網絡掃盲：一篇文章搞懂 DNS
大家好，我是明哥。
在找工作面試的過程中，面試官非常喜歡考察基礎知識，除了數據結構與算法之外，網絡知識也是一個非常重要的考察對象。
而網絡知識，通常是很抽象，不容易理解的，有很多同學就在這里裁了跟頭。
正好以前沒在這個公眾號里分享過有關網絡的內容，所以打算重新梳理有關網絡的一些知識，這些內容在大家面試的時候可能能用得上。
今天開始分享這個 網絡知識掃盲 系列第一篇：DNS。
1. DNS 是什么?
DNS是 Domain Name System 的縮寫，也就是 域名解析系統，它的作用非常簡單，就是根據域名查出對應的 IP地址。
你可以把它想象成一本巨大的電話本，比如當你要訪問域名www.163.com，首先要通過DNS查出它的IP地址是112.48.162.8。
2. 域名的層級
由于后面我會講到 DNS 的解析過程，因此需要你對域名的層級有一些了解
- 根域名 ：.root 或者 . ，通常是省略的
- 頂級域名，如 .com，.cn 等
- 次級域名，如 baidu.com 里的 baidu，這個是用戶可以進行注冊購買的
- 主機域名，比如 baike.baidu.com 里的baike，這個是用戶可分配的
- 主機名.次級域名.頂級域名.根域名
- baike.baidu.com.root
3. DNS 解析過程
咱們以訪問 www.163.com 這個域名為例，來看一看當你訪問 www.163.com 時，會發生哪些事：
- 先查找本地 DNS 緩存(自己的電腦上)，有則返回，沒有則進入下一步
- 查看本地 hosts 文件有沒有相應的映射記錄，有則返回，沒有則進入下一步
- 向本地 DNS 服務器(一般都是你的網絡接入服務器商提供，比如中國電信，中國移動)發送請求進行查詢，本地DNS服務器收到請求后，會先查下自己的緩存記錄，如果查到了直接返回就結束了，如果沒有查到，本地DNS服務器就會向DNS的根域名服務器發起查詢請求：請問老大， www.163.com 的ip是啥?
- 根域名服務器收到請求后，看到這是個 .com 的域名，就回信說：這個域名是由 .com 老弟管理的，你去問他好了，這是.com老弟的聯系方式(ip1)。
- 本地 DNS 服務器接收到回信后，照著老大哥給的聯系方式(ip1)，馬上給 .com 這個頂級域名服務器發起請求：請問 .com 大大，www.163.com 的ip 是啥?
- .com 頂級域名服務器接收到請求后，看到這是 163.com 的域名，就回信說：這個域名是 .163.com 老弟管理的，你就去問他就行了，這是他的聯系方式(ip2)
- 本地 DNS 服務器接收到回信后，按照前輩的指引(ip2)，又向 .163.com 這個權威域名服務器發起請求：請問 163.com 大大，請問 www.163.com 的ip是啥?
