【协议分析】【DNS 域名服务协议】

命运的改变从技术开始，学网络技术，就来网络之路教程店第五章 应用层协议分析实验十三 DNS域名服务协议【实验目的】1、理解DNS 实现的原理；2、了解DNS 解析的过程；3、掌握DNS 报文格式。【

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第五章 应用层协议分析

实验十三 DNS域名服务协议

【实验目的】

1、理解DNS 实现的原理；

2、了解DNS 解析的过程；

3、掌握DNS 报文格式。

【实验学时】

4学时

【实验环境】

本实验要求实验室主机能够连接到Internet ，并可浏览网页。

实验拓扑如图5- 37所示：

图5- 37 实验拓扑图

【实验内容】

1、学习DNS 协议的原理和实现方法；

2、了解DNS 的工作过程；

3、通过编辑DNS 请求数据包，了解DNS 的报文格式；

4、掌握nslookup 命令和ipconfig 命令的使用方法。

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【实验流程】

图5- 38 实验流程图

【实验原理】

DNS 域名系统是服务器和客户程序相互通信的一种协议。它提供了主机域名和IP 地址之间的转换。域名服务器使用固定的端口号53，支持UDP 和TCP 访问。

DNS 协议

DNS 是域名系统（Domain Name System）的缩写，它是一种用于TCP/IP应用程序的分布式数据库，它提供主机名字和I P地址之间的转换及有关电子邮件的选路信息。所谓“分布式”是指在Internet 上的单个站点不能拥有所有的信息。每个站点（如大学中的系、校园、公司或公司中的部门）保留它自己的信息数据库，并运行一个服务器程序供Internet 上的其他系统（客户程序）查询。

在Internet 中，域名可用来对某个组织或实体进行寻址。例如“www.sina.com”这个域名可用来对IP 地址为71.5.7.191的Internet 网点“sina.com”进行寻址，而特定的主机服务器名称为“www”。域名中的“com”部分表明该组织或实体的性质，“sina”定义了该组织或实体。

而DNS 就像是一个自动的电话号码簿，我们可以直接拨打某人的名字来代替他的电话号码（IP 地址）。DNS 在我们直接呼叫网站的名字以后，就会将像www.sina.com 一样便于142

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第五章 应用层协议分析

人类使用的名字转化成像71.5.7.191一样便于机器识别的IP 地址。

这个转换工作称为域名解析，域名解析需要由专门的域名解析服务器来完成，DNS 就是进行域名解析的服务器。它是一种分布式网络目录服务，主要用于域名与 IP 地址的相互转换，以及控制因特网的电子邮件的发送。大多数因特网服务依赖于 DNS 而工作，一旦 DNS 出错，就无法连接 Web 站点，电子邮件的发送也会中止。

在 DNS 命名方式中，采用了分散和分层的机制来实现域名空间的委派授权，以及域名与地址相转换的授权。通过使用 DNS 的命名方式来为遍布全球的网络设备分配域名，而这则是由分散在世界各地的服务器实现的。

命名系统是分层次的，域名树是倒置的，它的根级显示在最上方，分为若干顶级域（.com 、.net 、.edu 、.gov 、.org 等，以及200多个国家级的顶级域），这些域又被分成二级域，依此类推。它们由各自相应的政府或私有实体管理。

DNS 的分布式机制支持有效且可靠的名字到 IP 地址的映射。多数名字可以在本地映射，不同站点的服务器相互合作能够解决大网络的名字与 IP 地址的映射问题。单个服务器的故障不会影响 DNS 的正确操作。

DNS 工作流程

域名服务分为客户端和服务器端，客户端提出请求，询问一个Domain Name的IP 地址，服务器端必须回答客户端的请求。本地DNS 首先查询自己的数据库，如果自己的数据库中没有对应的IP 地址，则向本地DNS 上所设的上一级DNS 询问，得到结果之后，将收到的结果保存在高速缓冲区，并回答给客户端。其简单过程如图5- 39所示：

