TCP-IP-NetworkNote/ch08/README.md

第 8 章 域名及网络地址

本章代码，在TCP-IP-NetworkNote中可以找到。

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

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？

一句话，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

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

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：

struct hostent
{
    char *h_name;       /* Official name of host.  */
    char **h_aliases;   /* Alias list.  */
    int h_addrtype;     /* Host address type.  */
    int h_length;       /* Length of address.  */
    char **h_addr_list; /* List of addresses from name server.  */
};

从上述结构体可以看出，不止返回IP信息，同时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：

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。

• gethostbyname.c

编译运行：

gcc gethostbyname.c -o hostname
./hostname www.baidu.com

结果：

如图所示，显示出了对百度的域名解析

可以看出，百度有一个域名解析是 CNAME 解析的，指向了shifen.com，关于百度具体的解析过程。

这一部分牵扯到了很多关于DNS解析的过程，还有 Linux 下关于域名解析的一些命令，我找了一部分资料，可以点下面的链接查看比较详细的：

• 关于百度DNS的解析过程
• DNS解析的过程是什么，求详细的？
• Linux DNS 查询剖析
• Linux DNS查询命令
• Linux中DNS服务器地址查询命令nslookup使用教程
• DNS 原理入门

仔细阅读这一段代码：

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：

8.2.3 利用IP地址获取域名

请看下面的函数定义：

#include <netdb.h>
struct hostent *gethostbyaddr(const char *addr, socklen_t len, int family);
/*
成功时返回 hostent 结构体变量地址值，失败时返回 NULL 指针
addr: 含有IP地址信息的 in_addr 结构体指针。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。
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 16。
family: 传递地址族信息，IPv4 是 AF_INET，IPv6 是 AF_INET6。
*/

下面的代码演示使用方法：

• gethostbyaddr.c

编译运行：

gcc gethostbyaddr.c -o hostaddr
./hostaddr 8.8.8.8

结果：

从图上可以看出，8.8.8.8这个IP地址是谷歌的。

8.3 基于 Windows 的实现

暂略

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：说法错误的是选项 2 和 4。

   1. 因为 DNS 的存在，故可以使用域名代替 IP。（正确）
   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。（错误：DNS 服务器不是路由器，路由器是根据 IP 地址而非域名来决定数据转发路径的）
   3. 所有域名信息并非集中于 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。（正确：通过 DNS 的层次化结构，可以逐级查询获取未在本地 DNS 服务器中注册的地址）
   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。（错误：DNS 协议是标准化的，与操作系统无关）

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）

   

   答：东秀的方案是可行的。DNS 服务器采用分布式层次结构，具有冗余性和容错性。当一台 DNS 服务器故障时，可以自动切换到其他可用的 DNS 服务器进行查询，不会导致整个域名解析系统瘫痪。此外，DNS 解析结果通常会在本地缓存一段时间，即使 DNS 服务器暂时不可用，已缓存的解析记录仍然可以正常使用。

3. 在浏览器地址输入 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：完整的域名解析过程如下：

   1. 本地缓存查询：浏览器首先检查本地缓存和操作系统的 hosts 文件，如果找到对应 IP 地址则直接使用。
   2. 向本地 DNS 服务器发起查询：如果没有找到缓存，浏览器向系统配置的本地 DNS 服务器发起递归查询请求。
   3. 本地 DNS 服务器迭代查询：
      • 本地 DNS 服务器首先检查自己的缓存，若没有则向根域名服务器（Root Server，"."）发起查询。
      • 根域名服务器返回负责 .kr 域的顶级域名服务器（TLD Server）地址。
      • 本地 DNS 服务器向 .kr 的顶级域名服务器发起查询。
      • 顶级域名服务器返回负责 orentec.co.kr 的权威域名服务器地址。
      • 本地 DNS 服务器向权威域名服务器发起查询。
      • 权威域名服务器返回 www.orentec.co.kr 的 IP 地址。
   4. 返回结果：本地 DNS 服务器将解析到的 IP 地址返回给浏览器，同时在本地缓存该结果。
   5. 建立连接：浏览器使用获得的 IP 地址与目标服务器建立 TCP 连接，发送 HTTP 请求，获取并渲染网页内容。

   可以参考知乎回答：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？