大家好！前段时间我写了一篇关于“如何用 Go 语言建立一个简易的 DNS 解析器”的帖子。
那篇帖子里我没写有关“如何生成以及解析 DNS 查询请求”的内容，因为我觉得这很无聊，不过一些伙计指出他们不知道如何解析和生成 DNS 查询请求，并且对此很感兴趣。
我开始好奇了——解析 DNS 能 花多大功夫？事实证明，编写一段 120 行精巧的 Ruby 语言代码组成的程序就可以做到，这并不是很困难。
所以，在这里有一个如何生成 DNS 查询请求，以及如何解析 DNS 响应报文的速成教学！我们会用 Ruby 语言完成这项任务，主要是因为不久以后我将在一场 Ruby 语言大会上发表观点，而这篇博客帖的部分内容是为了那场演讲做准备的。?
（我尽量让不懂 Ruby 的人也能读懂，我只使用了非常基础的 Ruby 语言代码。）
最后，我们就能制作一个非常简易的 Ruby 版本的 dig 工具，能够查找域名，就像这样：
$ ruby dig.rb example.com
example.com 20314 A 93.184.216.34
整个程序大概 120 行左右，所以 并不 算多。（如果你想略过讲解，单纯想去读代码的话，最终程序在这里：dig.rb。）
我们不会去实现之前帖中所说的“一个 DNS 解析器是如何运作的？”，因为我们已经做过了。
那么我们开始吧！
如果你想从头开始弄明白 DNS 查询是如何格式化的，我将尝试解释如何自己弄明白其中的一些东西。大多数情况下的答案是“用 Wireshark 去解包”和“阅读 RFC 1035，即 DNS 的规范”。
生成 DNS 查询请求
现在我尝试去解析一个 DNS 查询，我们到了硬核的部分：解析。同样的，我们会将其分成不同部分：
- 解析一个 DNS 的请求头
- 解析一个 DNS 的名称
- 解析一个 DNS 的记录
这几个部分中最难的（可能跟你想的不一样）就是：“解析一个 DNS 的名称”。
步骤八：解析 DNS 的请求头
让我们先从最简单的部分开始：DNS 的请求头。我们之前已经讲过关于它那六个数字是如何串联在一起的了。
那么我们现在要做的就是：
- 读其首部 12 个字节
- 将其转换成一个由 6 个数字组成的数组
- 为方便起见，将这些数字放入一个类中
以下是具体进行工作的 Ruby 代码：
class DNSHeader
attr_reader :id, :flags, :num_questions, :num_answers, :num_auth, :num_additional
def initialize(buf)
hdr = buf.read(12)
@id, @flags, @num_questions, @num_answers, @num_auth, @num_additional = hdr.unpack('nnnnnn')
end
end
注： attr_reader 是 Ruby 的一种说法，意思是“使这些实例变量可以作为方法使用”。所以我们可以调用 header.flags 来查看@flags变量。
我们也可以借助 DNSheader(buf) 调用这个，也不差。
让我们往最难的那一步挪挪：解析一个域名。
步骤九：解析一个域名
首先，让我们写其中的一部分：
def read_domain_name_wrong(buf)
domain = []
loop do
len = buf.read(1).unpack('C')[0]
break if len == 0
domain << buf.read(len)
end
domain.join('.')
end
这里会反复读取一个字节的数据，然后将该长度读入字符串，直到读取的长度为 0。
这里运行正常的话，我们在我们的 DNS 响应头第一次看见了域名（example.com）。
关于域名方面的麻烦：压缩！
但当 example.com 第二次出现的时候，我们遇到了麻烦 —— 在 Wireshark 中，它报告上显示输出的域的值为含糊不清的 2 个字节的 c00c。
这种情况就是所谓的 DNS 域名压缩，如果我们想解析任何 DNS 响应我们就要先把这个实现完。
幸运的是，这没那么难。这里 c00c 的含义就是：
- 前两个比特（
0b11.....）意思是“前面有 DNS 域名压缩！” - 而余下的 14 比特是一个整数。这种情况下这个整数是
12（0x0c），意思是“返回至数据包中的第 12 个字节处，使用在那里找的域名”
如果你想阅读更多有关 DNS 域名压缩之类的内容。我找到了相关更容易让你理解这方面内容的文章： 关于 DNS RFC 的释义。
步骤十：实现 DNS 域名压缩
因此，我们需要一个更复杂的 read_domain_name 函数。
如下所示：
domain = []
loop do
len = buf.read(1).unpack('C')[0]
break if len == 0
if len & 0b11000000 == 0b11000000
# weird case: DNS compression!
second_byte = buf.read(1).unpack('C')[0]
offset = ((len & 0x3f) << 8) + second_byte
old_pos = buf.pos
buf.pos = offset
domain << read_domain_name(buf)
buf.pos = old_pos
break
else
# normal case
domain << buf.read(len)
end
end
domain.join('.')
