Linux C/C++ 学习日记（7）：DNS协议及用C语言发送报文实现查询指定域名的IP地址

deng-c-f

972人浏览 · 2025-09-22 08:26:50

deng-c-f · 2025-09-22 08:26:50 发布

注：该文用于个人学习记录和知识交流，如有不足，欢迎指点。

一、DNS协议（Domain Name System）

1.定义：

DNS 协议简单说就是将域名（如www.baidu.com）翻译成 IP 地址（如 14.215.177.38）的 “互联网地址簿协议”，是实现域名与 IP 地址对应关系的核心技术。

它运行在 UDP 协议之上（端口 53），采用分布式、层级化的域名解析体系，解决了 “IP 地址难记” 和 “IP 地址可能变更但域名不变” 的问题。

2. 核心作用：

换句话说为什么不直接使用ip连接就好了，还整出个DNS，是大牛们无聊吗? 当然不是，谜底就在下面。

1. 地址解析：这是最核心功能，把用户易记的域名转换成计算机能识别的 IP 地址，让数据能找到目标服务器。

2. 负载均衡：通过返回多个 IP 地址，让访问请求分散到不同服务器，避免单一服务器过载（比如大型网站常用）。

3. 故障冗余：当某个 IP 对应的服务器故障时，可返回其他正常 IP，保证服务不中断。

基于以上特性，可以说，DNS 是大型高并发服务器能 “触达用户”“承载压力”“稳定运行” 的前提之一

3. DNS的底层工作原理（即DNS是如何实现的）：

DNS 的实现是 “分布式架构 + 层级化管理 + 缓存机制” 的完美结合：

层级化解决了 “全球域名管理” 的问题，避免集中式瓶颈；
分布式服务器集群确保了高可用和全球覆盖；
缓存和负载均衡机制大幅提升了解析效率

3.1 DNS 核心实现基础三大模块表

核心模块	分类 / 子项	具体说明	关键作用与价值	典型示例
一、层级化的域名空间	根域（.）	域名层级的最顶层，全球共 13 组根服务器（由 12 个组织管理，含多台物理机副本），无实际域名映射，仅作为解析起点。	作为全球 DNS 解析的 “入口”，引导本地 DNS 服务器查询下一级（顶级域）服务器，避免集中式管理瓶颈。	用户查询`www.baidu.com`时，本地 DNS 先向根服务器请求，根服务器返回`.com`顶级域服务器地址。
	顶级域（TLD）	根域下的第一层域名，按用途 / 地域分类，由专门机构管理（如`.com`由 Verisign 管理，`.cn`由中国互联网络信息中心管理）。	划分域名管理范围，让不同类型 / 地区的域名有专属管理机构，保障域名分配有序。	商业类`.com`、组织类`.org`、国家类`.jp`（日本）、`.uk`（英国）。
	二级域	顶级域下的域名，需企业或个人向域名注册商申请注册（如`baidu.com`、`github.com`），注册后拥有该域名的管理权限。	作为企业 / 个人的 “网络标识”，是域名的核心部分，用户可通过二级域识别品牌或服务。	`taobao.com`（淘宝）、`tencent.com`（腾讯）、`163.com`（网易）。
	子域	由二级域管理者自行创建和分配（无需注册），用于区分内部不同服务，格式为 “子域。二级域。顶级域”。	细化二级域的服务分类，方便内部管理，让用户快速识别服务类型。	`www.baidu.com`（百度网页服务）、`mail.163.com`（网易邮件服务）、`map.qq.com`（腾讯地图服务）。
二、分布式解析服务器集群	本地 DNS 服务器	用户网络接入时默认配置的 DNS（如宽带运营商提供的`202.96.134.133`，或手动设置的公共 DNS 如谷歌`8.8.8.8`、阿里`223.5.5.5`）。	作为用户与上层 DNS 的 “中间代理”，接收用户查询请求，优先返回缓存结果，无缓存则代理解析，减少用户等待时间。	家用电脑默认使用电信 DNS`202.96.134.133`，查询`www.bilibili.com`时，先查该服务器缓存。
	权威 DNS 服务器	管理特定域名解析记录的服务器（由域名持有者配置，如百度为`baidu.com`配置`ns1.baidu.com`），保存该域名的最终解析记录（A/AAAA/MX 等）。	存储域名的 “官方解析信息”，是域名解析的 “最终数据源”，确保解析结果的准确性。	`baidu.com`的权威服务器`ns1.baidu.com`，保存`www.baidu.com`对应的 IPv4 地址`180.101.49.11`。
	根服务器	管理根域（.）的服务器集群，全球共 13 组，不直接返回域名 IP，仅告知 “对应顶级域服务器的地址”。	衔接本地 DNS 与顶级域服务器，是全球 DNS 解析的 “桥梁”，保障解析流程的启动与衔接。	本地 DNS 查询`www.qq.com`时，根服务器返回`.com`顶级域服务器的地址列表。
三、标准化的协议与记录类型	协议规范	默认运行在 UDP 协议（端口 53），查询响应小于 512 字节时用 UDP（速度快）；复杂查询（如带 DNSSEC 签名、响应超 512 字节）自动切换到 TCP。	兼顾解析速度与数据完整性：UDP 满足多数简单查询的高效需求，TCP 处理复杂场景的数据可靠性。	查询`www.baidu.com`的 A 记录（响应仅含 IP，小于 512 字节）用 UDP；查询带 DNSSEC 签名的记录用 TCP。
	A 记录	最常用记录类型，定义 “域名→IPv4 地址” 的映射关系，是网页访问、App 联网的核心记录。	将易记域名转换为计算机可识别的 IPv4 地址，支撑绝大多数基于 IPv4 的网络服务。	`www.baidu.com. A 180.101.49.11`、`api.weixin.qq.com. A 123.151.137.18`。
	AAAA 记录	定义 “域名→IPv6 地址” 的映射关系，适配 IPv6 网络环境，解决 IPv4 地址耗尽问题。	支撑基于 IPv6 的网络服务，是未来互联网的核心解析记录类型。	`www.baidu.com. AAAA 2400:da00::6666`、`ipv6.taobao.com. AAAA 240e:ff:f101:12::2`。
	CNAME 记录	定义 “域名别名”，将一个域名指向另一个域名（目标域名需通过 A/AAAA 记录解析为 IP）。	简化域名管理：变更 IP 时仅需修改目标域名的记录，无需修改所有别名域名；实现服务别名映射。	`www.baidu.com. CNAME baidu.com.`（`www`是`baidu.com`的别名）、`blog.github.com. CNAME github.io.`。
	MX 记录	定义 “域名→邮件服务器地址” 的映射，含 “优先级” 字段（数字越小优先级越高），支持多服务器容灾。	明确邮件投递目标，确保邮件准确发送到专门的邮件服务器，而非网站服务器；多服务器保障邮件不丢失。	`gmail.com. MX 5 gmail-smtp-in.l.google.com.`（优先级 5，主邮件服务器）、`gmail.com. MX 10 alt1.gmail-smtp-in.l.google.com.`（优先级 10，备用服务器）。

