Linux网络编程 - 域名(DNS)及网络地址

本文主要是介绍Linux网络编程 - 域名(DNS)及网络地址，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一 域名系统

DNS(Domain Name System，域名系统) 是对IP地址和域名进行互相转换的系统，其核心是 DNS 服务器。

1.1 什么是域名

提供网络服务的服务器端也是通过IP地址区分的，但IP地址通常非常难记住，用户几乎不可能以非常难记的的IP地址形式交换服务器端地址信息。因此，将容易记、易表述的域名分配并取代IP地址。

1.2 DNS服务器

        在浏览器地址栏中输入 Naver 网站的IP地址 222.122.192.5（这是一个C类IP地址）即可浏览Naver网站主页。但我们通常是输入Naver 网站的域名 www.Naver.com 访问网站。二者之间究竟有何区别呢？

        从进入Naver 网站主页这一结果来看，没什么区别，但接入过程不同。域名是赋予服务器端的虚拟IP地址，而非实际IP地址。因此，需要将虚拟IP地址转化为实际IP地址。那如何将域名变为IP地址呢？由DNS服务器担此重任，可以向DNS服务器请求转换地址。

“请问DNS服务器，www.Naver.com 的IP地址是多少？”

        所有计算机中都记录有默认DNS服务器IP地址，就是通过这个默认DNS服务器得到相应域名的IP地址信息。在浏览器地址栏中输入域名后，浏览器通过默认DNS服务器获取该域名对于的IP地址信息，之后才能真正接入该网站。

《提示》ping & nslookup

                除非商业需要，否则一般不会轻易改变服务器域名，但会相对频繁地改变服务器IP地址。如果想要某个域名对应的IP地址信息，可以在控制台窗口输入如下内容：

ping  www.naver.com

        这样即可知道某一域名对应的IP地址。还可用来验证IP数据报是否到达目的地，但执行过程中会同时经过“域名到IP地址”的转换过程，因此可以通过ping命令查看IP地址。另外，若想知道自己计算机中注册的默认DNS服务器IP地址，可以输入如下命令：

nslookup

在Linux系统中输入 nslookup 命令后，会提示进一步输入信息，此时可以输入：server，会得到默认DNS服务器的IP地址。

《操作示例》

> ping www.baidu.com -n 5

正在 Ping www.a.shifen.com [14.215.177.39] 具有 32 字节的数据:
来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=6ms TTL=54
来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=7ms TTL=54
来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=7ms TTL=54
来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=7ms TTL=54
来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=7ms TTL=54

14.215.177.39 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 5，已接收 = 5，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
    最短 = 6ms，最长 = 7ms，平均 = 6ms

$ nslookup
> server
Default server: 8.8.8.8
Address: 8.8.8.8#53
Default server: 8.8.4.4

        计算机内置的默认DNS服务器并不知道网络上所有域名的IP地址信息。若该DNS服务器无法解析，则会询问其他DNS服务器，并提供给用户。如下图所示：

         上图1-1 展示了默认DNS服务器无法解析主机询问的域名IP地址时的应答过程。可以看出，默认DNS服务器收到自己无法解析的域名请求时，向上级DNS服务器询问。通过这种方式逐级向上传递信息，到达顶级DNS服务器——根服务器时，它知道该向哪个DNS服务器询问。向下级DNS服务器传递解析请求，得到IP地址后原路返回，最后将解析的IP地址传递给发起请求的主机。DNS就是这样层次化管理的一种分布式数据库系统。

二 IP地址和域名之间的转换

2.1 程序中有必要使用域名吗？

        “所有学习都要在开始前认识到其必要性！”这是我们必须牢记的一句话。我们为什么需要使用域名呢？这是因为系统运行时，保持IP地址不变并不容易。特别是依赖ISP(Internet Service Provider，互联网服务提供商) 服务提供者维护IP地址时，系统相关的各种原因都会随时导致IP地址变更。

        因为IP地址比域名发生变更的概率要高，所以利用IP地址编写程序并非上策。一般情况下，一旦注册域名不会轻易发生改变，因此利用域名编写程序会更好一些。这样，每次运行超程序时根据域名获取IP地址，再接入服务器，这样程序就不会依赖于服务器IP地址了。所以说，程序中需要IP地址和域名之间的转换函数。

