1 DNS协议

1.1 DNS packet组成

1.1.1 Header

1. 会话标识（2字节）：是DNS报文的ID标识，对于请求报文和其对应的应答报文，这个字段是相同的，通过它可以区分DNS应答报文是哪个请求的响应

2. 标志（2字节）：

   QR（1bit）	查询/响应标志，0为查询，1为响应
   opcode（4bit）	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（1bit）	表示授权回答
   TC（1bit）	表示可截断的
   RD（1bit）	表示期望递归
   RA（1bit）	表示可用递归
   rcode（4bit）	表示返回码，0表示没有差错，3表示名字差错，2表示服务器错误（Server Failure）

3. 数量字段（总共8字节）：Questions、Answer RRs、Authority RRs、Additional RRs 各自表示后面的四个区域的数目。Questions表示查询问题区域节的数量，Answers表示回答区域的数量，Authoritative namesversers表示授权区域的数量，Additional recoreds表示附加区域的数量

1.1.2 Question

1. 查询名：长度不固定，且不使用填充字节，一般该字段表示的就是需要查询的域名

2. 查询类型:

类型	助记符	说明
1	A	由域名获得IPv4地址（本中继服务支持类型）
2	NS	查询域名服务器
5	CNAME	查询规范名称
12	PTR	把IP地址转换成域名
28	AAAA	由域名获得IPv6地址

3. 查询类：通常为1，表明是Internet数据。

1.1.3 Answer

1. 域名（2字节或不定长）：它的格式和Question区域的查询名字字段是一样的。

2. 查询类型：表明资源纪录的类型，见1.2节的查询类型表格所示

3. 查询类：对于Internet信息，总是IN

4. 生存时间（TTL）：以秒为单位，表示的是资源记录的生命周期，

5. 资源数据：该字段是一个可变长字段，表示按照查询段的要求返回的相关资源记录的数据。可以是Address（表明查询报文想要的回应是一个IP地址）或者CNAME（表明查询报文想要的回应是一个规范主机名）等。在本中继服务中，本地返回数据一律为Ipv4格式的地址，所以Answer长度固定为16字节。

1.2 实例

使用 tcpdump 监听本机53端口上的dns查询操作，使用 nslookup 查询 baidu.com。

可以看到nslookup指令向本机53端口上发送了一条长度为27 bytes (Header length 12 bytes, Question length 15 bytes，其中question name长度11（结束符一个byte，打包baidu.com域名10个byte），question type和question class 4 byte) 的查询域名数据。

随后本机53端口回复了一条长度为59 bytes (Header length 12 bytes, Question length 15 bytes, 两个长度为16byte的answer) 的结果数据。

2 DNS 中继程序

2.1 整体架构

Feature:

1. 多携程安全。
2. 转发查询后本地加载Redis缓存，Bench测试表明查询响应速度优于DNS默认查询1.5倍，优于转发查询2.5倍。
3. 支持自定义屏蔽IP
4. 支持多条查询IP返回

2.1.1 工作逻辑

这里没有用到互斥锁或者线程池，因为Goroutine属于两级线程，创建和调度都不需要进入内核，分配回收代价极低，几百几千QPS的情况下完全够用了。频繁请求互斥锁会极大增多系统上下文切换，UDP请求这种非流式协议就不用互斥锁了。

这里用到Redis除了性能的考虑，也是因为域名-IP地址这种关系非常适合key-value这种数据。

2.1.2 启动服务

2.1.2.1 Requirements

Go version: >= 1.12 Redis 启动Redis服务，可以在conf.yaml配置文件中将redis配置改为你自己的，默认是127.0.0.1的6379端口。

2.1.2.2 启动

确保本地53端口没有被占用，可以用 sudo lsof -i :53查看53端口占用情况。 随后在项目根目录下输入

make

2.1.3 Bench测试

Bench测试结果：

查询DNS中继服务 查询( 10000 )次 花费时间( 101 )秒 查询转发服务114.114.114.114 查询( 10000 )次 花费时间( 253 )秒 查询默认DNS服务 查询( 10000 )次 花费时间( 142 )秒

Bench测试参数说明：

./bench.sh 10000 127.0.0.1 114.114.114.114

第一个参数是查询的次数，第二个参数是DNS中继服务的IP，第三个参数是DNS转发服务的IP。

2.2 本地查询

Feature：

1. 本地查询仅支持Ipv4格式。
2. 支持多条查询结果。

使用Nslookup 指令在127.0.0.1服务器上查询baidu.com域名，收到回复。

使用tcpdump监听本机53端口上的dns查询操作，可以看到Nslookup指令向本机53端口上发送了一条长度为27的查询域名数据，随后本机53端口回复了一条长度为59的结果数据。

下面是本DNS中继服务的运行日志，可以看到本地搜索到该域名共对应两条ip结果，随后中继服务将查询结果打包发回。

2.3 屏蔽查询

Feature：

1. 屏蔽IP可以自由设置

2. 转发查询和本地查询的结果IP都可以屏蔽

屏蔽IP写入配置文件，中继服务初始化时会读取配置文件并输出日志。

2.3.1 转发查询屏蔽

使用Nslookup 指令在127.0.0.1服务器上查询alimama.com域名。

根据中继服务服务日志可以看到，服务在本地没有搜索到alimama.com域名的解析结果，于是转发查询，解析转发查询结果发现其中有一个查询结果ip在本地的屏蔽列表中，于是对这条查询进行屏蔽处理。

2.3.2 本地查询屏蔽

使用Nslookup 指令在127.0.0.1服务器上查询test.com域名。

根据中继服务服务日志可以看到，服务在本地查询到了test.com域名的解析结果，发现其中有一个查询结果ip在本地的屏蔽列表中，于是对这条查询进行屏蔽处理。

2.4 转发查询

Feature:

转发查询后自动将查询结果加载到本地Redis缓存（只支持Ipv4类型）

第一次查询：

使用Nslookup 指令在127.0.0.1服务器上查询youtube.com域名。

根据中继服务服务日志可以看到，服务在本地没有搜索到youtube.com域名的解析结果，于是转发查询，将查询结果加载到本地Redis数缓存。

加载缓存后，中继服务返回查询数据。

第二次查询：

使用Nslookup 指令在127.0.0.1服务器上查询youtube.com域名。

根据中继服务服务日志可以看到，服务在本地没有查询到到了youtube.com域名的解析结果（上次加载进来的），于是打包返回。