3.2 DNS 解析完整流程表（以`www.baidu.com`为例）

1	本地缓存查询	1. 用户输入域名后，浏览器先查自身缓存； 2. 未命中则查操作系统缓存（如 Windows 的`ipconfig /displaydns`）；3. 仍未命中则查路由器缓存。	- 缓存命中直接使用 IP，避免网络查询，加速访问； - 缓存有效期由 TTL（生存时间）控制（如 300 秒）。	若浏览器缓存中保存`www.baidu.com → 180.101.49.11`（且未过期），直接用该 IP 访问。
2	本地 DNS 服务器查询	1. 本地缓存未命中时，操作系统向本地 DNS 服务器（如运营商`114.114.114.114`或公共`8.8.8.8`）发送查询请求； 2. 本地 DNS 服务器检查自身缓存。	本地 DNS 作为 “代理”，优先返回缓存结果，减少上层服务器查询压力。	本地 DNS 服务器若缓存过`www.baidu.com`的 IP，直接返回给操作系统，无需后续层级查询。
3	层级化递归查询	Step 1：查询根服务器本地 DNS 向根服务器（.）发送请求：“`www.baidu.com`的 IP 是什么？” 根服务器回复：“`.com`顶级域服务器地址是`a.gtld-servers.net`等”。	根服务器不直接解析域名，仅指引下一级查询方向，是全球 DNS 解析的 “入口”。	根服务器返回 13 组`.com`顶级域服务器的 IP 列表，供本地 DNS 选择。
4		Step 2：查询顶级域服务器本地 DNS 向`.com`服务器发送请求：“`www.baidu.com`的 IP 是什么？” `.com`服务器回复：“`baidu.com`的权威服务器是`ns1.baidu.com`等”。	顶级域服务器管理二级域的权威服务器地址，实现域名管理的层级划分。	`.com`服务器返回`baidu.com`的 4 台权威服务器地址（如`ns1.baidu.com`、`ns2.baidu.com`）。
5		Step 3：查询权威服务器本地 DNS 向`baidu.com`的权威服务器发送请求：“`www.baidu.com`的 IP 是什么？” 权威服务器返回对应的 IPv4/IPv6 地址（可能多个）。	权威服务器是域名解析的 “最终数据源”，保存该域名的官方解析记录。	`baidu.com`权威服务器返回`www.baidu.com`的 IP：`180.101.49.11`、`180.101.49.12`（负载均衡）。
6	结果返回与缓存	1. 本地 DNS 服务器将权威服务器返回的 IP 缓存（按 TTL 设置有效期，如 300 秒）； 2. 将 IP 地址返回给用户的操作系统 / 浏览器； 3. 浏览器基于 IP 通过 TCP 连接服务器，加载网页。	- 缓存结果供后续查询复用，提升效率； - 多 IP 返回支持负载均衡，避免单服务器过载。	本地 DNS 缓存`www.baidu.com`的 IP，返回给浏览器；浏览器用`180.101.49.11`建立 TCP 连接，加载百度首页。

