DNS 协议

一、DNS 基础原理

1. 为什么需要 DNS？

互联网中设备通信依赖 IP 地址（如 183.232.231.174），但 IP 地址一串数字难记，人类更习惯用域名（如www.baidu.com）访问服务。DNS 的核心作用就是域名与 IP 地址的双向映射，同时提供负载均衡、容错等扩展能力，让用户无需记忆 IP，就能顺畅访问互联网服务。

2. DNS 核心工作流程

以 "访问www.baidu.com" 为例，DNS 解析流程分 6 步，结合递归查询（用户侧）和迭代查询（服务器侧）：

1. 本地缓存查询：用户浏览器先查本地 DNS 缓存（系统缓存、浏览器缓存），若有该域名的 IP 映射，直接返回结果，无需后续步骤；
2. 本地 DNS 服务器查询：若本地缓存无结果，请求发送到本地 DNS 服务器（通常由运营商分配，如 114.114.114.114），本地 DNS 先查自身缓存，有结果则返回；
3. 根服务器迭代查询：本地 DNS 无缓存时，向根 DNS 服务器（全球共 13 组）发起请求，根服务器不存储具体域名 IP，仅返回对应顶级域（如.com）的权威服务器地址；
4. 顶级域服务器迭代查询：本地 DNS 向顶级域服务器（.com 服务器）请求，顶级域服务器返回目标域名（baidu.com）的权威服务器地址；
5. 权威服务器查询：本地 DNS 向baidu.com的权威服务器请求，权威服务器存储该域名的 IP 映射，返回具体 IP；
6. 结果缓存与返回：本地 DNS 将 IP 映射存入自身缓存（设置超时时间），同时返回给浏览器，浏览器缓存后发起 HTTP 请求，完成访问。

3. DNS 核心概念与记录类型

核心概念

• 递归查询：客户端发起请求后，服务器全程处理，最终返回结果（用户→本地 DNS）；
• 迭代查询：服务器仅返回下一级服务器地址，由请求方自行向下查询（本地 DNS→根→顶级域→权威服务器）；
• TTL（生存时间）：DNS 记录的缓存有效期（单位秒），超时后缓存失效，需重新查询，避免 IP 变更导致解析异常。

常用 DNS 记录类型

• A 记录： IPv4 地址映射（最常用，如www.baidu.com→183.232.231.174）；
• AAAA 记录：IPv6 地址映射，对应 IPv6 场景；
• CNAME 记录：别名记录，将域名指向另一个域名（如blog.baidu.com→www.baidu.com），无直接 IP 映射；
• MX 记录：邮件交换记录，指定接收该域名邮件的服务器地址（如 @baidu.com的邮件服务器）；
• NS 记录：名称服务器记录，指定该域名的权威服务器地址。

二、DNS 高频考点

1. DNS 使用什么端口和协议？

默认用 UDP 53 端口（普通解析，报文小、效率高）；当报文超过 512 字节（如返回多个 IP）或进行区域传输（服务器间同步 DNS 记录）时，用 TCP 53 端口。

2. 本地 DNS 服务器的作用是什么？

核心：缓存解析结果，减少重复查询，提升解析效率；代理客户端发起迭代查询，降低用户侧复杂度。

3. DNS 解析的顺序是什么？

浏览器缓存→系统缓存→本地 DNS 服务器缓存→根服务器→顶级域服务器→权威服务器。

4. DNS 劫持（域名劫持）的原理及防御？

原理：攻击者篡改 DNS 解析结果，将域名指向恶意 IP（如钓鱼网站），常见方式有本地 HOSTS 文件篡改、路由器 DNS 劫持、本地 DNS 服务器污染；

防御：① 改用公共 DNS（如 8.8.8.8、1.1.1.1）；② 开启 DNS 加密（DNS over HTTPS/DoH）；③ 定期检查 HOSTS 文件和路由器设置。

5. DNS 负载均衡的实现方式？

核心：权威服务器返回多个目标 IP，本地 DNS 按一定规则（轮询、权重）选择 IP，实现请求分发；补充：CDN 的核心就是结合 DNS 负载均衡，将用户解析到最近的节点。

6. 什么是 DNS 污染（DNS 缓存投毒）？

原理：攻击者向本地 DNS 服务器注入虚假 DNS 记录，污染缓存，导致后续解析返回错误 IP；与 DNS 劫持的区别：污染针对服务器缓存，劫持针对客户端 / 传输链路。

7. DoH 和 DoT 是什么？

均为 DNS 加密协议，解决传统 DNS 明文传输易被监听、篡改的问题：DoH（DNS over HTTPS）通过 HTTPS 传输 DNS 请求，端口 443；DoT（DNS over TLS）通过 TLS 协议传输，端口 853。

8. DNS 是应用层协议?

是应用层协议，依赖 UDP/TCP 传输，属于 TCP/IP 协议栈的应用层；

9. 根服务器存储所有域名 IP？

根服务器仅负责指向顶级域服务器，不存储具体域名映射；

10. CNAME 记录可以和 A 记录共存？

同一域名不能同时设置 A 记录和 CNAME 记录，需二选一。

三、DNS 域名解析实现

1. 环境与依赖

• 环境：Windows（MinGW/VS）、Linux（Ubuntu/CentOS）通用；
• 依赖：无需额外第三方库，使用系统自带的getaddrinfo函数（跨平台、易上手，适合小白），该函数封装了 DNS 解析逻辑，无需手动处理协议细节；
• 核心：getaddrinfo支持 IPv4/IPv6 解析，自动处理 DNS 缓存，简化开发流程。