- 163.com 權威域名服務器接收到請求后，確認了是自己管理的域名，馬上查了下自己的小本本，把 www.163.com 的ip告訴了 本地DNS服務器。
- 本地DNS服務器接收到回信后，非常地開心，這下總算拿到了www.163.com的ip了，馬上把這個消息告訴了要求查詢的客戶(就是你的電腦)。由于這個過程比較漫長，本地DNS服務器為了節省時間，也為了盡量不去打擾各位老大哥，就把這個查詢結果偷偷地記在了自己的小本本上，方便下次有人來查詢時，可以快速回應。
總結起來就是三句話
- 從"根域名服務器"查到"頂級域名服務器"的NS記錄和A記錄(IP地址)
- 從"頂級域名服務器"查到"次級域名服務器"的NS記錄和A記錄(IP地址)
- 從"次級域名服務器"查出"主機名"的IP地址
4. DNS的緩存時間
上面的幾個步驟里，可以看到有兩個地方會緩存 DNS 的查詢記錄，有了緩存，在一定程度上會提高查詢效率，但同時在準確率上會有所損失。
因此我們在配置 DNS 解析的時候，會有一個 TTL 參數(Time To Live)，意思就是這個緩存可以存活多長時間，過了這個時間，本地 DNS 就會刪除這條記錄，刪除了緩存后，你再訪問，就要重新走一遍上面的流程，獲取最新的地址。
5. DNS 的記錄類型
當我們在阿里云買了一個域名后，可以配置我們主機域名解析規則，也就是 記錄。
阿里云 域名云解析
常見的 DNS 記錄類型如下
- A：地址記錄(Address)，返回域名指向的IP地址。
- NS：域名服務器記錄(Name Server)，返回保存下一級域名信息的服務器地址。該記錄只能設置為域名，不能設置為IP地址。
- MX：郵件記錄(Mail eXchange)，返回接收電子郵件的服務器地址。
- CNAME：規范名稱記錄(Canonical Name)，返回另一個域名，即當前查詢的域名是另一個域名的跳轉，詳見下文。
- PTR：逆向查詢記錄(Pointer Record)，只用于從IP地址查詢域名，詳見下文。
6. DNS 報文結構
后面我將使用 wireshark 抓取 DNS 的數據包，但是在開始之前 ，得先了解一下 DNS 的報文結構
- 事務 ID：DNS 報文的 ID 標識。對于請求報文和其對應的應答報文，該字段的值是相同的。通過它可以區分 DNS 應答報文是對哪個請求進行響應的。
- 標志：DNS 報文中的標志字段。
- 問題計數：DNS 查詢請求的數目。
- 回答資源記錄數：DNS 響應的數目。
- 權威名稱服務器計數：權威名稱服務器的數目。
- 附加資源記錄數：額外的記錄數目(權威名稱服務器對應 IP 地址的數目)。
7. Wireshark抓包實戰
打開 Wireshark 后，使用 ping 163.com 來發起 DNS 解析請求，使用 DNS 關鍵字在Wireshark 過濾。
從抓取的報文整體來看，我們可以粗略獲取幾個信息
- DNS 是應用層協議，傳輸層協議使用的是 UDP
- DNS 默認端口是 53
請求和應答的報文的截圖我放在了下面，接下來我將逐個分析。
請求
應答
Transaction ID
請求和應答的事務ID應當是一個：0xd0d7
Flags
標志字段里的內容比較多，每個字段的含義如下
- QR(Response)：查詢請求/響應的標志信息。查詢請求時，值為 0;響應時，值為 1。
- Opcode：操作碼。其中，0 表示標準查詢;1 表示反向查詢;2 表示服務器狀態請求。
- AA(Authoritative)：授權應答，該字段在響應報文中有效。值為 1 時，表示名稱服務器是權威服務器;值為 0 時，表示不是權威服務器。
- TC(Truncated)：表示是否被截斷。值為 1 時，表示響應已超過 512 字節并已被截斷，只返回前 512 個字節。
- RD(Recursion Desired)：期望遞歸。該字段能在一個查詢中設置，并在響應中返回。該標志告訴名稱服務器必須處理這個查詢，這種方式被稱為一個遞歸查詢。如果該位為 0，且被請求的名稱服務器沒有一個授權回答，它將返回一個能解答該查詢的其他名稱服務器列表。這種方式被稱為迭代查詢。
- RA(Recursion Available)：可用遞歸。該字段只出現在響應報文中。當值為 1 時，表示服務器支持遞歸查詢。
- Z：保留字段，在所有的請求和應答報文中，它的值必須為 0。