4. 应用场景

主要应用场景

场景分类	具体应用场景	DNS 作用细节	用户 / 开发者感知 & 实际价值	典型示例
日常上网	浏览器访问网站、电脑端软件联网（如视频播放器加载内容）	1. 用户输入域名（如`www.baidu.com`）后，操作系统先查本地 DNS 缓存； 2. 缓存未命中则请求本地 DNS 服务器（如运营商的`114.114.114.114`或公共的`8.8.8.8`）； 3. DNS 服务器返回域名对应的 IPv4/IPv6 地址（如`180.101.49.11`）； 4. 浏览器基于 IP 地址与网站服务器建立 TCP 连接，加载网页内容。	- 用户无需记忆复杂 IP，只需输入易记域名； - 隐藏底层网络地址，即使网站服务器 IP 变更，域名不变也能正常访问。	输入`www.bilibili.com`，DNS 解析为`120.92.142.45`，浏览器加载 B 站首页；电脑端微信登录时，解析`wx.qq.com`获取服务器 IP。
邮件发送	个人 / 企业邮件客户端（如 Outlook、Foxmail）发送邮件，企业邮件系统间传递邮件	1. 发送方邮件系统提取收件人邮箱后缀（如`xxx@gmail.com`→`gmail.com`）； 2. 向 DNS 服务器查询该域名的MX 记录（邮件交换记录）； 3. MX 记录返回收件方邮件服务器列表及优先级（如`gmail-smtp-in.l.google.com`，优先级 5）； 4. 进一步解析 MX 记录中的服务器域名为 IP，通过 SMTP 协议将邮件投递到该服务器。	- 确保邮件准确投递到 “专门处理邮件的服务器”，而非网站服务器； - 多 MX 记录支持容灾：主服务器不可用时，自动切换到备用服务器（低优先级），避免邮件丢失。	用 QQ 邮箱给`xxx@163.com`发邮件，DNS 查询`163.com`的 MX 记录，得到`mx.163.com`（优先级 10），解析 IP 后投递邮件；企业向客户发送营销邮件，通过 MX 记录定位客户公司的邮件服务器。
移动应用联网	手机 App 访问后端 API 接口、加载云端数据（如社交 App 刷动态、电商 App 查商品）	1. App 启动后，调用系统 DNS 接口（如 Android 的`InetAddress.getByName`、iOS 的`getaddrinfo`）； 2. 解析后端 API 域名（如`api.weixin.qq.com`）为 IP； 3. App 基于 IP 地址发起 HTTP/HTTPS 请求，获取用户数据（如微信消息、朋友圈内容）。	- 对用户无感知，App 后台自动完成解析； - 支持 API 服务器扩容：同一域名绑定多个 IP，DNS 轮询分发请求，避免单服务器过载。	抖音 App 刷视频时，解析`api.amemv.com`获取视频数据服务器 IP；支付宝转账时，解析`transfer.alipay.com`定位交易接口服务器。
云服务与 CDN	大型网站（如电商、视频平台）通过 CDN 加速内容分发，云服务器负载均衡	1. 用户请求网站域名（如`www.tmall.com`），DNS 服务器先查询该域名的CDN 节点记录； 2. 根据用户地理位置（如北京）、网络运营商（如联通），返回最近的 CDN 节点 IP（如北京联通的 CDN 节点`202.99.16.19`）； 3. 用户从 CDN 节点加载静态资源（如商品图片、视频片段），而非直接访问源服务器。	- 用户访问速度大幅提升：静态资源从就近节点加载，延迟降低（如视频缓冲更快）；- 减轻源服务器压力：90% 以上的静态请求由 CDN 承接，源服务器仅处理核心业务（如订单支付）。	淘宝双 11 期间，用户在上海访问`www.taobao.com`，DNS 返回上海电信 CDN 节点 IP，加载商品图片；Netflix 用户观看海外剧集，DNS 返回就近的 CDN 节点，降低视频卡顿率。
企业内网服务	企业员工访问内部系统（如 OA 办公系统、财务系统）、内部服务器间通信	1. 企业部署私有 DNS 服务器（仅内网可访问），配置内部域名与内网 IP 的映射（如`oa.company.com`→`192.168.1.100`）； 2. 员工电脑 / 办公设备默认使用私有 DNS 服务器； 3. 访问内部域名时，私有 DNS 直接返回内网 IP，无需经过公网 DNS。	- 提升内网访问效率：避免公网 DNS 解析延迟，内网服务访问更流畅；- 保障内网安全：内部域名不对外暴露，降低被外部攻击的风险；- 简化管理：即使内网服务器 IP 变更，只需修改私有 DNS 配置，员工无需调整访问地址。	企业员工在电脑输入`oa.company.com`，私有 DNS 解析为内网 IP`192.168.1.100`，访问办公系统；内部财务系统服务器`finance.company.com`解析为`192.168.2.50`，供财务部门专用。

