高性能Linux服务器编程-Part 3-DNS协议

或许未必不过
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关于本系列文章

开篇里的说明

网络测试环境搭建和说明

参考这里

概述

定义/职责: 将域名转换为IP地址.

浏览器中输入一个域名之后:

  1. 获取输入URL的域名地址, 例如：www.google.com.
  2. 向DNS服务器发送DNS查询请求, DNS服务器在网络连接的属性里面配置, 或者使用自动获取的.
  3. 接收DNS服务器返回的响应报文, 并解析获得IP地址.

DNS查询和应答报文详解

dns-datagram.png

DNS header:

  • 16 bit标识字段: 用于标识一组DNS查询和应答, 以区分哪一个DNS应答是哪一个DNS查询的回应.

  • 16 bit标记字段: 用于协商具体的通信方式和反馈通信状态, 具体参考下图:

dns-identity.png

  • QR: 0表示查询, 1标识应答.

  • opcode: 定义查询和应答的类型, 0--标准查询, 1--反向查询(通过IP获得主机名), 2--请求服务器状态.

  • AA: 占1位, 授权应答(Authoritative Answer) – 这个比特位在应答的时候才有意义, 指出给出应答的服务器是查询域名的授权解析服务器.

  • TC: 截断标志, 仅当DNS报文使用UDP服务时使用. 因为UDP数据报有长度限制, 所以过长的DNS报文将被截断. 1表示DNS报文超过512字节，并被截断.

  • RC: 递归查询标志. 1表示执行递归查询, 即如果目标DNS服务器无法解析某个主机名, 则它将向其他DNS服务器继续查询, 如此递归, 直到获得结果并把该结果返回给客户端. 0表示执行迭代查询, 即如果目标DNS服务器无法解析某个主机名, 则它将自己知道的其他DNS服务器的IP地址返回给客户端, 以供客户端参考.

  • RA: 允许递归标志. 仅由应答报文使用, 1表示DNS服务器支持递归查询.

  • zero: 未使用, 必须都社会为0.

  • rcode: 4位返回码, 表示应答的状态. 常用值有0--无错误, 3--域名不存在.

  • 16 bit查询问题个数--QDCOUNT: 指明报文请求段中的问题记录数.

  • 16 bit回答问题个数--ANCOUNT: 指明报文回答段中的回答记录数.

  • 16 bit授权问题个数--NSCOUNT: 指明报文授权段中的授权记录数.

  • 16 bit额外资源问题个数--ARCOUNT: 指明报文附加段中的附加记录数.

对于上述4个字段, 查询报文和回答报文的值分别如下:

请求类型QDCOUNTANCOUNTNSCOUNTARCOUNT
查询报文1000
回答报文011 or 01 or 0

DNS body:

  • 查询问题字段的格式:

dns-q-datagram.png

  • 查询名以一定的格式封装了要查询的主机域名.

  • 16位查询类型: A(A记录)--值为1, 表示类型为IP地址; CNAME--值为5, 表示类型为别名; PTR--值为12, 表示反向查询.

  • 16位查询类: 通常值为1, 表示获取IP地址.

  • 应答字段/授权字段/额外信息字段都使用资源记录(Resource Record, RR)格式, RR格式如下图:

dns-rr-datagram.png

  • 32位域名是该记录中与资源对应的名字, 其格式和查询问题中的查询名字段相同.
  • 16位类型和16位类字段的含义也与DNS查询问题的对应字段相同.
  • 32位生存时间表示该查询记录结果可被本地客户端程序缓存多长时间, 单位是秒. (下图是DNSPod中的ttl设置)

dnspod-ttl.png

  • 16位资源数据长度字段和资源数据字段的内容取决于类型字段. 对A记录而言, 资源数据是32位的IPv4地址, 资源数据长度则为4(以字节为单位). 对于CNAME, 或者MX类型而言, 资源数据应该是对应的值. (这就是为什么资源数据的长度是可变的原因.)

  • Related RFC: RFC 1035, RFC 1886.

访问DNS服务

我们需要通过DNS服务器去查询对应域名的IP地址, 那么DNS服务器是如何设置的?

通常的情况下, 我们是通过DHCP协议来获取到默认的DNS Server IP的. 参考这里

我们可以如下的命令来获取dns server ip address.

cat /etc/resolv.conf

dns-resolv1.png

当然, 我们可以手动来设置一些公共dns服务器, 例如google的8.8.8.8和114dns 114.114.114.114. 这里我们使用阿里(看上去很专业)和dnspod(貌似被腾讯收购了?)的public DNS+ server来做下实验.

sudo vi /etc/resolv.conf

nameserver 223.5.5.5
nameserver 119.29.29.29
nameserver 223.6.6.6
nameserver 182.254.116.116

设置好了之后, 我们可以通过dig or host or nslookup这3个shell来查询一个域名. 这三者有什么区别了?

