一个强大的基于 Go 的 DNS 库

概要

dns 是一个基于 Go 的 DNS 库，支持 DNS 的所有特性，严格遵循 Less is more 的原则，被广泛用在很多著名的开源项目中，比如 CoreDNS（作者同时也是 CoreDNS 的核心开发者）。

这个库不仅仅可以用于客户端的 DNS 查询，而且也可用于服务端 nameserver 的编程（比如 CoreDNS）。Go 标准库客户端的 DNS 查询功能比较单一（比如 net.Lookup* 系列），缺少更细粒度的控制，如有特殊的需要，我们也可以用这个库构建符合自身服务特点的 DNS 查询。

这个库非常容易上手，在开玩之前我们先来复习一下 DNS 的基础知识。

DNS 基础知识复习

备注：大部分内容来源于《TCP/IP 详解》

DNS 报文格式

DNS 的查询和响应都遵循如下格式：

这个报文由 12 bytes 的首部和 4 个长度可变的字段组成。

标识：由 client 设置并由 server 返回结果，用以确定响应与查询是否匹配；
标志：16 位的标志字段被划分为若干子字段，如下图所示：
- QR：1 bit，0 表示查询报文，1 表示响应报文；
- opcode：4 bit，通常值为 0（标准查询），其他值为 1（反向查询）和 2（服务器状态请求）；
- AA：1 bit，表示授权回答（authoritative answer），该名字服务器是授权于该域；
- TC：1 bit，表示可截断（truncated）。使用 UDP 时，表示当应答总长度超过 512 bytes 时，只返回 512 bytes；
- RD：1 bit，表示期望递归（recursion desired）。该比特能在一个查询中设置，并在响应中返回。该标志告诉名字服务器必须处理这个查询，即这是一个递归查询（说白了就是，我把请求交给你，不管你最终找谁处理，最后必须将响应回复给我）。如果设置为 0，说明这是一个迭代查询（我把请求给你，如果当前名字服务器无法处理，返回谁可以处理的名单），当请求的名字服务器没有一个授权回答，它就返回一个能解答该类型的其他名字服务器的列表；
- RA：1 bit，表示可用递归。如果名字服务器支持递归查询，则在响应中将该位设置为 1；
- 随后的 3 bit 必须为 0；
- rcode：4 bit 的返回码，通常为 0（没有差错）和 3（名字差错）。名字差错只有从一个授权名字服务器上返回，表示查询中指定的域名不存在。
问题数、资源记录数、授权资源记录数和额外资源记录数分别对应最后 4 个可变长字段中包含的条目数，对于查询报文，问题数通常是 1，而其他 3 项均为 0；对于应答报文，回答数至少为 1，剩下的两项可以是 0 或非 0；
查询问题

问题部分中每个问题的格式如下所示（通常只有 1 个问题）：
- 查询名：即要查找的 DNS 名字，本质上一个分段带长度的字符序列，每个标识符以首字节的计数值来说明随后标识符的字节长度，每个名字以字节 0 结束。长度为 0 的标识符是根标识符。
  
  计数字节的值必须是 0～63 的数，因此标识符的最大长度仅为 63。
  
  该字段无须对齐和填充，如下是域名 gemini.tuc.noao.edu. 的表示：
- 查询类型：每个问题都有一个查询类型，而每个响应（即每个资源记录）也有一个类型。比如 A 记录的话，该字段为 1；
- 查询类：通常是 1，指互联网地址（IP）；
DNS 报文中最后三个字段均采用资源记录 RR（Resource Record）的相同格式，如下所示：
- 域名：记录中数据对应的名字，格式与前文查询报文中对应字段一致；
- 类型：与前文中的查询报文中的查询类型一致；
- 类：通常是 1，指互联网数据；
- 生存时间：客户端程序保留该资源记录的秒数，通常为 2 天；
- 资源记录长度：说明资源记录的数量，该数据的格式依赖于类型字段的值。对于类型 1（A 记录）的资源数据是 4 字节的 IP 地址；

标签压缩

每一个查询请求和 RR 都是由名称开始，名称由一系列标签（label）组成。标签有两种类型：数据标签（data label）和压缩标签（compression label）。数据标签如上文所述，压缩标签则相当于一个指针。

在许多情况下，DNS 响应消息中几个字段中会有重复字符串，为避免这种冗余，采用如下压缩方式：原本计数字节高两位设置为 1，剩余位与随后的一个 byte 组成一个 14 位的指针，即偏移量，给出距离距离 DNS 消息开始出的字节数，在那可找到一个用于替代压缩标签的数据标签，即压缩标签能够指向一个距离开始处多达 16384（2^14）个字节的位置。如下所示：

这表示了两个域名：usc.edu 和 ucla.edu，其中 edu 字符串只需要出现一次，并与其他域名共享。

常见资源类型

A 记录：一个 A 记录定义了一个 IPv4 地址，存储 32 bit 的二进制数；
AAAA 记录：查询 IPv6 地址；
CNAME 记录：另一个域名的别名。即解析出来是另外一个域名；
SRV 记录：用来标识某台服务器使用了某个服务；

一个查询的例子

如果我们查询 gemini.tuc.noao.edu.，得到的响应如下所示：

查询返回两个 A 记录（即这个域名对应两个 IP）。

注意以下几点：

返回结果中包含查询问题；
在返回的结果中会有许多重复的域名，因此使用压缩方式。比如上面的例子域名出现了 3 次，使用标签压缩的方式，则 RR 中原本域名的字段变成指针字段；

实际例子

我们来看一个实际的例子，根据这个例子稍加修改而来：

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package main

import (
	"log"
	"net"
	"os"

	"github.com/golang/go/src/fmt"
	"github.com/miekg/dns"
)

func main() {
	// 读取当前运行环境的 /etc/resolv.conf，获得 name server 的配置
	config, _ := dns.ClientConfigFromFile("/etc/resolv.conf")

	// 构造发起 DNS 请求的客户端
	c := new(dns.Client)

	// 构造 DNS 报文
	m := new(dns.Msg)

	// 设置问题字段，即查询命令行参数第一个参数的 A 记录
	m.SetQuestion(dns.Fqdn(os.Args[1]), dns.TypeA)
	m.RecursionDesired = true

	// client 发起 DNS 请求，其中 c 为上文创建的 client，m 为构造的 DNS 报文
	// config 为从 /etc/resolv.conf 构造出来的配置
	r, _, err := c.Exchange(m, net.JoinHostPort(config.Servers[0], config.Port))
	if r == nil {
		log.Fatalf("*** error: %s\n", err.Error())
	}

	if r.Rcode != dns.RcodeSuccess {
		log.Fatalf("*** invalid answer name %s after MX query for %s\n", os.Args[1], os.Args[1])
	}

	// 如果 DNS 查询成功
	for _, a := range r.Answer {
		fmt.Printf("%v\n", a)
	}
}

具体的含义可以参考具体注释。

让我们运行一下这个例子：

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$ go build main.go
$ ./main baidu.com
baidu.com.      465     IN      A       220.181.57.216
baidu.com.      465     IN      A       123.125.115.110

除了这个非常简单的例子之外，作者还在 exdns 列举了更多的例子，大家可以进一步阅读。

祝大家玩得愉快 ！

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