浏览器通过 DNS 访问网站的详细流程

步骤	详细过程	关键说明
1	用户在浏览器输入域名（如`www.baidu.com`），按下回车触发访问请求。	人类记忆域名更轻松，输入域名后需先转为 IP 才能让计算机定位服务器。
2	操作系统先查询本地 DNS 缓存（包括系统缓存、浏览器缓存、路由器缓存）。	- 若缓存命中（如之前访问过百度，本地保存了`www.baidu.com`→`180.101.49.11`），直接跳至步骤 5； - 若缓存未命中（首次访问或缓存过期，缓存有效期由 DNS 记录的 TTL 值控制），进入步骤 3。
3	操作系统向本地 DNS 服务器发送查询请求（默认是宽带运营商提供的 DNS，如电信`202.96.134.133`；也可手动设置公共 DNS，如谷歌`8.8.8.8`、阿里`223.5.5.5`）。	本地 DNS 服务器是用户网络接入的 “第一级 DNS 代理”，通常会缓存常用域名的解析结果。若本地 DNS 服务器也没有缓存，会启动层级查询流程
4	本地 DNS 服务器执行层级查询（若自身无缓存）：	这是 DNS 的核心分布式解析逻辑，通过多级服务器协作找到最终 IP： 1. 本地 DNS 先向根域名服务器（`.`，全球共 13 组）查询，根服务器返回`.com`顶级域名服务器的地址； 2. 本地 DNS 向`.com`顶级域名服务器查询，得到`baidu.com`权威域名服务器的地址； 3. 本地 DNS 向`baidu.com`权威服务器查询，最终获取`www.baidu.com`对应的 IPv4/IPv6 地址（可能返回多个 IP，用于负载均衡）； 4. 本地 DNS 服务器缓存该解析结果（按 TTL 值设置有效期），并将 IP 返回给操作系统。
5	操作系统将 IP 地址传递给浏览器，浏览器基于 IP 地址与百度服务器建立 TCP 连接（三次握手）。	TCP 是可靠传输协议，网页数据需通过 TCP 连接传输，确保数据不丢失、不混乱。
6	连接建立后，浏览器向百度服务器发送HTTP/HTTPS 请求（如请求`www.baidu.com`的首页 HTML 文件）。	- 若用 HTTP，请求直接明文发送；- 若用 HTTPS（现在主流），会先进行 TLS 握手建立加密通道，再发送请求，保障数据安全。
7	百度服务器接收请求，处理后返回响应数据（如 HTML、CSS、JavaScript、图片等资源）。	服务器会根据请求内容（如首页、搜索结果）生成对应的响应，通过 TCP 连接回传。
8	浏览器接收响应数据，解析并渲染（如解析 HTML 构建 DOM 树、加载 CSS 渲染样式、执行 JS 实现交互），最终呈现完整的百度首页。	这一步是浏览器的核心功能，将服务器返回的 “代码” 转换成用户能看到的 “网页界面”。

MX的相关说明

信息类别	具体说明	示例（以`@gmail.com`为例）
MX 记录定义	DNS 中专门用于指定域名对应邮件服务器地址的记录，包含 “服务器地址” 和 “优先级” 两个核心字段。	记录格式：`域名. MX 优先级邮件服务器域名.`
MX 记录核心字段	1. 优先级：数字越小优先级越高，用于多服务器时确定投递顺序； 2. 服务器地址：接收该域名邮件的服务器域名（需进一步解析为 IP）。	`gmail.com. MX 5 gmail-smtp-in.l.google.com.`（优先级 5，高于优先级 10 的服务器）
邮件发送时 MX 查询流程	1. 提取收件人域名：从邮箱地址中分离出后缀（如`someone@gmail.com`→`gmail.com`）； 2. 查询 MX 记录：向 DNS 服务器请求该域名的 MX 记录，获取邮件服务器列表； 3. 解析服务器 IP：将 MX 记录中的邮件服务器域名解析为 IP（如`gmail-smtp-in.l.google.com`→`142.251.9.27`）； 4. 发送邮件：通过 SMTP 协议将邮件发送到该 IP 对应的服务器，由其递交给目标邮箱。	1. 提取域名：`gmail.com`； 2. 查询 MX 记录：得到`gmail-smtp-in.l.google.com`（优先级 5）； 3. 解析 IP：`142.251.9.27`； 4. 发送邮件：通过 SMTP 将邮件发给该 IP。
MX 记录的必要性	1. 区分服务器角色：域名的 A 记录通常指向网站服务器（如`gmail.com`的 A 记录指向网页邮箱），MX 记录专门指向邮件服务器； 2. 确保准确投递：避免邮件误发送到网站服务器，保证投递到专门处理邮件的服务器。	若没有 MX 记录，发送给`@gmail.com`的邮件会默认投递到`gmail.com`的网站服务器，导致邮件丢失。