图5- 39 DNS的工作过程

在这个过程中，待查询的域名放在查询问题中，查询结果放在回答的资源记录中。

DNS 的报文格式

D ＮＳ定义了用于查询和响应的报文格式，图5- 40是查询和响应报文的总体格式：

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图5- 40 DNS 总体报文格式

这个报文由1 2字节长的首部和4个长度可变的字段组成。

标识字段由客户程序设置并由服务器返回结果。客户程序通过它来确定响应与查询是否匹配。

16 bit的标志字段被划分为若干子字段，如图5- 41所示：

图5- 41 DNS 报文首部中的标志字段

标志中每一位的含义如下：

z QR：是1 bit字段，0表示查询报文，1表示响应报文。

z Opcode：报文类型，是一个4 bit字段，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）。

z AA：是1 bit字段，表示“授权回答（authoritative answer）”，如果此位为1，表

示服务器对问题部分的回答是权威性的。

z TC：是1 bit字段，表示“可截断的（truncated ）”。使用UDP 时，它表示当应答

的总长度超过512字节时，只返回前512个字节。

z RD：是1 bit字段，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。这个标志告诉名字服务器必须处理这个查询，也称为一个递归查询。如果该位为0，且被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查询的其他名字服务器列表，这称为迭代查询。

z RA：是1 bit字段，表示“可用递归”。如果名字服务器支持递归查询，则在响应中

将该比特设置为1。

z Zero：随后的3 bit字段必须为0。

。z Rcode：是一个4 bit的返回码字段。通常的值为0（没有差错）和3（名字差错）

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第五章 应用层协议分析

名字差错只有从一个授权DNS 服务器上返回，它表示在查询中制定的域名不存在。

随后的4个16 bit 字段说明最后4个变长字段中包含的条目数。对于查询报文，问题（question ）数通常是1，而其他3项则均为0。类似地，对于应答报文，回答数至少是1，剩下的两项可以是0或非0。

图5- 42是DNS 查询报文中的查询问题记录部分的格式，通常只有一个问题：

图5- 42 DNS查询问题记录格式

查询名是要查找的名字，它是一个或多个标识符的序列。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，每个名字以最后字节为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 ~ 6 3的数，因为标识符的最大长度仅为6 3。

每个问题有一个查询类型，而每个响应（也称一个答案或资源记录）也有一个类型。大约有20个不同的类型值，其中的一些目前已经过时，常见的值如下表：

表5-6 类型值列表 名 字 数 值 描 述

A 1 IP 地址

NS 2 名字服务器

CNAME 5 规范名称

PTR 12 指针记录

HINFO 13 主机信息

MX 15 邮件交换记录

最常用的查询类型是A 类型，表示期望获得查询名的IP 地址。一个PTR 查询则请求获得一个IP 地址对应的域名。

查询类通常是1，指互联网地址（某些站点也支持其他非I P地址）。

DNS 报文中最后的三个字段，答案字段、权威答案字段和附加答案字段，均采用一种称为资源记录RR （Resource Record）的相同格式，图5- 43是DNS 响应报文中资源记录的格式：

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图5- 43 DNS资源记录的格式

z 域名：是记录中资源数据对应的名字。它的格式和前面介绍的查询名字段格式相同。 z 类型：说明RR 的类型码。它的值和前面介绍的查询类型值是一样的。

z 类：通常为1，指Internet 数据。

z 生存时间：该字段是客户程序保留该资源记录的秒数。资源记录通常的生存时间值

为2天。

z 资源数据长度：说明资源数据的数量。该数据的格式依赖于类型字段的值。对于类

型1（A 记录）资源数据是4字节的I P地址。

【实验步骤】

步骤一：使用nslookup 工具解析域名，捕获数据包并进行分析

1、在实验主机上启动网络协议分析仪进行数据捕获并设置过滤条件，在工具栏点击“过滤器”按钮，会弹出“设置&过滤器”对话框，在“过滤器类型”中选择“类型过滤器”，类型值中选择“DNS协议”，点击“设置参数”按钮后“确定”，开始进行数据包的捕获：