  • Dig: Linux utility, needs compiled to run in windows. Provides more detail, more advanced domain info. The more information the better.
  • Host: Unix based. Replacement for nslookup with more options and detail.
  • nslookup: Windows and Unix based. No longer supported in Unix-based systems. Provides basic info. for name queries.

Dig is highly recommended given its options and detailed information if you require such info. For simple queries, nslookup or host will provide you the info. you need.

ref: here

具体命令为:

dig www.baidu.cn

dig-baidu.jpg

上述图例中比较重要的部分:

;; QUESTION SECTION:
;www.baidu.com. IN A
可以看到查询域名为: www.baidu.com, 类型是A记录.

;; ANSWER SECTION:
www.baidu.com. 127 IN CNAME www.a.shifen.com.
www.a.shifen.com. 127 IN A 180.97.33.107
www.a.shifen.com. 127 IN A 180.97.33.108
可以看到首先查询到 [nolink]www.baidu.com是www.a.shifen.com("十分"是什么?)的别名.
后返回了两个IP address: 180.97.33.107, 180.97.33.108

程序员必须要会用google 程序员必须要会用google 程序员必须要会用google

Q1: 为什么有2个IP? google search "one domain name with multiple ip addresses". Wow, 原来是为了让DNS server做load balancing, 使用了round robin DNS.

This is round robin DNS. This is a quite simple solution for load balancing. Usually DNS servers rotate/shuffle the DNS records for each incoming DNS request. Unfortunately it's not a real solution for fail-over. If one of the servers fail, some visitors will still be directed to this failed server.

Normally you would not uses hosts to do this, but your DNS. Most DNS will provide what's called a "Round Robin" if you assign multiple A records to the one name in the zone.

What it would do then, is the first request comes through would receive 192.168.244.128, the next would receive 192.168.226.129, so on and so forth. However, by design, your local machine will cache its DNS resolution, and will usually use the same IP address over and over, until it expires (Time To Live, TTL).

ref: here 1 here 2

注意第二个在serverfault.com的回答中有一句提到了:

However, by design, your local machine will cache its DNS resolution, and will usually use the same IP address over and over, until it expires (Time To Live, TTL).

Q2: 那么缓存的时间到底是多久了? 继续google之. oh, 原来这里的ANSWER SECTION里面的246就是TTL.

dig-ttl1.jpg

dig命令是显示当前的ttl时间, 每隔1秒钟会减1, 因此每次执行dig命令时, 显示是当前的缓存时间, 下图是在上一次执行dig之后大概66秒(246 - 180 = 66)之后的图例:

dig-ttl2.jpg

Q3: 有没有办法trace到绝对的ttl时间了? 答案是+trace命令参数:

dig +trace +nocmd +noall +answer +ttlid www.baidu.com

dig-ttl3.jpg

Q4: 如果我换成DNSPod的DNS服务器, www.baidu.com的ttl时间是一致的么?

dig-ttl4.jpg

wow, 原来是一样的, 都是1200, 参考我们如下图所示提到的是一致的.

dnspod-ttl.png

Q5: 假设域名对应的IP变化了, 我们想要ttl失效, 该怎么办?

sudo killall -HUP mDNSResponder # os x 10.10.4 or later.
  • windows:
ipconfig /flushdns

sudo /etc/init.d/nscd restart
or
sudo service nscd restart
or
sudo service nscd reload

当然你也可以通过host or nslookup来查询.

host -a www.baidu.com
nslookup www.baidu.com

ref:

10 Linux DIG Command Examples for DNS Lookup

HowTo: Find Out DNS Server IP Address Used By My Router?

How can I see Time-To-Live (TTL) for a DNS record?

Dig Command Find Out TTL (Time to Live) Value For DNS Records

使用tcpdump观察DNS协议的通信过程

使用tcpdump抓取dns查询的数据报:

sudo tcpdump -i en0 -nt port domain

显示的结果为:

IP 192.168.11.2.55411 > 223.5.5.5.53: 57184+ A? www.baidu.com. (31)
IP 223.5.5.5.53 > 192.168.11.2.55411: 57184 3/0/0 CNAME www.a.shifen.com., A 180.97.33.107, A 180.97.33.108 (90)

  • 第一行: 由local(192.168.11.2:55411端口)向我们配置的阿里public DNS server(223.5.5.5:53)发起DNS QUERY请求, 57184是DNS查询报文的值, "+"表示递归查询, "A?"表示使用A类型的查询方式, 31表示查询报文的长度(byte).
  • 第二行: 3/0/0表示3个回答记录, 0个授权资源记录, 0个额外信息记录. 其余部分与我们在前面介绍的部分相同.

More Information about DNS

参考digitalocean的这个系列

digitalocean-dns-series.jpg

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