5. 报文结构

1. 定义：

DNS 报文是 DNS 协议进行域名解析时客户端与服务器之间传递的数据包，采用固定的二进制结构，用于在查询请求（客户端→服务器）和响应（服务器→客户端）中携带关键信息（如查询的域名、解析类型、结果 IP 等）。

2. 结构：

DNS 报文由首部（Header）、问题区（Question）、回答区（Answer）、授权区（Authority）、附加区（Additional） 5 部分组成，整体长度不超过 512 字节（UDP 传输时）。

字段区域	核心作用	关键组成（以首部为例）
首部（Header）	控制整个 DNS 报文，共 12 字节	- ID（2 字节）：标识请求，用于匹配响应 - 标志位（2 字节）：如 “查询 / 响应”“是否权威” - 4 个计数字段（各 2 字节）：分别记录问题数、回答数、授权数、附加数
问题区（Question）	存放用户的查询请求（如 “www.baidu.com的 A 记录”）	- 域名（变长）：以 “.” 分割，每个部分前加长度，末尾用 0 结束- 查询类型（2 字节）：如 A（IPv4 地址）、AAAA（IPv6 地址）、CNAME（别名） - 查询类（2 字节）：通常为 1（表示互联网地址）
回答区（Answer）	存放 DNS 服务器的解析结果	结构与问题区类似，但多了 “生存时间（TTL）”“数据长度”“解析数据”（如具体 IP）
授权区（Authority）	存放权威 DNS 服务器的地址（当当前服务器非权威时）	提供能解析该域名的权威服务器域名及 IP
附加区（Additional）	提供额外辅助信息（如授权服务器的 IP）	避免用户再次查询权威服务器地址，减少网络请求

2.1 头部（Header，12 字节）

头部是 DNS 报文的 “控制中心”，由 6 个 2 字节字段组成：

字段（2 字节）	含义与取值说明
标识（ID）	客户端生成的随机数，用于匹配查询与响应（如客户端发送 ID=12345 的查询，服务器用相同 ID 回复）。
标志（Flags）	包含多个子字段，核心有：- 操作码（Opcode）：0 = 标准查询，1 = 反向查询；- 响应码（Rcode）：0 = 成功，3 = 域名不存在；- QR 位：0 = 查询报文，1 = 响应报文；- AA 位：1 = 权威服务器的响应；- RD 位：1 = 客户端请求递归查询；- RA 位：1 = 服务器支持递归查询。
问题数（Qdcount）	问题区中查询项的数量（通常为 1）。
回答数（Ancount）	回答区中资源记录的数量（响应报文才有，如查询`www.baidu.com`可能返回 2 条 A 记录）。
授权数（Nscount）	授权区中资源记录的数量（如返回`baidu.com`的 NS 记录数量）。
附加数（Arcount）	附加区中资源记录的数量（如返回 NS 服务器对应的 IP 数量）。

2.2 问题区（Question，可变长度）

用于描述客户端的查询需求，结构为：

字段	长度（字节）	说明
查询域名（Qname）	可变	以 “长度 + 字符串” 形式编码（如`www.baidu.com`编码为`3www5baidu3com0`，0 表示结束）。
查询类型（Qtype）	2	指定解析类型：1=A 记录（IPv4），28=AAAA 记录（IPv6），5=CNAME，15=MX 等。
查询类（Qclass）	2	通常为 1（表示互联网地址，即 IPv4）。

2.3 回答区 / 授权区 / 附加区（均为资源记录结构）

这三个区域的每条记录都遵循 “资源记录（RR）” 格式，结构为：

字段	长度（字节）	说明
域名（Name）	可变	与问题区 Qname 编码方式相同，指该记录对应的域名（如`www.baidu.com`）。
类型（Type）	2	同 Qtype（如 1=A 记录）。
类（Class）	2	同 Qclass（通常为 1）。
生存时间（TTL）	4	记录在缓存中的有效期（秒），如 300 表示可缓存 5 分钟。
数据长度（Rdlength）	2	资源数据（Rdata）的字节长度。
资源数据（Rdata）	可变	解析结果：- A 记录：4 字节 IPv4 地址（如`180.101.49.11`）；- CNAME：域名（如`baidu.com`）；- MX：优先级（2 字节）+ 邮件服务器域名。

