簡介

DNS的全稱domain name system，既然是一個系統就有客戶端和服務器之分。一般情況來說我們并不需要感知這個DNS客戶端的存在，因為我們在瀏覽器訪問某個域名的時候，瀏覽器作為客戶端已經實現了這個工作。

但是有時候我們沒有使用瀏覽器，比如?.NETty環境中，如何構建一個DNS請求呢？

DNS傳輸協議簡介

在RFC的規范中，DNS傳輸協議有很多種,如下所示：

DNS-over-UDP/53簡稱”Do53″,是使用UDP進行DNS查詢傳輸的協議。
DNS-over-TCP/53簡稱”Do53/TCP”,是使用TCP進行DNS查詢傳輸的協議。
DNSCrypt,對DNS傳輸協議進行加密的方法。
DNS-over-TLS簡稱”DoT”,使用TLS進行DNS協議傳輸。
DNS-over-HTTPS簡稱”DoH”,使用HTTPS進行DNS協議傳輸。
DNS-over-TOR,使用VPN或者tunnels連接DNS。

這些協議都有對應的實現方式，我們先來看下Do53/TCP，也就是使用TCP進行DNS協議傳輸。

DNS的IP地址

先來考慮一下如何在netty中使用Do53/TCP協議，進行DNS查詢。

因為DNS是客戶端和服務器的模式，我們需要做的是構建一個DNS客戶端，向已知的DNS服務器端進行查詢。

已知的DNS服務器地址有哪些呢？

除了13個root DNS IP地址以外，還出現了很多免費的公共DNS服務器地址,比如我們常用的阿里DNS,同時提供了IPv4/IPv6 DNS和DoT/DoH服務。

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

當然還有很多其他的公共免費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，這里默認的是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中配置的DNS解析地址，以mac為例，可以通過nslookup進行查看本地的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，接下來我們需要做的就是搭建netty client，然后向DNS server端發送DNS查詢消息。

搭建DNS netty client

因為我們進行的是TCP連接，所以可以借助于netty中的NIO操作來實現，也就是說我們需要使用NioEventLoopGroup和NIOSocketChannel來搭建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協議，所以我們只需要像常用的netty客戶端服務一樣構建客戶端即可。

然后調用Bootstrap的connect方法連接到DNS服務器，就建立好了channel連接。

這里我們在handler中傳入了自定義的Do53ChannelInitializer，我們知道handler的作用是對消息進行編碼、解碼和對消息進行讀取。因為目前我們并不知道客戶端查詢的消息格式，所以Do53ChannelInitializer的實現我們在后面再進行詳細講解。

發送DNS查詢消息

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

每個DnsMessage都有一個唯一標記的ID，還有代表這個message類型的DnsOpCode。

對于DNS來說，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");

因為每個DnsMessage都可能包含4個sections,每個section都以DnsSection來表示。因為有4個section，所以在DnsSection定義了4個section類型:

    QUESTION,
    ANSWER,
    AUTHORITY,
    ADDITIONAL;

每個section里面又包含了多個DnsRecord, DnsRecord代表的就是Resource record,簡稱為RR，RR中有一個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消息的統一表示，對于查詢來說，netty中提供了一個專門的查詢類叫做DefaultDnsQuery。

先來看下DefaultDnsQuery的定義和構造函數：

public class DefaultDnsQuery extends AbstractDnsMessage implements DnsQuery {

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

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

DefaultDnsQuery的構造函數需要傳入id和opCode。

我們可以這樣定義一個DNS查詢：

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

既然是QEURY,那么還需要設置4個sections中的查詢section:

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

這里調用的是setRecord方法向section中插入RR數據。

這里的RR數據使用的是DefaultDnsQuestion。DefaultDnsQuestion的構造函數有兩個，一個是要查詢的domain name，這里就是”www.flydean.com”,另外一個參數是dns記錄的類型。

dns記錄的類型有很多種，在netty中有一個專門的類DnsRecordType表示,DnsRecordType中定義了很多個類型，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");
    ...

因為類型比較多，我們挑選幾個常用的進行講解。

A類型，是address的縮寫，用來指定主機名或者域名對應的ip地址.
NS類型，是name server的縮寫，是域名服務器記錄，用來指定域名由哪個DNS服務器來進行解析。
MX類型,是mail exchanger的縮寫，是一個郵件交換記錄，用來根據郵箱的后綴來定位郵件服務器。
CNAME類型，是canonical name的縮寫，可以將多個名字映射到同一個主機.
TXT類型，用來表示主機或者域名的說明信息。

以上幾個是我們經常會用到的dns record類型。

這里我們選擇使用A，用來查詢域名對應的主機IP地址。

構建好query之后，我們就可以使用netty client發送query指令到dns服務器了，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發送出去了，接下來就是對消息的處理和解析了。

還記得我們自定義的Do53ChannelInitializer嗎？看一下它的實現：

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netty自帶的編碼解碼器TcpDnsQueryEncoder和TcpDnsResponseDecoder，還有一個自定義用來做消息解析的Do53ChannelInboundHandler。

因為我們向channel中寫入的是DnsQuery,所以需要一個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編碼之前存儲了msg的長度信息，所以是一個基于長度的對象編碼器。

這里的encoder是一個DnsQueryEncoder對象。

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，表示數據是以字段長度來進行分割的，這和我們剛剛將的encoder的格式類似。

來看下他的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方法先調用
LengthFieldBasedFrameDecoder的decode方法將要解碼的內容提取出來，然后調用responseDecoder的decode方法，最終返回DnsResponse。

這里的responseDecoder是一個DnsResponseDecoder。具體decoder的細節這里就不過多闡述了。感興趣的同學可以自行查閱代碼文檔。

最后，我們得到了DnsResponse對象。

接下來就是自定義的InboundHandler對消息進行解析了：

class Do53ChannelInboundHandler extends SimpleChannelInboundHandler<DefaultDnsResponse>

在它的channelRead0方法中，我們調用了readMsg方法對消息進行處理：

    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記錄用來指定主機名或者域名對應的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的一個實現，首先判斷msg中的QUESTION個數是否大于零。

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。

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