8.1 域名系统

DNS 是对IP地址和域名进行相互转换的系统，其核心是 DNS 服务器

8.1.1 什么是域名

域名就是我们常常在地址栏里面输入的地址，将比较难记忆的IP地址变成人类容易理解的信息。

8.1.2 DNS 服务器

相当于一个字典，可以查询出某一个域名对应的IP地址

C08 域名及网络地址 - 图1

如图所示，显示了 DNS 服务器的查询路径。

8.2 IP地址和域名之间的转换

8.2.1 程序中有必要使用域名吗？

需要，因为IP地址可能经常改变，而且也不容易记忆，通过域名可以随时更改解析，达到更换IP的目的

8.2.2 利用域名获取IP地址

使用以下函数可以通过传递字符串格式的域名获取IP地址

  1. #include <netdb.h>
  2. struct hostent *gethostbyname(const char *hostname);
  3. /*
  4. 成功时返回 hostent 结构体地址，失败时返回 NULL 指针
  5. */

这个函数使用方便，只要传递字符串，就可以返回域名对应的IP地址。只是返回时，地址信息装入 hostent 结构体。此结构体的定义如下：

  1. struct hostent
  2. {
  3.     char *h_name;       /* Official name of host.  */
  4.     char **h_aliases;   /* Alias list.  */
  5.     int h_addrtype;     /* Host address type.  */
  6.     int h_length;       /* Length of address.  */
  7.     char **h_addr_list; /* List of addresses from name server.  */
  8. };

从上述结构体可以看出，不止返回IP信息，同事还带着其他信息一起返回。域名转换成IP时只需要关注 h_addr_list 。下面简要说明上述结构体的成员：

  • h_name：该变量中存有官方域名（Official domain name）。官方域名代表某一主页，但实际上，一些著名公司的域名并没有用官方域名注册。
  • h_aliases：可以通过多个域名访问同一主页。同一IP可以绑定多个域名，因此，除官方域名外还可以指定其他域名。这些信息可以通过 h_aliases 获得。
  • h_addrtype：gethostbyname 函数不仅支持 IPV4 还支持 IPV6 。因此可以通过此变量获取保存在 h_addr_list 的IP地址族信息。若是 IPV4 ，则此变量中存有 AF_INET。
  • h_length：保存IP地址长度。若是 IPV4 地址，因为是 4 个字节，则保存4；IPV6 时，因为是 16 个字节，故保存 16
  • h_addr_list：这个是最重要的的成员。通过此变量以整数形式保存域名相对应的IP地址。另外，用户比较多的网站有可能分配多个IP地址给同一个域名，利用多个服务器做负载均衡，。此时可以通过此变量获取IP地址信息。

调用 gethostbyname 函数后，返回的结构体变量如图所示：

C08 域名及网络地址 - 图2

下面的代码通过一个例子来演示 gethostbyname 的应用，并说明 hostent 结构体变量特性。

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <unistd.h>
  4. #include <arpa/inet.h>
  5. #include <netdb.h>
  6. void error_handling(char *message);
  8. int main(int argc, char *argv[]){
  9.     int i;
  10.     struct hostent *host;
  11.     if (argc != 2){
  12.         printf("Usage : %s <addr>\n", argv[0]);
  13.         exit(1);
  14.     }
  16.     host = gethostbyname(argv[1]);
  17.     if (!host)
  18.         error_handling("gethost... error");
  20.     // 输出官方域名
  21.     printf("Official name: %s \n", host->h_name);
  22.     // Aliases 貌似是解析的 cname 域名？
  23.     for (i = 0; host->h_aliases[i]; i++)
  24.         printf("Aliases %d: %s \n", i + 1, host->h_aliases[i]);
  25.     // 看看是不是ipv4
  26.     printf("Address type: %s \n",
  27.            (host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6");
  28.     // 输出ip地址信息
  29.     for (i = 0; host->h_addr_list[i]; i++)
  30.         printf("IP addr %d: %s \n", i + 1,
  31.                inet_ntoa(*(struct in_addr *)host->h_addr_list[i]));
  32.     return 0;
  33. }
  35. void error_handling(char *message){
  36.     fputs(message, stderr);
  37.     fputc('\n', stderr);
  38.     exit(1);
  39. }