3. 示例：简化的 DNS 查询与响应报文

查询报文（客户端→服务器）：

头部：ID=0x1234，QR=0（查询），Qdcount=1（1 个问题）；
问题区：Qname=www.baidu.com，Qtype=1（A 记录），Qclass=1；
其他区域为空。

响应报文（服务器→客户端）：

头部：ID=0x1234（与查询匹配），QR=1（响应），Ancount=2（2 条 A 记录）；
问题区：与查询报文相同（重复客户端的查询需求）；
回答区：2 条 A 记录，分别为www.baidu.com → 180.101.49.11（TTL=300）和www.baidu.com → 180.101.49.12（TTL=300）；
授权区：baidu.com的 NS 记录（如ns1.baidu.com）；
附加区：ns1.baidu.com的 A 记录（如202.108.22.220）。

二、C语言实现简单的 DNS 客户端，编写报文用于查询指定域名的 IP 地址。

1.DNS请求模块（报文）的构建

`dns_create_header`：

初始化 DNS 报文头部，生成随机会话 ID，设置标志位和问题数量。

// DNS报文头部结构
struct dns_header {
	unsigned short id;         // 会话标识，用于匹配请求和响应
	unsigned short flags;      // 标志位，包含查询/响应、授权等信息
	unsigned short questions;  // 问题数
	unsigned short answer;     // 回答资源记录数
	unsigned short authority;  // 授权资源记录数
	unsigned short additional; // 附加资源记录数
};

// 创建DNS报文头部
int dns_create_header(struct dns_header *header) {
	if (header == NULL) return -1;
	memset(header, 0, sizeof(struct dns_header));  // 初始化头部为0

	// 生成随机ID，用于标识当前查询会话
	srandom(time(NULL));
	header->id = random();

	// 设置标志位：0x0100表示标准查询
	header->flags = htons(0x0100);
	header->questions = htons(1);  // 问题数为1

	return 0;
}

`dns_create_question`：

将普通域名（如 www.baidu.com）转换为 DNS 压缩格式（如 3www5baidu3com0），并设置查询类型和查询类。

// DNS查询问题结构
struct dns_question {
	int length;               // 域名长度
	unsigned short qtype;     // 查询类型（如A记录、CNAME等）
	unsigned short qclass;    // 查询类（通常为IN，即互联网）
	unsigned char *name;      // 待查询的域名（采用DNS压缩格式）
};


// 构建DNS查询问题部分
// hostname: 待查询的域名，如www.baidu.com
// DNS格式的域名会将每个部分的长度加在前面，如"3www5baidu3com0"
int dns_create_question(struct dns_question *question, const char *hostname) {
	if (question == NULL || hostname == NULL) return -1;
	memset(question, 0, sizeof(struct dns_question));  // 初始化问题结构

	// 为域名分配内存，长度为原域名长度+2（额外的长度标识位）
	question->name = (char*)malloc(strlen(hostname) + 2);
	if (question->name == NULL) {
		return -2;  // 内存分配失败
	}

	question->length = strlen(hostname) + 2;
	question->qtype = htons(1);  // 查询类型为A记录（主机地址）
	question->qclass = htons(1); // 查询类为IN（互联网）

	// 分割域名并转换为DNS格式
	const char delim[2] = ".";  // 以点分割域名
	char *qname = question->name;
	
	// 复制原域名以便分割（strtok会修改原字符串）
	char *hostname_dup = strdup(hostname);
	char *token = strtok(hostname_dup, delim);  // 获取第一个部分（如www）

	while (token != NULL) {
		size_t len = strlen(token);  // 获取当前部分的长度

		*qname = len;  // 存储长度
		qname++;

		// 复制域名部分
		strncpy(qname, token, len+1); // len+1确保复制字符串末尾的是'\0',即最后一次存储为com0。
		qname += len;

		// 获取下一个部分（如baidu、com）
		token = strtok(NULL, delim);
	}

	free(hostname_dup);  // 释放复制的域名内存
	return 0;  // 添加了遗漏的返回值
}

`dns_build_request`：

整合头部和问题部分，构建完整的 DNS 请求报文。

// 构建完整的DNS请求报文
// header: DNS头部
// question: DNS查询问题
// request: 输出的请求报文
// rlen: 请求报文的最大长度
int dns_build_request(struct dns_header *header, struct dns_question *question, char *request, int rlen) {
	if (header == NULL || question == NULL || request == NULL) return -1;
	memset(request, 0, rlen);  // 初始化请求缓冲区

