Labs 導(dǎo)讀

使用蘋果全家桶的同學(xué)們，肯定有過在多個設(shè)備之間無縫銜接的體驗，比如隔空投送照片、文件，AirPlay電視投屏，還有自動共享熱點密碼，Apple Watch解鎖Mac和iPhone，連續(xù)互通的相機(jī)/速繪/標(biāo)記等等。它們的基本原理是通過Wi-Fi或藍(lán)牙，在登錄同一iCloud的設(shè)備之間快速同步數(shù)據(jù)。

問題來了，在局域網(wǎng)中設(shè)備之間要想通信，得知道對方的IP地址。以AirPlay投屏為例，第一步就是需要iPhone等終端設(shè)備找到局域網(wǎng)中的目標(biāo)投屏設(shè)備(即電視)，才能將音視頻、圖片或者屏幕內(nèi)容投射到電視上。

而大多數(shù)情況下，設(shè)備的IP地址是通過動態(tài)分配的DHCP協(xié)議獲取的。那么，設(shè)備之間是如何互相發(fā)現(xiàn)的呢?這就是Bonjour協(xié)議大顯身手的時候了!

Part 01 簡介

Bonjour是蘋果公司實現(xiàn)的一套零配置(zero-configuration)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。"Bonjour"這個詞源于法語，意為“你好”或“早上好”。該協(xié)議旨在簡化網(wǎng)絡(luò)配置，讓設(shè)備之間在局域網(wǎng)內(nèi)輕松地相互發(fā)現(xiàn)和交流，就像人們打招呼一樣。

通過Bonjour，用戶不需要手動配置IP地址或設(shè)備名稱，設(shè)備或應(yīng)用程序可以自動檢測所需的服務(wù)或其他可交互的應(yīng)用程序，實現(xiàn)自動連接、通信和數(shù)據(jù)交換，無需用戶干預(yù)。

圖1 局域網(wǎng)中設(shè)備的互聯(lián)互通

Part 02 工作原理

2.1 Bonjour協(xié)議基礎(chǔ)

Bonjour主要基于兩個標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：mDNS(多播DNS)和DNS-SD(DNS服務(wù)發(fā)現(xiàn)),在標(biāo)準(zhǔn)DNS框架上進(jìn)行構(gòu)建擴(kuò)展。

2.1.1 mDNS協(xié)議

mDNS協(xié)議基于UDP/IP，使用多播地址224.0.0.251和5353端口進(jìn)行通信。mDNS協(xié)議通過多播查詢和響應(yīng)，實現(xiàn)了局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)名解析，而無需配置DNS服務(wù)器。mDNS協(xié)議數(shù)據(jù)包格式與標(biāo)準(zhǔn)的DNS協(xié)議一致，支持標(biāo)準(zhǔn)的DNS查詢記錄類型的同時，對其中的部分概念作了擴(kuò)展。

其中，資源記錄用于局域網(wǎng)中各個主機(jī)之間交換消息內(nèi)容，包含以下幾個關(guān)鍵字段：

NAME：表示消息內(nèi)容

TYPE：表示消息內(nèi)容的類型

進(jìn)一步的，根據(jù)TYPE類型，可以定義以下幾種關(guān)鍵DNS記錄格式：

A 記錄：主機(jī)名稱和IPV4之間的對應(yīng)關(guān)系

AAAA 記錄：主機(jī)名稱和IPV6之間的對應(yīng)關(guān)系

PTR記錄：記錄了服務(wù)類型與服務(wù)實例名稱之間的對應(yīng)關(guān)系，一般用在查詢和發(fā)現(xiàn)服務(wù)實例

SRV記錄：記錄了服務(wù)實例的主機(jī)名稱和端口信息

TXT記錄：提供服務(wù)的額外描述文本，以“key = value”的格式記錄，如mac地址、設(shè)備id等

ANY 記錄：任意類型，一般用于查詢中

2.1.2 DNS-SD協(xié)議

mDNS協(xié)議定義了消息的基本結(jié)構(gòu)和消息的傳輸過程。在此基礎(chǔ)上，DNS-SD協(xié)議進(jìn)一步明確定義了服務(wù)名稱、服務(wù)實例名、域名長度/順序等具體要素，使用PTR、SRV和TXT三種資源記錄來完整描述一個服務(wù)，規(guī)定了簡便的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和描述方法。

其中，服務(wù)名稱通常由“_”下劃線和協(xié)議名稱組合而成，并在域名結(jié)尾使用 "local" 作為固定標(biāo)識，格式為<服務(wù)類型>.<域名>.local，如：_printer._tcp.local、_airplay._tcp.local

服務(wù)實例則通過其實例名進(jìn)行標(biāo)識，格式為<服務(wù)實例>.<服務(wù)類型>.<域名>，如：PrintsAlot._printer._tcp.local

