什么是域名解析?域名解析的完整流程是什么?如何清理DNS缓存?(附源码)

目录

1、什么是域名?

2、为什么使用域名?

3、域名解析的完整流程

4、调用gethostbyname系统接口将域名解析成IP地址

5、为什么需要清理系统DNS缓存?

6、使用cmd命令清理DNS缓存

7、通过代码去清除系统DNS缓存


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1、什么是域名?

域名是指互联网中的网站或者服务器的地址,这些名称由多个字符组成,通常是以".com"、".net"、".cn"等结尾,比如大家常用的www.baidu.com(百度)、www.163.com(网易)等。一个好的域名,是连接客户和企业的桥梁,可以增加企业的知名度,使得客户更加容易地找到它们的网站,提高客户的转化率。

2、为什么使用域名?

首先,域名便于记忆。由于IP地址不方便记忆且不能显示地址组织的名称和性质,人们设计出了域名,并通过域名系统(DNS,Domain Name System)来将域名和IP地址相互映射。域名好记忆很多,使人能更方便地访问互联网,而不用去记住能够被机器直接读取的IP地址数串。

其次,远端服务器的IP可能会变动。域名一旦确定下来,一般就不会频繁地更改,特别是百度和网易这种门户网站,用户习惯使用固定的域名去访问指定的网站。但域名对应的IP地址可能会变更,在IP地址变更后,用户还能正常地通过域名去访问(对域名进行解析获取最新的IP地址)。

此外,同一个域名可能会配置多个IP地址,不同的IP地址对应着不同的运营商线路,比如移动线路、电信线路和联通线路(不同的用户可能使用不同运营商的网络),从不同线路进来的,会解析出对应线路的IP地址,这样就避免了跨运营商网络访问,可以有效地提高访问的速度。

有的客户端软件支持用户去配置要访问的服务器地址,可以直接添加域名地址。有的软件则会内置要访问的服务器域名,不需要将服务器地址的配置暴露给用户(没有提供配置远端服务器地址的入口),软件在登录时直接使用内置的域名地址登录远端的服务器,比如QQ、微信及企业微信等。

3、域名解析的完整流程

当软件使用域名访问远端的服务器时,软件内部会先将域名转换成IP地址,然后通过IP地址去连接远端的服务器,然后再和远端的服务器进行数据交互。将域名转换成IP地址的过程,就称为域名解析。

**为啥域名要转换成IP地址后才能访问远端的服务器呢?**其实很好理解,软件是通过网络和远端的服务器进行交互的。从TCPIP的分层模型来看:

域名属于应用层的概念(解析域名所使用的DNS协议,也属于应用层的协议),而进入到网络层,则需要使用IP路由去寻找远端的服务器,IP路由肯定要使用到IP地址,所以应用层需要事先将域名转换成IP地址后,使用IP地址去连接远端的服务器。

在进行域名解析时,底层会使用专用的DNS域名查询协议去查询域名对应IP地址。一般我们不需要关注DNS查询协议具体的格式和交互过程,我们只需要了解查询的大概流程即可。下面我们就来详细介绍一下域名解析的完整流程。

DNS服务器大致分为三种类型:根DNS服务器、顶级域DNS服务器和权威DNS服务器,其中顶级域DNS服务器主要负责诸如com、org、net、edu、gov 等顶级域名,如下:

根DNS服务器存储了所有顶级域DNS服务器的 IP 地址,可以通过根服务器找到顶级域服务器,比如百度的域名www.baidu.com,根服务器会返回所有维护 com 这个顶级域服务器的 IP 地址。然后你任选其中一个顶级域服务器发送请求,该顶级域服务器拿到域名后能够给出负责当前域的权威服务器地址。以百度的域名为例,顶级域服务器将返回所有负责百度这个域的权威服务器地址。接着任选其中一个权威服务器地址查询"www.baidu.com"的具体 IP 地址,最终权威服务器会返回给你具体的 IP 地址。此外,本地 DNS 服务器是具有缓存功能的,通常两天内的记录都会被缓存。