	// 复制头部到请求报文
	memcpy(request, header, sizeof(struct dns_header));
	int offset = sizeof(struct dns_header);

	// 复制域名到请求报文
	memcpy(request+offset, question->name, question->length);
	offset += question->length;

	// 复制查询类型到请求报文
	memcpy(request+offset, &question->qtype, sizeof(question->qtype));
	offset += sizeof(question->qtype);

	// 复制查询类到请求报文
	memcpy(request+offset, &question->qclass, sizeof(question->qclass));
	offset += sizeof(question->qclass);

	return offset;  // 返回构建的请求报文长度
}

2.网络通信模块

创建 UDP 套接字，连接到指定的 DNS 服务器。
通过 sendto 发送构建好的 DNS 请求报文。
通过 recvfrom 接收 DNS 服务器返回的响应报文

3.响应解析模块

负责解析 DNS 服务器返回的响应报文，提取出域名对应的 IP 地址：

`is_pointer`：

判断是否为 DNS 压缩格式的指针（用于处理域名压缩）。

// 判断是否为指针（DNS压缩格式）
static int is_pointer(int in) {
	return ((in & 0xC0) == 0xC0);  // 0xC0是指针的标志位
}

`dns_parse_name`：

解析 DNS 报文中的域名（处理可能的压缩格式）。

// 解析DNS报文中的域名（处理可能的压缩格式）
// chunk: 整个DNS响应报文
// ptr: 当前解析位置
// out: 输出的域名
// len: 输出域名的长度
static void dns_parse_name(unsigned char *chunk, unsigned char *ptr, char *out, int *len) {
	int flag = 0, n = 0;
	char *pos = out + (*len);  // 从输出缓冲区的当前位置开始

	while (1) {
		flag = (int)ptr[0];
		if (flag == 0) break;  // 遇到0表示域名结束

		// 如果是指针，需要跳转解析
		if (is_pointer(flag)) {
			n = (int)ptr[1];  // 指针指向的偏移量
			ptr = chunk + n;  // 跳转到指针指向的位置
			dns_parse_name(chunk, ptr, out, len);  // 递归解析
			break;
		} else {
			// 不是指针，直接解析标签
			ptr++;  // 跳过长度字节
			memcpy(pos, ptr, flag);  // 复制标签内容
			pos += flag;
			ptr += flag;

			*len += flag;  // 更新长度
			// 如果不是最后一个标签，添加点分隔符
			if ((int)ptr[0] != 0) {
				memcpy(pos, ".", 1);
				pos += 1;
				(*len) += 1;
			}
		}
	}
}

`dns_parse_response`：

解析整个响应报文，提取问题数、回答数，处理 CNAME 记录和 A 记录，最终将解析结果存入 dns_item 结构体列表。

// 解析DNS服务器的响应报文
// buffer: 响应报文数据
// domains: 输出的解析结果列表
static int dns_parse_response(char *buffer, struct dns_item **domains) {
	int i = 0;
	unsigned char *ptr = buffer;  // 解析指针

	// 跳过ID和标志位，指向问题数
	ptr += 4;
	int querys = ntohs(*(unsigned short*)ptr);  // 问题数量

	// 指向回答数
	ptr += 2;
	int answers = ntohs(*(unsigned short*)ptr);  // 回答数量

	// 跳过授权数和附加数
	ptr += 6;

	// 跳过问题部分
	for (i = 0; i < querys; i++) {
		while (1) {
			int flag = (int)ptr[0];
			ptr += (flag + 1);  // 跳过标签和长度字节
			if (flag == 0) break;  // 域名结束
		}
		ptr += 4;  // 跳过查询类型和查询类
	}

	char cname[128], aname[128], ip[20], netip[4];
	int len, type, ttl, datalen;

	int cnt = 0;
	// 为解析结果分配内存
	struct dns_item *list = (struct dns_item*)calloc(answers, sizeof(struct dns_item));
	if (list == NULL) {
		return -1;  // 内存分配失败
	}

	// 解析每个回答
	for (i = 0; i < answers; i++) {
		bzero(aname, sizeof(aname));
		len = 0;

		// 解析域名
		dns_parse_name(buffer, ptr, aname, &len);
		ptr += 2;  // 跳过域名结束后的两个字节

		// 获取资源记录类型
		type = htons(*(unsigned short*)ptr);
		ptr += 4;  // 跳过类型和类

		// 获取生存时间(TTL)
		ttl = htons(*(unsigned short*)ptr);
		ptr += 4;  // 跳TTL

		// 获取数据长度
		datalen = ntohs(*(unsigned short*)ptr);
		ptr += 2;  // 跳过数据长度

		// 处理CNAME记录
		if (type == DNS_CNAME) {
			bzero(cname, sizeof(cname));
			len = 0;
			dns_parse_name(buffer, ptr, cname, &len);  // 解析别名
			ptr += datalen;  // 移动指针到下一个记录
		} 
		// 处理A记录（IP地址）
		else if (type == DNS_HOST) {
			bzero(ip, sizeof(ip));

