本帖最后由 DKENNY 于 2024-8-27 18:59 编辑
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前言：
当我们在浏览器里输入一个网址（比如www.example.com）的时候，我们的电脑其实并不知道这个网址代表的是什么。计算机之间并不直接使用这些网址（域名）来互相交流，而是通过IP地址，这些地址是由一串数字组成的，比如 192.168.1.1 或者更复杂的 2607:f8b0:4005:805::200e 这样的数字和字母组合。
但是，记住这些数字对我们人类来说很困难，因此我们更喜欢使用简单易记的域名。这时，DNS 就登场了。
1. DNS介绍
DNS，全称是域名系统（Domain Name System）。简单来说，DNS 就像是互联网的电话簿。
1.1 DNS的工作原理
当我们访问一个网站时，DNS 的工作大致可以分为以下几个步骤：
1. 输入网址：在浏览器里输入www.example.com。
2. 寻找IP地址：我们的电脑会向DNS服务器（这个服务器专门用来处理域名与IP地址之间的转换）发送一个请求，询问www.example.com的IP地址是什么。
3. DNS服务器查询：DNS服务器会在自己的数据库中查找www.example.com对应的IP地址。如果找不到，它会向其他DNS服务器求助，最终找到并返回这个IP地址给你的电脑。
4. 访问网站：一旦电脑拿到了IP地址，它就能用这个地址去找到并连接到www.example.com所在的服务器，并将网页内容显示在你的浏览器中。
1.2 DNS的功能
总结一下，DNS 主要有以下几个功能：
1. 域名解析：将我们输入的域名翻译成计算机能理解的IP地址。
2. 分布式管理：全球有很多DNS服务器，它们分布在世界各地，分工协作来处理域名与IP地址的对应关系。这种分布式管理使得整个系统非常稳定和高效。
3. 缓存：DNS服务器会缓存（暂时存储）常用域名和IP地址的对应关系，这样在下次查询时就不需要再从头开始查找，可以更快地返回结果。
4. 负载均衡：有些大网站会有多个服务器来处理访问请求，DNS可以根据访问者的位置或服务器的负载情况，将用户引导到最合适的服务器上。
2. 关键API介绍：gethostbyname
err_t
dns_gethostbyname(const char *hostname, ip_addr_t *addr, dns_found_callback found,
void *callback_arg)
{
return dns_gethostbyname_addrtype(hostname, addr, found, callback_arg, LWIP_DNS_ADDRTYPE_DEFAULT);
}
err_t
dns_gethostbyname_addrtype(const char *hostname, ip_addr_t *addr, dns_found_callback found,
void *callback_arg, u8_t dns_addrtype)
{
size_t hostnamelen;
#if LWIP_DNS_SUPPORT_MDNS_QUERIES
u8_t is_mdns;
#endif
/* not initialized or no valid server yet, or invalid addr pointer
* or invalid hostname or invalid hostname length */
if ((addr == NULL) ||
(!hostname) || (!hostname[0])) {
return ERR_ARG;
}
#if ((LWIP_DNS_SECURE & LWIP_DNS_SECURE_RAND_SRC_PORT) == 0)
if (dns_pcbs[0] == NULL) {
return ERR_ARG;
}
#endif
hostnamelen = strlen(hostname);
if (hostname[hostnamelen - 1] == '.') {
hostnamelen--;
}
if (hostnamelen >= DNS_MAX_NAME_LENGTH) {
LWIP_DEBUGF(DNS_DEBUG, ("dns_gethostbyname: name too long to resolve\n"));
return ERR_ARG;
}
#if LWIP_HAVE_LOOPIF
if (strcmp(hostname, "localhost") == 0) {
ip_addr_set_loopback(LWIP_DNS_ADDRTYPE_IS_IPV6(dns_addrtype), addr);
return ERR_OK;
}
#endif /* LWIP_HAVE_LOOPIF */
/* host name already in octet notation? set ip addr and return ERR_OK */
if (ipaddr_aton(hostname, addr)) {
#if LWIP_IPV4 && LWIP_IPV6
if ((IP_IS_V6(addr) && (dns_addrtype != LWIP_DNS_ADDRTYPE_IPV4)) ||
(IP_IS_V4(addr) && (dns_addrtype != LWIP_DNS_ADDRTYPE_IPV6)))
#endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IPV6 */
{
return ERR_OK;
}
}
/* already have this address cached? */
if (dns_lookup(hostname, hostnamelen, addr LWIP_DNS_ADDRTYPE_ARG(dns_addrtype)) == ERR_OK) {
return ERR_OK;
}
#if LWIP_IPV4 && LWIP_IPV6
if ((dns_addrtype == LWIP_DNS_ADDRTYPE_IPV4_IPV6) || (dns_addrtype == LWIP_DNS_ADDRTYPE_IPV6_IPV4)) {
/* fallback to 2nd IP type and try again to lookup */
u8_t fallback;
if (dns_addrtype == LWIP_DNS_ADDRTYPE_IPV4_IPV6) {
fallback = LWIP_DNS_ADDRTYPE_IPV6;
} else {
fallback = LWIP_DNS_ADDRTYPE_IPV4;
}
if (dns_lookup(hostname, hostnamelen, addr LWIP_DNS_ADDRTYPE_ARG(fallback)) == ERR_OK) {
return ERR_OK;
}
}
#else /* LWIP_IPV4 && LWIP_IPV6 */
LWIP_UNUSED_ARG(dns_addrtype);
#endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IPV6 */
#if LWIP_DNS_SUPPORT_MDNS_QUERIES
if (strstr(hostname, ".local") == &hostname[hostnamelen] - 6) {
is_mdns = 1;
} else {
is_mdns = 0;
}
if (!is_mdns)
#endif /* LWIP_DNS_SUPPORT_MDNS_QUERIES */
{
/* prevent calling found callback if no server is set, return error instead */
if (ip_addr_isany_val(dns_servers[0])) {
return ERR_VAL;
}
}
/* queue query with specified callback */
return dns_enqueue(hostname, hostnamelen, found, callback_arg LWIP_DNS_ADDRTYPE_ARG(dns_addrtype)
LWIP_DNS_ISMDNS_ARG(is_mdns));
}
dns_gethostbyname和 dns_gethostbyname_addrtype是来自 lwIP（轻量级 IP）协议栈的函数。这些函数用于 DNS（域名系统）解析，将域名（如 "www.example.com"）转换为 IP 地址。
2.1 函数概览
1.dns_gethostbyname(const char *hostname, ip_addr_t *addr, dns_found_callback found, void *callback_arg)
- 这个函数是 dns_gethostbyname_addrtype的封装器。它通过使用默认地址类型（LWIP_DNS_ADDRTYPE_DEFAULT）简化了 DNS 查找。
2. dns_gethostbyname_addrtype(const char *hostname, ip_addr_t *addr, dns_found_callback found, void *callback_arg, u8_t dns_addrtype)
- 这是处理 DNS 查询的核心函数。
- 它允许用户指定要解析的地址类型（IPv4、IPv6 或两者之间的优先选择）。
2.2 函数逻辑分解
1. 输入验证
- 函数首先检查输入是否有效：
- addr 不能为空。
- hostname 必须非空且不能是空字符串。
- 如果这些检查失败，函数返回 ERR_ARG。
2. 主机名长度和格式验证
- 函数计算 hostname 的长度。
- 它还检查主机名是否以点（.）结尾，这通常表示完全限定域名（FQDN）。并相应调整长度。
- 如果主机名长度超过允许的最大值（DNS_MAX_NAME_LENGTH），函数返回 ERR_ARG。
3. 本地主机处理
- 如果主机名是localhost，函数直接设置环回地址（对于 IPv4 为 127.0.0.1，对于 IPv6 为 ::1）并返回 ERR_OK。
4. 直接 IP 地址处理
- 函数检查主机名是否已经是字符串格式的 IP 地址，使用 ipaddr_aton 进行检查。
- 如果它是有效的 IP 地址并且与请求的地址类型匹配，函数返回 ERR_OK。
5. DNS 缓存查找
- 然后，函数检查请求的主机名是否已被缓存，调用 dns_lookup进行查找。
- 如果找到缓存地址，函数返回 ERR_OK。
6. 双栈 IPv4/IPv6 处理
- 如果函数被要求同时解析 IPv4 和 IPv6（使用 LWIP_DNS_ADDRTYPE_IPV4_IPV6 或 LWIP_DNS_ADDRTYPE_IPV6_IPV4），且第一次查找失败，它会尝试解析另一种地址类型。
