

这里我们在handler中传入了自定义的Do53ChannelInitializer，我们知道handler的作用是对消息进行编码、解码和对消息进行读取。因为目前我们并不知道客户端查询的消息格式，所以Do53ChannelInitializer的实现我们在后面再进行详细讲解。

发送DNS查询消息

netty提供了DNS消息的封装，所有的DNS消息，包括查询和响应都是DnsMessage的子类。

每个DnsMessage都有一个唯一标记的ID，还有代表这个message类型的DnsOpCode。

对于DNS来说，opCode有下面这几种：

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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");

因为每个DnsMessage都可能包含4个sections,每个section都以DnsSection来表示。因为有4个section，所以在DnsSection定义了4个section类型:

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QUESTION,
   ANSWER,
   AUTHORITY,
   ADDITIONAL;

每个section里面又包含了多个DnsRecord, DnsRecord代表的就是Resource record,简称为RR，RR中有一个CLASS字段，下面是DnsRecord中CLASS字段的定义：

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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消息的统一表示，对于查询来说，netty中提供了一个专门的查询类叫做DefaultDnsQuery。

先来看下DefaultDnsQuery的定义和构造函数：

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public class DefaultDnsQuery extends AbstractDnsMessage implements DnsQuery {
 
        public DefaultDnsQuery(int id) {
        super(id);
    }
 
    public DefaultDnsQuery(int id, DnsOpCode opCode) {
        super(id, opCode);
    }

DefaultDnsQuery的构造函数需要传入id和opCode。

我们可以这样定义一个DNS查询：

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

既然是QEURY,那么还需要设置4个sections中的查询section:

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

这里调用的是setRecord方法向section中插入RR数据。

这里的RR数据使用的是DefaultDnsQuestion。DefaultDnsQuestion的构造函数有两个，一个是要查询的domain name，这里就是"www.flydean.com",另外一个参数是dns记录的类型。

dns记录的类型有很多种，在netty中有一个专门的类DnsRecordType表示,DnsRecordType中定义了很多个类型，如下所示：

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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");
    ...

因为类型比较多，我们挑选几个常用的进行讲解。

  • A类型，是address的缩写，用来指定主机名或者域名对应的ip地址.
  • NS类型，是name server的缩写，是域名服务器记录，用来指定域名由哪个DNS服务器来进行解析。
  • MX类型,是mail exchanger的缩写，是一个邮件交换记录，用来根据邮箱的后缀来定位邮件服务器。
  • CNAME类型，是canonical name的缩写，可以将多个名字映射到同一个主机.
  • TXT类型，用来表示主机或者域名的说明信息。

以上几个是我们经常会用到的dns record类型。

这里我们选择使用A，用来查询域名对应的主机IP地址。

构建好query之后，我们就可以使用netty client发送query指令到dns服务器了，具体的代码如下：

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

DNS查询的消息处理

DNS的查询消息我们已经发送出去了，接下来就是对消息的处理和解析了。

还记得我们自定义的Do53ChannelInitializer吗？看一下它的实现：

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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());
    }
}

我们向pipline中添加了两个netty自带的编码解码器TcpDnsQueryEncoder和TcpDnsResponseDecoder，还有一个自定义用来做消息解析的Do53ChannelInboundHandler。

因为我们向channel中写入的是DnsQuery,所以需要一个encoder将DnsQuery编码为ByteBuf,这里使用的是netty提供的TcpDnsQueryEncoder：

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public final class TcpDnsQueryEncoder extends MessageToByteEncoder<DnsQuery>

TcpDnsQueryEncoder继承自MessageToByteEncoder，表示将DnsQuery编码为ByteBuf。

看下他的encode方法：

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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编码之前存储了msg的长度信息，所以是一个基于长度的对象编码器。

这里的encoder是一个DnsQueryEncoder对象。

看一下它的encoder方法：

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

DnsQueryEncoder会依次编码header、questions和records。

完成编码之后，我们还需要从DNS server的返回中decode出DnsResponse，这里使用的是netty自带的TcpDnsResponseDecoder:

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public final class TcpDnsResponseDecoder extends LengthFieldBasedFrameDecoder

TcpDnsResponseDecoder继承自LengthFieldBasedFrameDecoder，表示数据是以字段长度来进行分割的，这和我们刚刚将的encoder的格式类似。

来看下他的decode方法：

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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方法先调用LengthFieldBasedFrameDecoder的decode方法将要解码的内容提取出来，然后调用responseDecoder的decode方法，最终返回DnsResponse。

这里的responseDecoder是一个DnsResponseDecoder。具体decoder的细节这里就不过多阐述了。感兴趣的同学可以自行查阅代码文档。

最后，我们得到了DnsResponse对象。

接下来就是自定义的InboundHandler对消息进行解析了：

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class Do53ChannelInboundHandler extends SimpleChannelInboundHandler<DefaultDnsResponse>

在它的channelRead0方法中，我们调用了readMsg方法对消息进行处理：

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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记录用来指定主机名或者域名对应的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的一个实现，首先判断msg中的QUESTION个数是否大于零。

如果大于零，则打印出question的信息。

然后再解析出msg中的ANSWER并打印出来。

最后，我们可能得到这样的输出：

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

总结

以上就是使用netty创建DNS client进行TCP查询的讲解。

本文的代码，大家可以参考：

learn-netty4

到此这篇关于手把手教你在netty中使用TCP协议请求DNS服务器的文章就介绍到这了,更多相关netty请求DNS服务器内容请搜索服务器之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持服务器之家！

原文链接：https://www.cnblogs.com/flydean/p/16491639.html

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