			// IPv4地址长度为4字节
			if (datalen == 4) {
				memcpy(netip, ptr, datalen);  // 复制网络字节序的IP
				// 转换为点分十进制字符串
				inet_ntop(AF_INET, netip, ip, sizeof(struct sockaddr));

				// 打印解析结果
				printf("%s has address %s\n", aname, ip);
				printf("\tTime to live: %d minutes , %d seconds\n", ttl / 60, ttl % 60);

				// 保存到结果列表
				list[cnt].domain = (char *)calloc(strlen(aname) + 1, 1);
				memcpy(list[cnt].domain, aname, strlen(aname));
				
				list[cnt].ip = (char *)calloc(strlen(ip) + 1, 1);
				memcpy(list[cnt].ip, ip, strlen(ip));
				
				cnt++;
			}
			
			ptr += datalen;  // 移动指针到下一个记录
		}
	}

	*domains = list;  // 返回结果列表
	ptr += 2;

	return cnt;  // 返回解析到的IP数量
}

4. 主流程控制

`dns_client_commit`：

整合请求构建、网络通信和响应解析的全过程，完成一次 DNS 查询。

// 执行DNS查询的主要函数
int dns_client_commit(const char *domain) {
	// 创建UDP套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (sockfd < 0) {
		return -1;  // 套接字创建失败
	}

	// 设置DNS服务器地址
	struct sockaddr_in servaddr = {0};
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_port = htons(DNS_SERVER_PORT);
	servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(DNS_SERVER_IP);

	// 连接到DNS服务器（UDP的connect只是设置默认目标地址）
	int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
	printf("connect : %d\n", ret);  // 打印连接结果（UDP通常返回0）

	// 构建DNS请求头部
	struct dns_header header = {0};
	dns_create_header(&header);

	// 构建DNS查询问题
	struct dns_question question = {0};
	dns_create_question(&question, domain);

	// 构建完整的请求报文
	char request[1024] = {0};
	int length = dns_build_request(&header, &question, request, 1024);

	// 发送DNS查询请求
	int slen = sendto(sockfd, request, length, 0, 
					  (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(struct sockaddr)); // 注意用strlen(request)替换length会导致 DNS 请求报文发送不完整，大概率触发服务器响应错误。DNS的报文里面域名以0结尾，strlen计算到0就结束了，导致后续的qtype和qclass没有发送出去。


	// 接收DNS服务器的响应
	char response[1024] = {0};
	struct sockaddr_in addr;
	size_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
	int n = recvfrom(sockfd, response, sizeof(response), 0, 
					(struct sockaddr*)&addr, (socklen_t*)&addr_len); 

	// 解析响应报文
	struct dns_item *dns_domain = NULL;
	dns_parse_response(response, &dns_domain);

	// 释放资源
	free(dns_domain);
	close(sockfd);  // 关闭套接字（添加了遗漏的关闭操作）
	
	return n;  // 返回接收的字节数
}

`main` 函数：

检查输入参数，调用 dns_client_commit 执行查询，并处理程序入口逻辑。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>  // 补充time.h头文件，用于srandom生成随机数种子

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>  // 补充arpa/inet.h头文件，用于inet_ntop进行IP地址转换
#include <unistd.h>

// 这是由ai对dns.c文件的注释

// DNS服务器端口号，标准DNS端口为53
#define DNS_SERVER_PORT		53
// 使用114.114.114.114作为DNS服务器（国内常用的公共DNS）
#define DNS_SERVER_IP		"114.114.114.114"

// DNS资源记录类型：主机地址(A记录)
#define DNS_HOST			0x01
// DNS资源记录类型：规范名称(CNAME记录)
#define DNS_CNAME			0x05

// 主函数
int main(int argc, char *argv[]) {
	// 检查参数，需要提供域名作为参数
	if (argc < 2) 
	{
		printf("Input: ./dns_test domain\n");
		return -1;
	}
	// 执行DNS查询
	dns_client_commit(argv[1]);

	return 0;  // 添加了遗漏的返回值
}

三、代码测试

panda@ubuntu02:~$ ./dns_test www.baidu.com
connect : 0
www.a.shifen.com has address 183.2.172.177
        Time to live: 0 minutes , 0 seconds
www.a.shifen.com has address 183.2.172.17
        Time to live: 0 minutes , 0 seconds

可知域名www.baidu.com对应两个ip分别是183.2.172.177和183.2.172.17

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