所以,通过DNS系统查询域名对应的 IP 的具体步骤如下

  • ① 操作系统先查本地 hosts文件 中是否有记录,如果有,则直接返回相对应映射的IP地址。hosts文件位于C:\Windows\System32\drivers\etc路径中,内容如下:
  • ② 如果本地hosts文件中没有配置,则主机向自己的本地DNS服务器发送查询报文,如果本地DNS服务器缓存中有,将直接返回结果。
  • ③ 如果本地服务器缓存中没有(操作系统中会有DNS缓存),则从内置在内部的根DNS服务器列表(全球13台,固定的IP地址)中选一个发送查询报文。
  • ④ 根服务器解析域名中的后缀名,告诉本地服务器负责该后缀名的所有顶级服务器列表。
  • ⑤ 本地服务器选择其中一个顶级域服务器发送查询请求,顶级域服务器拿到域名后继续解析,返回对应域的所有权威服务器列表。
  • ⑥ 本地服务器再向返回的权威服务器发送查询报文,最终会从某一个权威服务器上得到具体的 IP 地址。
  • ⑦ 主机返回结果IP

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4、调用gethostbyname系统接口将域名解析成IP地址

当我们使用客户端软件或者浏览器通过域名访问远端的服务器时,作为用户,不感知域名解析的过程,如果当前使用的是浏览器,则由浏览器内部去负责进行域名解析;如果当前使用的是客户端软件,则由客户端软件通过代码去完成域名解析。

**那如何通过代码将域名解析成IP地址呢?**其实很简单,只要调用系统API函数gethostbyname即可实现。

注意,gethostbyname函数可能会产生短暂的堵塞,该函数内部会先到系统DNS缓存中去查找;如果没找到,则到网卡上配置的DNS服务器上去查询域名对应的IP地址;如果本地DNS查询不到,则会到远端的DNS服务器上去查询,所以这个域名解析的过程可能会比较耗时。至于DNS域名的详细查询过程,文章开始时已经详细讲述,此处就不再赘述了。

所以,我们需要将对gethostbyname函数调用的代码,放置在一个新的线程中,等解析出来后再将IP信息投递出来给主线程。相关的代码如下所示:

cpp 复制代码
// 域名解析线程函数
UINT __stdcall QueryDomainThread( LPVOID pParam )
{
	char* lpszDomainName = (char*)pParam; 
 
	struct hostent *pHost = gethostbyname( lpszDomainName ); 
	if( NULL == pHost )  
	{   
		// ::PostMessage // 通知主线程域名解析失败
		return 0;   
	}
 
	if ( pHost->h_addr_list[0] != NULL ) 
	{ 
		u32 dwIP = (*(in_addr*)pHost->h_addr_list[0]).S_un.S_addr; 
		// ::PostMessage // 通知主线程域名解析成功,将解析出来的IP投递过去
	}  
 
	return 0; 
}
 
// 发起域名解析,创建新的线程去解析
LRESULT StartQueryDomain( char* lpszDomainName )
{
	// 此处不能直接将局部变量lpszDomainName传到线程函数中,因为启动线程的_beginthreadex返回时,线程函数不一定跑起来了
	// 所以最好搞一个成员变量或者全局变量,将lpszDomainName中的字符串拷贝下来,然后给_beginthreadex传递这个声明周期
	// 更长的变量
	strcpy( g_szMDomainName, lpszDomainName );
 
    // 线程函数QueryDomainThread的实现,上面已经给出
	HANDLE hThread= (HANDLE)_beginthreadex( NULL, 0, QueryDomainThread, (void*)g_szMDomainName, 0, NULL );
	if( hThread != NULL )
	{
		CloseHandle( hThread );
		return S_OK;
	}
 
	return S_FALSE;
}

5、为什么需要清理系统DNS缓存?

