网络扫盲：一篇文章搞懂 DNS
beiya 2020-06-03
大家好，我是明哥。
在找工作面试的过程中，面试官非常喜欢考察基础知识，除了数据结构与算法之外，网络知识也是一个非常重要的考察对象。
而网络知识，通常是很抽象，不容易理解的，有很多同学就在这里裁了跟头。
正好以前没在这个公众号里分享过有关网络的内容，所以打算重新梳理有关网络的一些知识，这些内容在大家面试的时候可能能用得上。
今天开始分享这个 网络知识扫盲 系列第一篇：DNS。
1. DNS 是什么?
DNS是 Domain Name System 的缩写，也就是 域名解析系统，它的作用非常简单，就是根据域名查出对应的 IP地址。
你可以把它想象成一本巨大的电话本，比如当你要访问域名www.163.com，首先要通过DNS查出它的IP地址是112.48.162.8。
2. 域名的层级
由于后面我会讲到 DNS 的解析过程，因此需要你对域名的层级有一些了解
- 根域名 ：.root 或者 . ，通常是省略的
- 顶级域名，如 .com，.cn 等
- 次级域名，如 baidu.com 里的 baidu，这个是用户可以进行注册购买的
- 主机域名，比如 baike.baidu.com 里的baike，这个是用户可分配的
主机名.次级域名.顶级域名.根域名 baike.baidu.com.root
3. DNS 解析过程
咱们以访问 www.163.com 这个域名为例，来看一看当你访问 www.163.com 时，会发生哪些事：
- 先查找本地 DNS 缓存(自己的电脑上)，有则返回，没有则进入下一步
- 查看本地 hosts 文件有没有相应的映射记录，有则返回，没有则进入下一步
- 向本地 DNS 服务器(一般都是你的网络接入服务器商提供，比如中国电信，中国移动)发送请求进行查询，本地DNS服务器收到请求后，会先查下自己的缓存记录，如果查到了直接返回就结束了，如果没有查到，本地DNS服务器就会向DNS的根域名服务器发起查询请求：请问老大， www.163.com 的ip是啥?
- 根域名服务器收到请求后，看到这是个 .com 的域名，就回信说：这个域名是由 .com 老弟管理的，你去问他好了，这是.com老弟的联系方式(ip1)。
- 本地 DNS 服务器接收到回信后，照着老大哥给的联系方式(ip1)，马上给 .com 这个顶级域名服务器发起请求：请问 .com 大大，www.163.com 的ip 是啥?
- .com 顶级域名服务器接收到请求后，看到这是 163.com 的域名，就回信说：这个域名是 .163.com 老弟管理的，你就去问他就行了，这是他的联系方式(ip2)
- 本地 DNS 服务器接收到回信后，按照前辈的指引(ip2)，又向 .163.com 这个权威域名服务器发起请求：请问 163.com 大大，请问 www.163.com 的ip是啥?
- 163.com 权威域名服务器接收到请求后，确认了是自己管理的域名，马上查了下自己的小本本，把 www.163.com 的ip告诉了 本地DNS服务器。
- 本地DNS服务器接收到回信后，非常地开心，这下总算拿到了www.163.com的ip了，马上把这个消息告诉了要求查询的客户(就是你的电脑)。由于这个过程比较漫长，本地DNS服务器为了节省时间，也为了尽量不去打扰各位老大哥，就把这个查询结果偷偷地记在了自己的小本本上，方便下次有人来查询时，可以快速回应。
总结起来就是三句话
- 从"根域名服务器"查到"顶级域名服务器"的NS记录和A记录(IP地址)
- 从"顶级域名服务器"查到"次级域名服务器"的NS记录和A记录(IP地址)
- 从"次级域名服务器"查出"主机名"的IP地址
4. DNS的缓存时间
上面的几个步骤里，可以看到有两个地方会缓存 DNS 的查询记录，有了缓存，在一定程度上会提高查询效率，但同时在准确率上会有所损失。
因此我们在配置 DNS 解析的时候，会有一个 TTL 参数(Time To Live)，意思就是这个缓存可以存活多长时间，过了这个时间，本地 DNS 就会删除这条记录，删除了缓存后，你再访问，就要重新走一遍上面的流程，获取最新的地址。
5. DNS 的记录类型
当我们在阿里云买了一个域名后，可以配置我们主机域名解析规则，也就是 记录。
阿里云 域名云解析
常见的 DNS 记录类型如下
- A：地址记录(Address)，返回域名指向的IP地址。
- NS：域名服务器记录(Name Server)，返回保存下一级域名信息的服务器地址。该记录只能设置为域名，不能设置为IP地址。
- MX：邮件记录(Mail eXchange)，返回接收电子邮件的服务器地址。
- CNAME：规范名称记录(Canonical Name)，返回另一个域名，即当前查询的域名是另一个域名的跳转，详见下文。
- PTR：逆向查询记录(Pointer Record)，只用于从IP地址查询域名，详见下文。
6. DNS 报文结构
后面我将使用 wireshark 抓取 DNS 的数据包，但是在开始之前 ，得先了解一下 DNS 的报文结构
- 事务 ID：DNS 报文的 ID 标识。对于请求报文和其对应的应答报文，该字段的值是相同的。通过它可以区分 DNS 应答报文是对哪个请求进行响应的。
- 标志：DNS 报文中的标志字段。
- 问题计数：DNS 查询请求的数目。
- 回答资源记录数：DNS 响应的数目。
- 权威名称服务器计数：权威名称服务器的数目。
- 附加资源记录数：额外的记录数目(权威名称服务器对应 IP 地址的数目)。
7. Wireshark抓包实战
打开 Wireshark 后，使用 ping 163.com 来发起 DNS 解析请求，使用 DNS 关键字在Wireshark 过滤。
从抓取的报文整体来看，我们可以粗略获取几个信息
- DNS 是应用层协议，传输层协议使用的是 UDP
- DNS 默认端口是 53