- rcode(Reply code)：返回碼字段，表示響應的差錯狀態。當值為 0 時，表示沒有錯誤;當值為 1 時，表示報文格式錯誤(Format error)，服務器不能理解請求的報文;當值為 2 時，表示域名服務器失敗(Server failure)，因為服務器的原因導致沒辦法處理這個請求;當值為 3 時，表示名字錯誤(Name Error)，只有對授權域名解析服務器有意義，指出解析的域名不存在;當值為 4 時，表示查詢類型不支持(Not Implemented)，即域名服務器不支持查詢類型;當值為 5 時，表示拒絕(Refused)，一般是服務器由于設置的策略拒絕給出應答，如服務器不希望對某些請求者給出應答。
Answer RRs
回答資源記錄數，在應答包里為 2，說明返回了兩條查詢結果，你可以在 Answer 字段里看到。
Authority RRs
權威名稱服務器計數
Additionnal RRs
附加資源記錄數
Answers
應答的主要內容，這里返回兩條結果，每條結果里的字段有
- Name: 查詢的域名
- Type: A表示IPv4，AAAA 表示IPv6
- Class: 表示Internet，幾乎總是它
- Time to live: 生存時間
- Data length: 數據長度
- Address: 查詢到的 IP 地址
8. DNS 劫持 與 HTTP 劫持
通過上面的講解，我們都知道了，DNS 完成了一次域名到 IP 的映射查詢，當你在訪問 www.baidu.com 時，能正確返回給你 百度首頁的 ip。
但如果此時 DNS 解析出現了一些問題，當你想要訪問 www.baidu.com 時，卻返回給你 www.google.com 的ip，這就是我們常說的 DNS 劫持。
與之容易混淆的有 HTTP 劫持。
那什么是 HTTP 劫持呢?
你一定見過當你在訪問 某個網站時，右下角也突然彈出了一個扎眼的廣告彈窗。這就是 HTTP 劫持。
借助別人文章里的例子，它們倆的區別就好比是
- DNS劫持是你想去機場的時候，把你給丟到火車站。
- HTTP劫持是你去機場途中，有人給你塞小廣告。那么 DNS劫持 是如何產生的呢?
下面大概說幾種DNS劫持方法：
1.本機DNS劫持
攻擊者通過某些手段使用戶的計算機感染上木馬病毒，或者惡意軟件之后，惡意修改本地DNS配置，比如修改本地hosts文件，緩存等
2. 路由DNS劫持
很多用戶默認路由器的默認密碼，攻擊者可以侵入到路由管理員賬號中，修改路由器的默認配置
3.攻擊DNS服務器
直接攻擊DNS服務器，例如對DNS服務器進行DDOS攻擊，可以是DNS服務器宕機，出現異常請求，還可以利用某些手段感染dns服務器的緩存，使給用戶返回來的是惡意的ip地址
9. 工具的使用
dig 命令
dig是一個在類Unix命令行模式下查詢DNS包括NS記錄，A記錄，MX記錄等相關信息的工具。
通過 dig (參數：+trace)命令，我們可以看到上面描述的 DNS 解析的詳細過程
從返回的結果，我們可以看得出幾點信息
- 我們的本地 DNS 服務器 ip 為 192.168.1.1，端口為53，你可以在 /etc/resolv.conf 里看到這個配置
- 根域名服務器目前全球一共只有十三臺，從a.root-servers.net. 到m.root-servers.net. ,它們對應的ip地址，已經內置在本地DNS服務器中。
如果你只想看到結果，可以使用 +short 參數，可以直接返回 www.163.com 對應著哪幾個ip
你也可以加個 @ 參數 ，指定從某個 DNS 服務器進行查詢
如果你只想查看指定的記錄類型
host 命令
host 命令 可以看作dig命令的簡化版本，返回當前請求域名的各種記錄。
whois命令
whois命令用來查看域名的注冊情況。
nslookup命令
nslookup也是常用的一個查詢 DNS 解析結果的工具
- $ nslookup [查詢的域名] [指定DNS服務器]
你也可以指定公網的域名服務器進行查詢，比如常見的 114.114.114.114
10. 手動清理本地緩存
MacOS
- $ sudo dscacheutil -flushcache
- $ sudo killall -HUP mDNSResponder
Windows
- $ ipconfig /flushdns
Linux
- # 使用NSCD的DNS緩存
- $ sudo /etc/init.d/nscd restart
- # 服務器或者路由器使用DNSMASQ
- $ sudo dnsmasq restart
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