MyMac._airplay._tcp.local

Bonjour協(xié)議通過上述兩種協(xié)議實現(xiàn)了局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)名解析和服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)，為零配置網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)。

2.2 Bonjour服務(wù)發(fā)現(xiàn)流程

要弄懂Bonjour的工作原理，我們只需思考上述mDNS協(xié)議和DNS-SD協(xié)議，是如何組合起來進(jìn)行交互的即可。

Bonjour協(xié)議可以看作是mDNS和DNS-SD的有機(jī)結(jié)合。具體來說，DNS-SD協(xié)議通過PTR記錄指向服務(wù)實例，并通過SRV記錄提供實例的主機(jī)名和端口;拿到這些信息后，只需要通過mDNS解析主機(jī)名獲取IP地址，就可完成從服務(wù)名稱到IP地址映射關(guān)系，從而實現(xiàn)端到端的連接。需要注意的是，DNS-SD發(fā)布和查詢的這些記錄信息，都是依托在mDNS定義的多播組和端口號上進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

接下來我們舉一個具體例子來說明，整個Bonjour服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程是如何完成的。

假設(shè)局域網(wǎng)中某個ipad設(shè)備想要發(fā)布音樂共享服務(wù)，主要包括以下三個步驟:

2.2.1 服務(wù)發(fā)布(Publication)

首先該設(shè)備會隨機(jī)選擇一個可用的鏈接本地IP地址，如：192.168.1.23，并向局域網(wǎng)中發(fā)布;第二步，它將啟動mDNS響應(yīng)器，并請求主機(jī)名 my-ipad.local.，確認(rèn)沒有沖突后使用該主機(jī)名;接著該設(shè)備在TCP端口1010上啟動音樂共享服務(wù);最后發(fā)布該音樂服務(wù)，并通過mDNS多播創(chuàng)建dns記錄：

SRV記錄：內(nèi)容為服務(wù)實例名“小李的音樂服務(wù)._music._tcp.local.”，并指向主機(jī)名my-ipad.local.上的TCP服務(wù)端口1010

PTR記錄：內(nèi)容為服務(wù)名稱“_music._tcp.local.”，并指向服務(wù)實例名稱“小李的音樂服務(wù)._music._tcp.local.”

TXT記錄：提供設(shè)備的額外信息，如MAC地址“MAC=D3:AA:E2:30:B0:E1”

當(dāng)局域網(wǎng)內(nèi)的其他設(shè)備接收后，會解析并緩存這些記錄。

圖2 服務(wù)發(fā)布流程示例

2.2.2 服務(wù)發(fā)現(xiàn)(Discovery)

當(dāng)某個客戶端應(yīng)用需要該音樂共享服務(wù)時，針對_music._tcp類型構(gòu)造服務(wù)查詢報文，通過mDNS多播查詢請求到整個局域網(wǎng);可提供該服務(wù)的設(shè)備收到查詢請求后，會用一個PTR記錄進(jìn)行響應(yīng)，這個響應(yīng)記錄包含了服務(wù)實例名“小李的音樂服務(wù)._music._tcp.local.”;客戶端應(yīng)用便可以從PTR記錄中提取出服務(wù)實例名稱，并將其添加服務(wù)器列表中。

圖3 服務(wù)發(fā)現(xiàn)流程示例

2.2.3 服務(wù)解析(Resolution)

服務(wù)解析在完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)后進(jìn)行的。應(yīng)用程序選擇服務(wù)實例的名稱，并向局域網(wǎng)組播查詢對應(yīng)的SRV記錄;服務(wù)提供方響應(yīng)后，返回該服務(wù)實例當(dāng)前的主機(jī)名和端口號;應(yīng)用程序拿到主機(jī)名后，再次發(fā)送多播mDNS查詢請求，解析出主機(jī)名對應(yīng)的IP地址。最后，應(yīng)用程序根據(jù)獲取的IP地址和端口號，與服務(wù)實例建立連接，完成解析。

圖4 服務(wù)解析流程示例

至此，整個音樂共享服務(wù)的自動注冊與發(fā)現(xiàn)的流程便完成了，全程高效便捷，不需要人工參與。通過建立好的網(wǎng)絡(luò)通道，客戶端設(shè)備便可以瀏覽并播放服務(wù)端的相關(guān)音樂資源了。

Part 03 結(jié)語

經(jīng)過多年發(fā)展，Bonjour已經(jīng)成為Apple等平臺的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，它為零配置網(wǎng)絡(luò)提供了一個開放、實用、高效的解決方案。Bonjour基于mDNS和DNS-SD協(xié)議，使其與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施高度兼容，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了個人、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)及IoT設(shè)備中，大幅簡化了網(wǎng)絡(luò)配置和管理。未來，隨著智能硬件業(yè)務(wù)的不斷增長，相關(guān)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通方面還具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

??參考文獻(xiàn)

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