请求和应答的报文的截图我放在了下面，接下来我将逐个分析。
请求
应答
Transaction ID
请求和应答的事务ID应当是一个：0xd0d7
Flags
标志字段里的内容比较多，每个字段的含义如下
- QR(Response)：查询请求/响应的标志信息。查询请求时，值为 0;响应时，值为 1。
- Opcode：操作码。其中，0 表示标准查询;1 表示反向查询;2 表示服务器状态请求。
- AA(Authoritative)：授权应答，该字段在响应报文中有效。值为 1 时，表示名称服务器是权威服务器;值为 0 时，表示不是权威服务器。
- TC(Truncated)：表示是否被截断。值为 1 时，表示响应已超过 512 字节并已被截断，只返回前 512 个字节。
- RD(Recursion Desired)：期望递归。该字段能在一个查询中设置，并在响应中返回。该标志告诉名称服务器必须处理这个查询，这种方式被称为一个递归查询。如果该位为 0，且被请求的名称服务器没有一个授权回答，它将返回一个能解答该查询的其他名称服务器列表。这种方式被称为迭代查询。
- RA(Recursion Available)：可用递归。该字段只出现在响应报文中。当值为 1 时，表示服务器支持递归查询。
- Z：保留字段，在所有的请求和应答报文中，它的值必须为 0。
- rcode(Reply code)：返回码字段，表示响应的差错状态。当值为 0 时，表示没有错误;当值为 1 时，表示报文格式错误(Format error)，服务器不能理解请求的报文;当值为 2 时，表示域名服务器失败(Server failure)，因为服务器的原因导致没办法处理这个请求;当值为 3 时，表示名字错误(Name Error)，只有对授权域名解析服务器有意义，指出解析的域名不存在;当值为 4 时，表示查询类型不支持(Not Implemented)，即域名服务器不支持查询类型;当值为 5 时，表示拒绝(Refused)，一般是服务器由于设置的策略拒绝给出应答，如服务器不希望对某些请求者给出应答。
Answer RRs
回答资源记录数，在应答包里为 2，说明返回了两条查询结果，你可以在 Answer 字段里看到。
Authority RRs
权威名称服务器计数
Additionnal RRs
附加资源记录数
Answers
应答的主要内容，这里返回两条结果，每条结果里的字段有
Name: 查询的域名 Type: A表示IPv4，AAAA 表示IPv6 Class: 表示Internet，几乎总是它 Time to live: 生存时间 Data length: 数据长度 Address: 查询到的 IP 地址
8. DNS 劫持 与 HTTP 劫持
通过上面的讲解，我们都知道了，DNS 完成了一次域名到 IP 的映射查询，当你在访问 www.baidu.com 时，能正确返回给你 百度首页的 ip。
但如果此时 DNS 解析出现了一些问题，当你想要访问 www.baidu.com 时，却返回给你 www.google.com 的ip，这就是我们常说的 DNS 劫持。
与之容易混淆的有 HTTP 劫持。
那什么是 HTTP 劫持呢?
你一定见过当你在访问 某个网站时，右下角也突然弹出了一个扎眼的广告弹窗。这就是 HTTP 劫持。
借助别人文章里的例子，它们俩的区别就好比是
- DNS劫持是你想去机场的时候，把你给丢到火车站。
- HTTP劫持是你去机场途中，有人给你塞小广告。那么 DNS劫持 是如何产生的呢?
下面大概说几种DNS劫持方法：
1.本机DNS劫持
攻击者通过某些手段使用户的计算机感染上木马病毒，或者恶意软件之后，恶意修改本地DNS配置，比如修改本地hosts文件，缓存等
2. 路由DNS劫持
很多用户默认路由器的默认密码，攻击者可以侵入到路由管理员账号中，修改路由器的默认配置
3.攻击DNS服务器
直接攻击DNS服务器，例如对DNS服务器进行DDOS攻击，可以是DNS服务器宕机，出现异常请求，还可以利用某些手段感染dns服务器的缓存，使给用户返回来的是恶意的ip地址
9. 工具的使用
dig 命令
dig是一个在类Unix命令行模式下查询DNS包括NS记录，A记录，MX记录等相关信息的工具。
通过 dig (参数：+trace)命令，我们可以看到上面描述的 DNS 解析的详细过程
从返回的结果，我们可以看得出几点信息
- 我们的本地 DNS 服务器 ip 为 192.168.1.1，端口为53，你可以在 /etc/resolv.conf 里看到这个配置
- 根域名服务器目前全球一共只有十三台，从a.root-servers.net. 到m.root-servers.net. ,它们对应的ip地址，已经内置在本地DNS服务器中。
如果你只想看到结果，可以使用 +short 参数，可以直接返回 www.163.com 对应着哪几个ip
你也可以加个 @ 参数 ，指定从某个 DNS 服务器进行查询
如果你只想查看指定的记录类型
host 命令
host 命令 可以看作dig命令的简化版本，返回当前请求域名的各种记录。
whois命令
whois命令用来查看域名的注册情况。
nslookup命令
nslookup也是常用的一个查询 DNS 解析结果的工具
$ nslookup [查询的域名] [指定DNS服务器]
你也可以指定公网的域名服务器进行查询，比如常见的 114.114.114.114
10. 手动清理本地缓存
MacOS
$ sudo dscacheutil -flushcache $ sudo killall -HUP mDNSResponder
Windows
$ ipconfig /flushdns
Linux
# 使用NSCD的DNS缓存 $ sudo /etc/init.d/nscd restart # 服务器或者路由器使用DNSMASQ $ sudo dnsmasq restart