7. 多播 DNS (mDNS) 处理
- 函数检查主机名是否以 ".local" 结尾，这是 mDNS 的典型标志。
- 如果是 mDNS，函数会设置一个标志来适当处理它。
8. DNS 服务器可用性
- 在排队 DNS 查询之前，函数检查是否配置了任何 DNS 服务器。
- 如果没有可用的服务器，函数返回 ERR_VAL。
9. DNS 查询入队
- 最后，函数通过调用 dns_enqueue 将 DNS 查询入队，该函数将处理发送 DNS 请求并在收到响应后调用回调函数。
总结
- dns_gethostbyname 是一个简化的 DNS 查找接口。
- dns_gethostbyname_addrtype 提供了对 DNS 查找过程的更多控制，包括指定首选地址类型（IPv4 或 IPv6）的能力。
- 两个函数都处理各种场景，包括本地地址解析（localhost）、直接 IP 地址、DNS 缓存、mDNS 和 IPv4 与 IPv6 之间的callback。
- 这些函数设计用于在 lwIP 协议栈的约束条件下工作，该协议栈通常用于资源受限的环境，如嵌入式系统。
2.3 gethostbyname() 在 lwIP 中的原理描述：
1. 输入主机名：
- 函数接收一个要查询的主机名（hostname）。
2. 检查缓存：
- 检查是否在本地缓存中已存在该主机名的对应 IP 地址。
- 如果找到，则直接返回缓存中的 IP 地址。
3. 初始化 DNS 查询：
- 如果缓存中没有找到，则初始化一个 DNS 查询。
- 生成唯一的查询 ID。
4. 发送 DNS 请求：
- 构建 DNS 查询包并通过 UDP 协议发送到 DNS 服务器。
5. 等待响应：
- 等待来自 DNS 服务器的响应。
6. 接收 DNS 响应：
- 接收 DNS 服务器的响应包。
7. 解析响应包：
- 解析响应包中的数据，提取出对应的 IP 地址。
8. 更新缓存：
- 将新获取到的 IP 地址及其对应的主机名存入本地缓存，以便后续查询。
9. 返回 IP 地址：
- 将解析出的 IP 地址返回给调用者。
10. 错误处理：
- 如果在某个步骤中出现错误（如超时、无效响应等），则返回错误状态。
可参考以下工作流程图。
3. 准备：
1．APM32F407IG-Tiny。
2．已经移植好的DHCP的例程（可去这篇帖子获取：https://bbs.21ic.com/icview-3362052-1-1.html）。
3．一根TYPE-C的USB数据线，网口线。
4. 配置流程：
打开lwipopts.h添加以下宏，开启DNS服务。
关键代码：
void dns_test(void)
{
ip_addr_t addr;
err_t err;
uint8_t data[1000];
if (usart_rx_flag_ok == 1)
{
memcpy(data, USART_RXBUF, USART_RXLEN);
// 解析域名
err = dns_gethostbyname((const char*)data, &addr, dns_found_callback_test, NULL);
if (err == ERR_INPROGRESS)
{
// 正在处理
printf("DNS resolution in progress...\r\n");
}
else if (err == ERR_OK)
{
// DNS解析成功
printf("DNS resolved to: %s\r\n", ipaddr_ntoa(&addr));
}
else
{
printf("DNS resolution failed: %d\r\n", err);
}
usart_rx_flag_ok = 0;
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
USART_RXBUF[i] = '\0';
}
USART_RXLEN = 0;
}
}
void dns_found_callback_test(const char* name, const ip_addr_t* addr, void* arg)
{
if (addr)
{
printf("DNS resolved: %s -> %s\r\n", name, ipaddr_ntoa(addr));
}
else
{
printf("DNS resolution failed for: %s\r\n", name);
}
}
说明：
1.dns_test()
目的：
dns_test()函数的设计目的是基于通过 USART（通用同步异步收发器）接收到的数据发起一个 DNS（域名系统）解析请求。该函数检查是否接收到有效的域名，如果是，它会尝试将该域名解析为 IP 地址。
函数流程：
- USART 数据处理：
- 函数首先检查usart_rx_flag_ok是否设置为 1，表示已通过 USART 接收到一整行数据。
- 如果标志已设置，则将接收到的数据（假设为域名）从 USART_RXBUF 复制到局部缓冲区 data 中。
- DNS 请求：
- 然后，函数调用 dns_gethostbyname()将存储在 `data` 中的域名解析为 IP 地址。这是一个异步函数，意味着它可能不会立即解析域名。
- 函数检查 dns_gethostbyname() 的返回值（err）：
- 如果 err == ERR_INPROGRESS，表示 DNS 解析正在进行中，函数会打印一条消息指示这一点。