假设服务器的IP地址变更,但我们PC端的系统DNS缓存中没有更新(我们在实际项目中遇到过),根据上面讲到的域名解析的流程,我们PC客户端软件使用域名访问远端的服务器时,发现本端系统DNS缓存中存放有域名对应的IP地址,就会直接从缓存中取出IP地址,就不会再向DNS服务器请求IP地址了。

系统之所以要建立系统DNS缓存,目的是为了提高应用访问服务器的效率,进行域名解析时如果系统缓存中目标域名对应的IP记录,直接取出来使用即可,就不用每次都向域名服务器发起域名查询请求,有效地减少了域名解析的时间。但DNS缓存也有不好的影响,比如此处的问题。

但从系统DNS缓存中取出的是老的IP地址,服务器IP地址已经变更,所以也就无法访问到服务器了。

当遇到这类可以连外网但服务器无法访问时,可能是系统DNS缓存引起的,可以尝试清理一下系统DNS缓存,这样在解析域名时就会向DNS服务器发起域名查询请求,就能查询到最新的IP地址了,也就能正常地访问到服务器了。

6、使用cmd命令清理DNS缓存

可以直接在cmd命令行窗口中使用ipconfig /flushdns命令即可清理系统的DNS缓存,如下所示:

这个命令其实是调用系统程序ipconfig.exe,在程序启动时给程序传递命令行参数/flushdns,程序启动起来后检测到命令行参数/flushdns,就会去执行清理DNS缓存的操作。

我们还可以使用ipconfig /displaydns命令去查看系统DNS缓存中的信息,如下所示:

DNS缓存中存放着一条一条域名解析记录,每一条记录中的字段说明如下:

1)记录名称 :是您查询 DNS 的名称,并且记录(地址或其他内容)属于该名称。
2)记录类型 :是显示为数字的类型 - 尽管更常见的是通过名称来引用它们,但在内部(在 DNS 协议中)每个都有一个数字。类型 1 是"A",表示"地址",即 IPv4 地址。(IPv6 使用类型 28,"AAAA",作为地址的四倍。)"PTR",类型 12,是指向主机名的"指针"------最常用于将 IP 地址映射回其名称。"CNAME"是"规范名称"。
3)生存时间 :是缓存条目必须到期的时间(以秒为单位)。
4)数据长度 :似乎是以字节为单位的长度 - IPv4 地址为四个字节,IPv6 为十六个字节。对于 CNAME 或 PTR,Windows 显示一个静态数字(4 或 8,取决于您的系统)------这实际上是保存实际文本的内存地址的大小。
DNS 回复的"答案"部分是查询的实际答案,"附加"部分包含查找实际答案可能需要的信息。例如,粘合记录。
5)<type>记录:显示存储的实际值。

7、通过代码去清除系统DNS缓存

上面我们说了,在cmd中执行系统DNS缓存清理的命令其实就是给系统程序ipconfig.exe传递了/flushdns参数,ipconfig.exe程序内部应该是调用系统库中的接口去实现清理的。于是在系统目录中找到ipconfig.exe文件,然后拖入到Dependency Walker工具中,看看ipconfig.exe有没有引用系统DNS相关的库以及调用了哪个具体的接口。

拖入后看到ipconfig.exe引用了系统库DNSAPI.dll,并看到调用了该库中的DnsFlushResolverCache接口:

于是到微软MSDN上搜索DnsFlushResolverCache函数,但并没有搜索到,那基本可以确定该接口是没有公开的。

**对于这类非公开的API函数,那可以使用LoadLibrary显示加载,并用GetProcess得到函数指针,直接调用之即可。**通过搜索,得到该函数的原型声明:

cpp 复制代码
BOOL  WINAPI  DnsFlushResolverCache(VOID);

所以,从DNSAPI.DLL动态库中显式加载调用DnsFlushResolverCache的代码如下所示:

cpp 复制代码
BOOL __stdcall DnsFlushResolverCache()
{
    BOOL bRet = FALSE;
    typedef BOOL (WINAPI *PfuncDnsFlushResolverCache)(VOID);
    HMODULE hDnsModule = LoadLibrary( _T("dnsapi.dll") );
    if ( hDnsModule != NULL ) 
    {
        PfuncDnsFlushResolverCache pFlushFun = GetProcAddress( hDnsModule, "DnsFlushResolverCache" );
        if ( pFlushFun != NULL )
        {
            pFlushFun();
            bRet = TRUE;
        }
        FreeLibrary( hDnsModule );
    }
    return bRet;
}

这样我们在软件登录服务器失败时,可以尝试自动清理一下缓存,然后重新发起登录。

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