图5- 44 设置DNS 协议过滤器

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2、使用nslookup 工具进行域名的解析。

nslookup 命令是查询域名对应IP 的工具，其用法可以直接在Windows 系统的命令提示符下运行命令：nslookup 域名 来进行域名解析，例如：

图5- 45 使用nslookup 工具（一）

也可以仅仅运行nslookup 命令（不需任何参数），进入nslookup 的交互界面，在“>”提示符后可以多次输入不同的域名，以实现多次的查询，例如可以在一次nslookup 的交互过程中，进行www.baidu.com 、 www.yahoo.com、 www.google.com 的查询：

图5- 46 使用nslookup 工具（二）

最后，可用“exit”命令退出nslookup 的交互状态。

3、分析捕获到的数据报文。

图5- 47 是一个DNS 的查询报文，从中可以看到，报文的标识为10，问题数是1，答

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案数、权威答案数、附加答案数都是0，而要查询的域名是www.yahoo.com ：

图5- 47 DNS的查询报文

图5- 48 则是相应的响应报文，报文标识同样为10，指明这个响应是针对哪一个查询报文的，问题数是1，答案数是2，权威答案数和附加答案数都是0，并且对域名www.yahoo.com 的查询结果是209.131.36.158：

图5- 48 DNS的响应报文

步骤二：使用ipconfig 命令查看DNS 缓存

1、继续使用协议分析仪进行数据的捕获，同时打开IE 浏览器，访问www.baidu.com 、www.yahoo.com 、 www.google.com，观察此时是否还有DNS 请求？

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2、关闭IE 浏览器后再重新打开，访问一个尚未访问过的网站，例如www.sohu.com ，观察此时是否有DNS 请求？为什么？

3、在Windows 系统的命令提示符下运行：ipconfig /displaydns显示本机缓冲区中的DNS 解析内容，如图5- 49所示：

图5- 49 显示本机的DNS 缓存

4、在Windows 系统的命令提示符下运行：ipconfig /flushdns，则可以清除本机的DNS 缓存记录，如图5- 50所示：

图5- 50 清除本机的DNS 缓存

5、此时关闭IE 浏览器再打开，访问刚才打开过的网站，观察是否有DNS 请求？为什

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么？

步骤三：利用网络协议编辑软件编辑DNS 请求包

1、在主机上打开协议数据发生器，在工具栏上选择“添加”，会弹出“网络包模版”对话框，选择“DNS协议模版”，建立一个DNS 数据报文：

图5- 51 建立DNS 协议的查询报文

2、填写其中以太网帧头、IP 首部、UDP 首部和DNS 报文的内容：

z 填写以太网协议首部信息：

¾ 目的物理地址：在地址本中查询网关的IP 地址，确定后填入网关的MAC 地

址：00-D0-F8-B5-14-8C ；

¾ 源物理地址：填入实验主机的MAC 地址：00-15-58-2F-7E-7E ；

¾ 类型或长度：该字段应为0800（即IP 协议的类型值）。

z 填写IP 协议头信息：

¾ 总长度字段：包括UDP 段内容的总长度，20 IP 8 UDP 30 DNS = 58； ¾ 标识：可以任意填入，例如：0x2938；

¾ 高层协议字段：即上层协议类型为17（UDP 协议的类型为17）；

¾ 发送IP 地址：在地址本中选择本机的IP 地址：172.16.1.98；

¾ 目标IP 地址：手工填入DNS 服务器的IP 地址：172.16.2.25；

¾ 点击工具栏中的“校验和”按钮计算IP 头校验和。

z 填写UDP 协议的各个字段信息：

¾ 16位源端口号：可按照捕获DNS 数据报文的源端口号填入：1644；

¾ 16位目的端口号：53；

¾ UDP总长度：包括UDP 头部和携带数据的总长度，8 UDP 30 DNS= 38； ¾ 校验和：点击工具栏中的“校验和”按钮计算UDP 校验和。

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