通过Wireshark抓包分析谈谈DNS域名解析的那些事儿

原创/朱季谦

本文主要想通过动手实际分析一下是如何通过DNS服务器来解析域名获取对应IP地址的，毕竟，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

一、域名与IP地址

当在浏览器上敲下“www.baidu.com”时，一键回车，很快，浏览器上就会刷新出熟悉的百度搜索页面。以前刚接触网络时，总以为这个过程是通过域名www.baidu.com来访问远程服务器，其实不然，本质上，还是通过IP去远程访问服务器获取资源。

这时，聪明的小伙伴就会出现一个疑问，为啥不直接通过域名去寻找到相应的服务器主机呢？

其实，若要实现通过域名的方式去寻找服务器主机，也不是不行，但没这个必要。

先来对比一下域名方式与IP地址方式两者的最关键差异在哪里，就知道为啥没这个必要了。

我们日常工作接触的IPv4地址一般都是以十进制的方式表示，例如，192.168.200.111，但在计算机当中，它其实是以二进制形式存在，192.168.200.111的二进制为1100 0000 1010 1000 1100 1000 0110 1111，总共32位，也就是32比特。众所周知，1个字节占了8比特，那么就意味着，一个32比特的IP地址长度也就4个字节。

在网络传输过程中，4个字节的长度，可以说，微不足道，但，若换成域名呢？

目前，域名最大长度可达：63个字符，每个char字符就占了2字节，63字符占了126字节，可见，若要用域名当成传输的地址，是多么耗性能，但若用IP地址就不一样了，32位也就只占4字节。

事实上，在浏览器上通过IP同样可以访问到对应域名的网址，但IP地址是一长串数字，难以记住，更难以理解这一堆数字代表了啥，但域名就不一样了，像百度的域名www.baidu.com，很直观就知道，这是访问百度的网址。

按照百度百科的说法，设计域名的作用，就是为了让用户更好理解。

当在浏览器上敲下“www.baidu.com”，在这个过程当中，会做一步域名解析成IP地址的操作，这里就涉及到一个叫做DNS的概念。DNS，全称Domain Name System，即域名系统，它提供的作用是将域名和IP地址相互映射。最通俗的理解，它就像是Java里key-value形式的Map，key是域名，value是对应映射的IP地址，通过map.get(域名)，可得到域名对应的IP地址。

这里值得多提一点是，与DNS相反的另一个相似概念，是ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)，它是根据已知的IP地址，可获得MAC地址，当然，MAC这块已是数据链路层的知识，DNS则是应用层的东西了。

二、域名解析IP的步骤

域名解析出其映射的IP地址，主要有以下几个步骤：

首先，会根据域名从浏览器缓存当中获取，若能获取到，直接返回对应的IP地址；若获取失败，会尝试获取操作系统本地的域名解析系统，即在hosts文件检查是否有对应的域名映射，若能找到，直接获取其映射的IP地址返回。其中，关于这一步，作为程序员，可能多少都做过相关操作。例如，网上有一些关于Windows系统如何加快访问Github网站的教程，其中有一个方式，就是将Github的域名与对应的IP地址，添加到Windows的C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts文件当中，随后再浏览Github，发现速度确实快了不少。这是因为，直接本地DNS解析出IP地址，可以减少远程网络方式去DNS服务器上获取域名对应的IP地址操作，也就意味着，域名解析IP速度将更快。

在hosts文件里存储的域名与IP地址映射，一般都是针对IP比较稳定且经常用的，例如工作当中的一些线上开发环境或者测试环境等域名，如果是IP变化比较频繁或者是根本就不知道IP是啥的，这类情况就无法通过hosts文件进行配置获取，只能通过网络访问DNS服务器去获取。

首先，会先去本地区域的DNS服务器找，我们可以在系统的网络配置上查看，究竟哪个是属于所在网络的本地区域DNS服务器，在命令行提示窗口输入，ipconfig /all，然后按回车键，可以找到“DNS服务器”一栏——

例如，我所在网络的DNS服务器IP是192.168.31.1，当浏览器访问某个域名时，就会向这个DNS服务器发送查询消息。

可以使用Wireshark抓包软件验证一下，还是以www.baidu.com域名来做实验，我们先看一下该域名对应的IP是啥，直接在命令窗口ping一下，就可以知道了，其IPv4地址是14.215.177.38

三、通过Wireshark分析域名解析网络传输

这时，先打开Wireshark抓包软件。

接着，在谷歌浏览器上输入www.baidu.com，回车，可以看到，本机IP会向本区域DNS服务器192.168.31.1发送了一个DNS协议的消息，该消息包含了域名www.baidu.com，A，还有一个0x1515这几个数据，然后，DNS服务器response返回了以下信息：response 0x1515 A www.baidu.com CNAME www.a.shifen.com A 14.215.177.38 A 14.215.177.39 ......

这些信息当中，正好包含了域名www.baidu.com映射的IP地址（不止一个），其中就有一个是前面ping返回的14.215.177.38。

理论上，若在最近的DNS服务器上，无法解析到域名对应的IP地址时，那么最近的DNS服务器就会类似充当一个中介角色，帮助客户端去其他DNS服务器寻找，看看哪台DNS服务器上可以找到该域名对应的IP。同时，需要理解一个知识点是，任何一台DNS服务器，都存储了根域名的IP地址。在www.baidu.com域名这个案例当中，加入无法从192.168.31.1这条最近的DNS服务器上解析到对应IP地址时，该DNS服务器就会将客户端的查询请求发送给根域名服务器去询问www.baidu.com域名在哪里可以解析。根域名服务器不做解析，更像是一位指路人，告知去com域对应的DNS服务器查询。com域所在的DNS服务器同样无法解析，继续充当一位指路人，告知把请求转发去baidu.com所在的DNS服务器，层层转发下去，最后找的目标DNS服务器，解析出域名对应的IP地址，然后返回给客户端，这时，客户端就可以通过IP地址获取到相应的服务器资源了。

在《网络是怎样连接的》一书当中，有一个关于DNS服务器解析流程的插图，觉得比较直观地表达出从最近DNS域名如何转发到目标DNS域名的流程，这里直接引用了——