运行结果：
image.png
如图所示，显示出了对百度的域名解析。

仔细阅读这一段代码：

  1. inet_ntoa(*(struct in_addr *)host->h_addr_list[i])

若只看 hostent 的定义，结构体成员 h_addr_list 指向字符串指针数组（由多个字符串地址构成的数组）。但是字符串指针数组保存的元素实际指向的是 in_addr 结构体变量中地址值而非字符串，也就是说(struct in_addr *)host->h_addr_list[i]其实是一个指针，然后用*符号取具体的值。如图所示：

C08 域名及网络地址 - 图4

8.2.3 利用IP地址获取域名

请看下面的函数定义：

  1. #include <netdb.h>
  2. struct hostent *gethostbyaddr(const char *addr, socklen_t len, int family);
  3. /*
  4.     成功时返回 hostent 结构体变量地址值，失败时返回 NULL 指针
  5.     addr: 含有IP地址信息的 in_addr 结构体指针，
  6.             为了同时传递 IPV4 地址之外的全部信息，该变量的类型声明为 char 指针
  7.     len: 向第一个参数传递的地址信息的字节数，IPV4时为 4 ，IPV6 时为6.
  8.     family: 传递地址族信息，ipv4 是 AF_INET ，IPV6是 AF_INET6
  9. */

下面的代码演示使用方法：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <unistd.h>
  5. #include <arpa/inet.h>
  6. #include <netdb.h>
  7. void error_handling(char *message);
  9. int main(int argc, char *argv[])
  10. {
  11.     int i;
  12.     struct hostent *host;
  13.     struct sockaddr_in addr;
  14.     if (argc != 2){
  15.         printf("Usage : %s <IP>\n", argv[0]);
  16.         exit(1);
  17.     }
  19.     memset(&addr, 0, sizeof(addr));
  20.     addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
  21.     host = gethostbyaddr((char *)&addr.sin_addr, 4, AF_INET);
  22.     if (!host)
  23.         error_handling("gethost... error");
  25.     printf("Official name: %s \n", host->h_name);
  26.     for (i = 0; host->h_aliases[i]; i++)
  27.         printf("Aliases %d:%s \n", i + 1, host->h_aliases[i]);
  28.     printf("Address type: %s \n",
  29.            (host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6");
  31.     for (i = 0; host->h_addr_list[i]; i++)
  32.         printf("IP addr %d: %s \n", i + 1,
  33.                inet_ntoa(*(struct in_addr *)host->h_addr_list[i]));
  35.     return 0;
  36. }
  38. void error_handling(char *message){
  39.     fputs(message, stderr);
  40.     fputc('\n', stderr);
  41.     exit(1);
  42. }

image.png
从图上可以看出，8.8.8.8这个IP地址是谷歌的。

8.4 习题

以下答案仅代表本人个人观点，可能不是正确答案。

  1. 下列关于DNS的说法错误的是？
    答：字体加粗的表示正确答案。
    1. 因为DNS的存在，故可以使用域名代替IP
    2. DNS服务器实际上是路由器，因为路由器根据域名决定数据的路径
    3. 所有域名信息并非集中与 1 台 DNS 服务器，但可以获取某一 DNS 服务器中未注册的所有地址
    4. DNS 服务器根据操作系统进行区分，Windows 下的 DNS 服务器和 Linux 下的 DNS 服务器是不同的。
  2. 阅读如下对话，并说明东秀的方案是否可行。（因为对话的字太多，用图代替）
    C08 域名及网络地址 - 图6
    答：答案就是可行，DNS 服务器是分布式的，一台坏了可以找其他的。
  3. 再浏览器地址输入 www.orentec.co.kr ，并整理出主页显示过程。假设浏览器访问默认 DNS 服务器中并没有关于 www.orentec.co.kr 的地址信息.
    答：可以参考一下知乎回答，在浏览器地址栏输入一个URL后回车，背后会进行哪些技术步骤？,我用我自己的理解，简单说一下，首先会去向上一级的 DNS 服务器去查询，通过这种方式逐级向上传递信息，一直到达根服务器时，它知道应该向哪个 DNS 服务器发起询问。向下传递解析请求，得到IP地址候原路返回，最后会将解析的IP地址传递到发起请求的主机。