編程實戰(zhàn)：如何在程序中解析域名
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由于域名比 IP 地址更便于記憶，我們通常使用它來訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用客戶端想要跟服務(wù)端通信，必須先向 DNS 服務(wù)器查詢域名對應(yīng)的 IP 地址。舉個例子，讀者訪問我的網(wǎng)站 fasionchan.com 時，瀏覽器需要先根據(jù)域名查詢網(wǎng)站的 IP 地址，再和網(wǎng)站的 Web 服務(wù)器進行通信。
那么，如何通過編程實現(xiàn)域名查詢呢?這是開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無法回避的問題。
我們知道，DNS 服務(wù)器和客戶端之間使用 DNS 協(xié)議進行通信：客戶端先向服務(wù)器發(fā)送 請求報文 ，服務(wù)器將查詢結(jié)果封裝成 應(yīng)答報文 ，回復客戶端。DNS 可以使用 UDP 或 TCP 作為傳輸層協(xié)議，通信端口號為 53 。
假設(shè)客戶端使用 UDP 協(xié)議，一次域名查詢的步驟大致如下：
- 創(chuàng)建一個 UDP 套接字;
- 封裝 DNS 請求報文，待查詢域名位于問題節(jié);
- 通過 UDP 套接字，將請求報文發(fā)給 DNS 服務(wù)器(服務(wù)端端口一般是 53 );
- 等待服務(wù)端響應(yīng)，并從 UDP 套接字讀取應(yīng)答報文;
- 解析應(yīng)答報文，獲得查詢結(jié)果;
- 關(guān)閉 UDP 套接字;
如果每個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要自行封裝 DNS 報文實現(xiàn)域名查詢，未免太麻煩了!為此，C庫提供了一系列工具函數(shù)。應(yīng)用程序只需調(diào)用這些工具函數(shù)，即可完成域名查詢，不用自己操作套接字，或者封裝 DNS 報文。
示例程序
這個程序調(diào)用 C 庫函數(shù) gethostbyname ，將用戶在命令行參數(shù)中指定的域名查詢出來：
- #include <arpa/inet.h>
- #include <netdb.h>
- #include <stdio.h>
- int main(int argc, char *argv[]) {
- if (argc != 2) {
- fprintf(stderr, "bad arguments");
- return -1;
- }
- char *name = argv[1];
- printf("resolve domain name: %s\n", name);
- struct hostent *result = gethostbyname(name);
- if (result == NULL) {
- if (h_errno == HOST_NOT_FOUND) {
- fprintf(stderr, "Hostname not found!\n");
- }
- if (h_errno == NO_DATA) {
- fprintf(stderr, "No such record\n");
- }
- if (h_errno == NO_RECOVERY) {
- fprintf(stderr, "\n");
- }
- if (h_errno == TRY_AGAIN) {
- fprintf(stderr, "Temporary error occurred, please try again!\n");
- }
- return -1;
- }
- int i = 0;
- while (result->h_addr_list[i] != NULL) {
- printf("IP: %s\n", inet_ntoa(*(struct in_addr *)result->h_addr_list[i]));
- i++;
- }
- return 0;
- }
顧名思義，gethostbyname 根據(jù)域名查詢主機的地址，結(jié)果一般是 IP 地址或者 IPv6 地址。
請看程序第 14 行，以待查詢域名為參數(shù)調(diào)用 gethostbyname 函數(shù);它返回一個 hostent 結(jié)構(gòu)體指針，結(jié)構(gòu)體中保存著域名查詢結(jié)果。
第 15-33 行，檢查域名解析結(jié)果，空表示出錯;出錯時根據(jù) h_errno 的值，分情況處理(詳情請見后文)。
第 35-39 行，從 hostent 結(jié)構(gòu)體中取出查詢結(jié)果，并打印到屏幕上。
那么， gethostbyname 庫函數(shù)內(nèi)部都做了些什么呢?答案其實不難猜到。它會幫我們創(chuàng)建 UDP 套接字、發(fā)送 DNS 請求報文、接收并解析應(yīng)答報文。以這個程序為例，它的執(zhí)行流(藍線)大致如下：
域名查詢庫函數(shù)
實際上，C 庫提供了一系列工具函數(shù)，用于域名查詢：
- gethostbyname ，查詢指定域名，查詢結(jié)果保存在 hostent 結(jié)構(gòu)體中，指針被返回給調(diào)用者;
- gethostbyname_r ，同上，為線程安全版本，可在多線程環(huán)境中使用;
- gethostbyname2 ，同一，但支持通過 af 參數(shù)指定查詢地址類型;
- gethostbyname2_r ，同三，為線程安全版本，可在多線程環(huán)境中使用;
以 gethostbyname 為例，如果查詢成功，它將返回一個 hostent 結(jié)構(gòu)體指針，結(jié)構(gòu)體保存著查詢結(jié)果。如果查詢出錯，它將返回 NULL ，并將錯誤保存 h_errno 全局變量。一般而言，域名查詢出錯，可以分為這幾種情況：
HOST_NOT_FOUND ，表示指定主機不存在，即域名不存在;
NO_DATA ，表示域名存在其他記錄，但沒有地址相關(guān)記錄( A 或者 AAAA );
NO_RECOVERY ，域名服務(wù)器出現(xiàn)不可恢復錯誤;
TRY_AGAIN ，臨時出錯，可通過重試恢復;
當域名查詢失敗時，調(diào)用者必須檢查 h_errno 變量，分情況進行處理。
局限性
在網(wǎng)絡(luò)爬蟲、Socks5 代理等應(yīng)用場景，域名查詢非常頻繁。這時直接使用 gethostbyname 系列庫函數(shù)，很有可能會面臨性能瓶頸。
一方面，gethostbyname 庫函數(shù)每次查詢域名時，都要創(chuàng)建一個 UDP 套接字來跟 DNS 服務(wù)器通信。這意味著，頻繁的域名查詢背后，必然伴隨著大量套接字的創(chuàng)建和銷毀，開銷可想而知!
另一方面，gethostbyname 庫函數(shù)將一直阻塞，直到 DNS 服務(wù)器返回結(jié)果或者查詢超時。這將嚴重制約系統(tǒng)的并發(fā)處理能力。
因此，在高頻查詢場景，不能直接使用 gethostbyname 等庫函數(shù)，必須采用一些經(jīng)過優(yōu)化的異步域名解析庫。
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gethostbyname