2. 基础域名解析

实现功能：输入域名（如www.baidu.com），解析并输出对应的 IPv4 地址，代码加详细注释，小白可直接复制运行。

#include <string<sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include<arpa/inet.h<cstring>

// 域名解析函数：输入域名，输出IPv4地址
std::string dns_resolve(const std::string& domain) {
    struct addrinfo hints;       // 解析参数设置
    struct addrinfo* result;     // 解析结果
    struct addrinfo* ptr;        // 遍历结果的指针
    char ip_str[INET_ADDRSTRLEN];// 存储IPv4地址字符串

    // 初始化hints结构体，指定解析类型为IPv4、TCP
    memset(&hints, 0, sizeof(hints));
    hints.ai_family = AF_INET;    // AF_INET=IPv4，AF_INET6=IPv6
    hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; // TCP类型（不影响DNS解析，仅指定协议族）

    // 调用getaddrinfo执行DNS解析，0表示成功
    int ret = getaddrinfo(domain.c_str(), nullptr, &hints, &result);
    if (ret != 0) {
        std::< "DNS解析失败< gai_strerror< std::endl;
        return "";
    }

    // 遍历解析结果，提取第一个IPv4地址
    std::string ip;
    for (ptr = result; ptr != nullptr; ptr = ptr->ai_next) {
        // 将二进制IP转换为字符串格式
        inet_ntop(ptr->ai_family, 
                  &((struct sockaddr_in*)ptr->ai_addr)->sin_addr,
                  ip_str, sizeof(ip_str));
        ip = ip_str;
        break; // 取第一个IP，可扩展为返回所有IP
    }

    freeaddrinfo(result); // 释放结果内存，避免内存泄漏
    return ip;
}

int main() {
    std::string domain;
    std< "请输入要解析的域名：";
    std::cin >> domain;

    std::string ip = dns_resolve(domain);
    if (!ip.empty()) {
        std::cout << " 的IPv4地址：" << ip << std::endl;
    }

    return 0;
}

编译与运行

• Linux：g++ dns_demo.cpp -o dns_demo，运行./dns_demo，输入域名即可得到 IP；
• Windows（VS）：直接创建控制台项目，粘贴代码编译运行，无需额外配置。

3. 支持多 IP、IPv6 解析

基于基础版本扩展，实现同时返回多个 IPv4/IPv6 地址，适配更多场景，代码如下：

<string>
#include <vector>
#include <sys/socket.h>
<netdb.h><arpa/inet.h>
#include <cstring>

// 解析域名，返回所有IPv4/IPv6地址
<std::string> dns_resolve_all(const std::string& domain, bool is_ipv6 = false) {
    struct addrinfo hints;
    struct addrinfo* result;
    struct addrinfo* ptr;
    std<std::string> ips;

    memset(&hints, 0, sizeof(hints));
    // 选择IPv4或IPv6
    hints.ai_family = is_ipv6 ? AF_INET6 : AF_INET;
    hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;

    int ret = getaddrinfo(domain.c_str(), nullptr, &hints, &result);
    if (ret != 0) {
        std< "DNS解析< gai_str< std::endl;
        return ips;
    }

    // 遍历所有解析结果，收集IP
    char ip_str[INET6_ADDRSTRLEN]; // 适配IPv6最长长度
    for (ptr = result; ptr != nullptr; ptr = ptr->ai_next) {
        if (is_ipv6) {
            inet_ntop(ptr->ai_family, 
                      &((struct sockaddr_in6*)ptr->ai_addr)->sin6_addr,
                      ip_str, sizeof(ip_str));
        } else {
            inet_ntop(ptr->ai_family, 
                      &((struct sockaddr_in*)ptr->ai_addr)->sin_addr,
                      ip_str, sizeof(ip_str));
        }
        ips.push_back(ip_str);
    }

    freeaddrinfo(result);
    return ips;
}

int main() {
    std::string domain;
   < "请输入要解析的域名：";
    std::cin >> domain;

    // 解析IPv4地址
<std::string> ipv4_ips = dns_resolve_all(domain, false);
    if (!ipv4_ips.empty()) {
        std::cout << domain << " 的IPv4地址：< std::endl;
        for (const auto& ip : ipv4_ips) {
            std::cout << "- " << std::endl;
        }
    }

    // 解析IPv6地址
    std::<std::string> ipv6_ips = dns_resolve_all(domain, true);
    if (!ipv6_ips.empty()) {
        std::cout< " 的IPv< std::endl;
        for (const auto& ip : ipv6_ips) {
            std::cout << std::endl;
        }
    }

    return 0;
}

4. 扩展

• 结合缓存：添加本地缓存逻辑（用哈希表存储域名 - IP 映射，设置 TTL），减少重复解析，模拟本地 DNS 缓存功能；
• 批量解析：读取文件中的多个域名，批量解析并输出结果，生成解析报告；
• 自定义 DNS 服务器：指定解析使用的 DNS 服务器（如 8.8.8.8），而非系统默认，需结合socket手动发送 DNS UDP 请求，深入底层协议；
• 异常处理强化：添加超时机制、重试逻辑，处理网络异常、域名不存在等场景。