- 如果 err == ERR_OK，表示 DNS 解析成功，函数会打印解析出的 IP 地址。
- 如果出现其他错误（err != ERR_OK），则会打印失败消息。
- 清理：
- 在尝试解析域名后，函数会重置 USART 接收标志（usart_rx_flag_ok = 0）并清空 USART_RXBUF 缓冲区以接收新的数据。
总结：
dns_test() 充当根据通过 USART 接收到的用户输入触发 DNS 解析的处理程序。它尝试异步解析域名，并根据 DNS 系统的响应处理结果。
2. dns_found_callback_test()
目的：
dns_found_callback_test() 函数是一个回调函数，在由 dns_test()启动的 DNS 解析过程完成时被调用。它处理 DNS 解析的最终结果，无论是成功还是失败。
函数流程：
- 参数检查：
- 函数接收三个参数：
- name：被解析的域名。
- addr：解析出的 IP 地址。
- arg：一个额外的用户参数，在此上下文中为 NULL。
- DNS 解析结果：
- 函数检查 addr 指针是否为 NULL。如果 addr 有效，则表示 DNS 解析成功。
- 如果成功，函数会打印解析出的 IP 地址。
- 如果 addr 为 NULL，则表示 DNS 解析失败，并打印相应的失败消息。
总结：
dns_found_callback_test()提供了有关 DNS 解析是否成功的反馈，处理域名解析过程中的最后一步。当 DNS 查询完成时，DNS 子系统会自动调用它。
总体交互：
- dns_test() 在通过 USART 接收到域名时发起 DNS 查询。DNS 系统异步处理该查询。
- 一旦 DNS 解析完成（无论是成功还是出错），dns_found_callback_test() 会被调用以处理并打印结果。
通过这些函数，程序能够根据通过 USART 接收到的输入动态解析域名，从而为系统提供实时的 DNS 解析能力。
5. 实验现象：
第一种现象：使用程序解析的ip地址与本机ping得到的ip地址一致。
在串口输入要解析的域名地址，串口打印域名解析的ip地址。例如www.baidu.com，得到的ip地址为157.148.69.74。
打开cmd，直接ping www.baidu.com，返回的ip地址同样为157.148.69.74。符合我们的最终效果。
第二种现象：使用程序解析的ip地址与本机ping得到的ip地址不一样。
例如，输入www.badu.com，程序得到的地址为157.148.69.80，而电脑直接ping这个域名，得到的是157.148.69.74。
这时，我们如果用电脑直接ping 157.148.69.80，发现也是能ping通的。
为什么同一个域名对应的ip地址不一样呢？
一般出现这种情况，有以下4种原因。
1. 负载均衡：大型网站通常使用负载均衡技术，将流量分散到多个服务器上。它们会将同一个域名解析到多个不同的IP地址，这样可以提高网站的性能和可靠性。假设我们访问一个大型购物网站，比如Amazon。Amazon可能会将其域名解析到多个不同的IP地址，比如203.0.113.1、203.0.113.2和203.0.113.3。这样，当我们访问Amazon时，我们可能会连接到不同的服务器，以分散流量并提高整体性能。
2. DNS轮询：有些DNS服务器会按顺序返回多个关联到同一个域名的IP地址。每次查询时，它可能会返回不同的地址，实现轮询效果。这里以Netflix为例，当DNS服务器按顺序返回多个IP地址时，假设Netflix的域名解析到了三个IP地址：198.51.100.1、198.51.100.2和198.51.100.3。每次查询时，DNS服务器可能会按顺序返回这些IP地址，这样不同的用户可能会连接到不同的服务器。
3. 地理位置：一些DNS服务商或内容分发网络（CDN）会根据用户的地理位置返回不同的IP地址，以便让用户连接到离他们更近的服务器，提高访问速度和减少延迟。关于地理位置，假设我们访问了一个某一个网站，根据我们的地理位置，比如在美国、欧洲或亚洲，DNS服务器可能会返回不同的IP地址，以便我们连接到距离最近的服务器，提高视频加载速度和减少缓冲等待时间。
4. TTL（生存时间）设置：DNS记录中设置了TTL值，当记录过期后，DNS服务器会重新查询并返回不同的IP地址。这在负载均衡环境中比较常见。在TTL设置的情况下，假设某域名使用了TTL设置，将其域名解析到IP地址 192.0.2.1，但TTL值为60秒。一旦这个TTL过期了，DNS服务器会重新查询，并且可能会返回不同的IP地址，比如192.0.2.2，以便更新连接信息。
所以，当我们在不同的时间查询同一个域名时，得到不同的IP地址是正常的。
6. 结语：
总结来说，LWIP的DNS配置与使用在嵌入式系统中具有重要意义。通过正确配置DNS，可以实现设备与互联网的无缝连接，简化网络应用的开发与调试。
以上就是本篇文章的全部内容，欢迎各位讨论交流。
附件：LWIP DNS例程
LWIP_DNS.zip
(9.59 MB)
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21小跑堂 打赏了 120.00 元 2024-08-28
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从巧解DNS的原理介绍、API的详细解读到APM32F407IG上实现DNS服务。整套流程紧密衔接，段落配置合理，文章排版舒适，实现效果较佳。