这里具体是：
- 如果前两个位为
0b11，那么我们就需要做 DNS 域名压缩。那么：- 读取第二个字节并用一点儿运算将其转化为偏移量。
- 在缓冲区保存当前位置。
- 在我们计算偏移量的位置上读取域名
- 在缓冲区存储我们的位置。
可能看起来很乱，但是这是解析 DNS 响应的部分中最难的一处了，我们快搞定了！
一个关于 DNS 压缩的漏洞
有些人可能会说，有恶意行为者可以借助这个代码，通过一个带 DNS 压缩条目的 DNS 响应指向这个响应本身，这样 read_domain_name 就会陷入无限循环。我才不会改进它（这个代码已经够复杂了好吗！）但一个真正的 DNS 解析器确实会更巧妙地处理它。比如，这里有个 能够避免在 miekg/dns 中陷入无限循环的代码。
如果这是一个真正的 DNS 解析器，可能还有其他一些边缘情况会造成问题。
步骤十一：解析一个 DNS 查询
你可能在想：“为什么我们需要解析一个 DNS 查询？这是一个响应啊！”
但每一个 DNS 响应包含它自己的原始查询，所以我们有必要去解析它。
这是解析 DNS 查询的代码：
class DNSQuery
attr_reader :domain, :type, :cls
def initialize(buf)
@domain = read_domain_name(buf)
@type, @cls = buf.read(4).unpack('nn')
end
end
内容不是太多：类型和类各占 2 个字节。
步骤十二：解析一个 DNS 记录
最让人兴奋的部分 —— DNS 记录是我们的查询数据存放的地方！即这个 “rdata 区域”（“记录数据字段”）就是我们会在 DNS 查询对应的响应中获得的 IP 地址所驻留的地方。
代码如下：
class DNSRecord
attr_reader :name, :type, :class, :ttl, :rdlength, :rdata
def initialize(buf)
@name = read_domain_name(buf)
@type, @class, @ttl, @rdlength = buf.read(10).unpack('nnNn')
@rdata = buf.read(@rdlength)
end
我们还需要让这个 rdata 区域更加可读。记录数据字段的实际用途取决于记录类型 —— 比如一个“A” 记录就是一个四个字节的 IP 地址，而一个 “CNAME” 记录则是一个域名。
所以下面的代码可以让请求数据更可读：
def read_rdata(buf, length)
@type_name = TYPES[@type] || @type
if @type_name == "CNAME" or @type_name == "NS"
read_domain_name(buf)
elsif @type_name == "A"
buf.read(length).unpack('C*').join('.')
else
buf.read(length)
end
end
这个函数使用了 TYPES 这个哈希表将一个记录类型映射为一个更可读的名称：
TYPES = {
1 => "A",
2 => "NS",
5 => "CNAME",
# there are a lot more but we don't need them for this example
}
read.rdata 中最有趣的一部分可能就是这一行 buf.read(length).unpack('C*').join('.') —— 像是在说：“嘿！一个 IP 地址有 4 个字节，就将它转换成一组四个数字组成的数组，然后数字互相之间用 ‘.’ 联个谊吧。”
步骤十三：解析 DNS 响应的收尾工作
现在我们正式准备好解析 DNS 响应了！
工作代码如下所示：
class DNSResponse
attr_reader :header, :queries, :answers, :authorities, :additionals
def initialize(bytes)
buf = StringIO.new(bytes)
@header = DNSHeader.new(buf)
@queries = ([email protected]_questions).map { DNSQuery.new(buf) }
@answers = ([email protected]_answers).map { DNSRecord.new(buf) }
@authorities = ([email protected]_auth).map { DNSRecord.new(buf) }
@additionals = ([email protected]_additional).map { DNSRecord.new(buf) }
end
end
这里大部分内容就是在调用之前我们写过的其他函数来协助解析 DNS 响应。
如果 @header.num_answers 的值为 2，代码会使用了 ([email protected]_answers).map 这个巧妙的结构创建一个包含两个 DNS 记录的数组。（这可能有点像 Ruby 魔法，但我就是觉得有趣，但愿不会影响可读性。）
我们可以把这段代码整合进我们的主函数中，就像这样：
sock.send(make_dns_query("example.com", 1), 0) # 1 is "A", for IP address
reply, _ = sock.recvfrom(1024)
response = DNSResponse.new(reply) # parse the response!!!
puts response.answers[0]
尽管输出结果看起来有点辣眼睛（类似于 #<DNSRecord:0x00000001368e3118>），所以我们需要编写一些好看的输出代码，提升它的可读性。
步骤十四：对于我们输出的 DNS 记录进行美化
我们需要向 DNS 记录增加一个 .to_s 字段，从而让它有一个更良好的字符串展示方式。而者只是做为一行方法的代码在 DNSRecord 中存在。
def to_s
"#{@name}tt#{@ttl}t#{@type_name}t#{@parsed_rdata}"
end
你可能也注意到了我忽略了 DNS 记录中的 class 区域。那是因为它总是相同的（IN 表示 “internet”），所以我觉得它是个多余的。虽然很多 DNS 工具（像真正的 dig）会输出 class。
大功告成！
via: https://jvns.ca/blog/2022/11/06/making-a-dns-query-in-ruby-from-scratch/
作者：Julia Evans 选题：lujun9972 译者：Drwhooooo 校对：wxy
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