基于LWIP协议栈实现DNS服务

前言

TCP/IP协议是网络通讯的基础，平常在对TCP/IP协议设置时会涉及到IP地址，子网掩码，默认网关和DNS这几个参数。这里我们主要谈下IP地址和DNS这两个参数之间的关系。

首先计算机在网络中进行通讯时只能识别“101.86.134.121”之类的IP地址，那么为什么我们平时在访问网站时只在浏览器地址栏中输入“www.baidu.com”之类的域名就能看到所需要的页面呢？这是因为DNS服务器在起到一个翻译的作用。这么做的原因其实很容易理解，因为IP地址没有规律，很难记，但是访问网站必须要事先知道对方服务器的IP地址，那么就选择了像www.baidu.com，www.163.com这些有意义的字符串（域名）代替了IP地址，同时发明了DNS服务器对这些域名进行解析，DNS服务器知道所有域名对应的IP地址，当我们访问www.baidu.com的时候，计算机会去向DNS服务器查询这个域名对应的IP地址，当计算机拿到IP地址后就可以访问该网站了。

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DNS查询

DNS 查询的过程如下：

• 在浏览器中输入http://www.baidu.com域名，计算机会先检查自己本地的hosts文件、本地DNS解析器缓存是否有这个网址映射关系，如果有则直接返回，完成域名解析。
• 如果hosts与本地DNS解析器缓存都没有相应的网址映射关系，会通过TCP/IP参数中设置的首选DNS服务器进行查询，如果该服务器具有网址映射关系，则调用这个IP地址映射，完成域名解析。
• 当以上的DNS服务器和缓存解析都失效了，则会将请求转发至上一级DNS服务器或根DNS进行解析，以此循环。该过程属于DNS服务器之间的交互查询。

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使用浏览器请求网站，通过Wireshark抓包分析DNS数据包如下所示：DNS为应用层协议,在传输层UDP协议基础上实现，DNS目的端口(Dst Port)是53，域名为www.baidu.com，DNS服务器的IP地址是（172.20.1.2 在网络连接中配置）。作为DNS服务器，可以通过监听网卡53端口号的数据来获得DNS数据包，对应DNS协议格式进行解析。

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LWIP实现

接下来讲述下LwIP协议栈对DNS服务的支持。LwIP是应用于嵌入式领域的轻量级开源以太网协议栈， 它使用C语言实现非常方便移植，而且支持socket接口，因此使用十分广泛。LwIP协议栈中涉及到DNS服务的代码为dns.c文件，主要功能是完成ipv4的客户端域名解析，不涉及复杂的服务器端的处理过程。客户端调用API接口可以实现DNS查询请求，解析DNS响应，建立本地缓存。

• 宏定义开启DNS模块

• 配置DNS服务器地址，类似在网络连接中配置DNS服务器地址，也可以通过DHCP方式自动分配

• DNS初始化，其中包括创建UDP pcb，配置默认DNS服务器，如果有本地缓存则初始化缓存列表（该函数在初始化时执行）。

• 通过域名字符串解析出IP地址。客户端需要根据域名获取对应的IP地址时，如果不久前已经查询过该域名对应的IP地址，那么直接从本地DNS解析器缓存中获取（dns_lookup函数）。否则，客户端就以DNS客户的身份，向DNS服务器发出查询请求报文（dns_enqueue函数，此时返回状态ERR_INPROGRESS正在处理，后续dns_tmr函数会周期处理请求队列的内容）。

• 该函数需要周期处理，主要作用是处理向DNS服务器请求的队列

• 该函数向队列中加入一条向DNS服务器查询的请求，并且根据每条请求的状态进行对应的处理

• 接收函数在初始化时注册到UDP pcb中，用于处理接收到的DNS响应包。在接收函数中会将获取的IP地址保存至对应的dns_table[DNS_TABLE_SIZE]中