2.2 利用域名获取IP地址

• gethostbyname() — 通过传递字符串格式的域名获取IP地址。

#include <netdb.h>struct hostent * gethostbyname(cosnt char *hostname);//参数说明
//hostname: 指向存放域名字符串的内存地址//返回值: 成功时返回hostent结构体指针，失败时返回NULL

        这个函数使用方便。只要传递域名字符串，就会返回域名对应的IP地址。只是返回时，地址信息装入 hostent 结构体。此结构体定义如下：

struct hostent
{char *h_name;           //官方域名char **h_aliases;       //域名别名int  h_addrtype;        //支持的IP地址类型，IPv4 或是 IPv6int  h_length;          //IP地址长度char **h_addr_list;     //保存域名对应的IP地址
};

        从上述 hostent 结构体定义中可以看出，不止返回IP信息，同时还连带着其他信息。域名转IP时我们只需关注 h_addr_list成员。下面简要说明一下该结构体各个成员的作用。

• h_name：该成员变量中存有官方域名（Official domain name）。官方域名代表某一主页，但实际上，一些著名公司的域名并未用官方域名注册。
• h_aliases：可以通过多个域名同时访问同一主页。同一IP可以绑定多个域名，因此，除官方域名外还可指定其他域名，又称为“别名”。这些信息可以通过成员变量 h_aliases 获得。
• h_addrtype：gethostbyname()函数不仅支持IPv4，还支持IPv6。因此可以通过此变量获取保存在 h_addr_list 的IP地址的地址族信息。若是IPv4，则此变量值为 AF_INET；若是IPv6，则为 AF_INET6。
• h_length：保存IP地址长度。若是IPv4地址，因为是4个字节，则该成员变量的值为4；若是IPv6地址，因为是16个字节，则为 16。
• h_addr_list：这是最重要的成员。通过此变量以整数形式保存域名对应的IP地址。另外，用户较多的网站有可能分配多个IP给同一域名，利用多个服务器进行负载均衡。此时同样可以通过此变量获取IP地址信息。

        调用 gethostbyname 函数后，返回的 hostent 结构体变量如下图所示。该图在实际编程中非常有用，可以结合前面的 hostent 结构体定义加以理解。

下面通过一个示例程序来演示 gethostbyname 函数的使用方法，并说明 hostent 结构体的特性。

• gethostbyname.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>void error_handling(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{int i;struct hostent *host;if(argc != 2){printf("Usage: %s <addr>\n", argv[0]);exit(1);}host = gethostbyname(argv[1]);if(!host)error_handling("gethost... error!");printf("Official name: %s\n", host->h_name);for(i=0; host->h_aliases[i]; i++)printf("Aliases %d: %s\n", i+1, host->h_aliases[i]);printf("Address type: %s\n", host->h_addrtype==AF_INET ? "AF_INET":"AF_INET6");for(i=0; host->h_addr_list[i]; i++)printf("IP addr %d: %s\n", i+1, inet_ntoa(*(struct addr_in*)hosh->h_addr_list[i]));return 0;
}void error_handling(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

编译程序：gcc gethostbyname.c -o hostname

运行程序：./hostname www.naver.com

Official name: www.g.naver.com

Aliases 1: www.naver.com

Address type: AF_INET

IP addr 1: 202.131.29.70

IP addr 2: 222.122.195.6

上面的运行示例中利用了Naver网站域名运行了上述示例程序，大家可以任选一个域名进行检验。

        在hostent 结构体中，结构体成员 h_addr_list 是一个二级指针，指向字符串指针数组（由多个字符串地址构成的指针数组）。但字符串指针数组中的元素实际指向的是（实际保存的是）in_addr 结构体变量的地址值而非字符串，如下图所示。

 图2-2 给出了 h_addr_list 结构体成员的参照关系。正因如此，示例中的第28行代码需要进行类型转换，并调用 inet_ntoa()函数。

《提示》为什么是 char* 而不是 in_addr*

        hostnet 结构体的成员 h_addr_list 指向的数组类型并不是 in_addr 结构体的指针数组，而是采用了 char 指针。也许我们对这一点感到困惑。这是因为 hostent 结构体并非只是为 IPv4 准备。h_addr_list 指向的数组中也可以保存IPv6地址信息，而IPv6的IP地址结构体是 in6_addr。因此，考虑到通用性，声明为 char 指针类型的数组。

“声明为 void 指针类型是否更合理？”

当然是的。指针对象不明确时，更适合使用 void 指针类型。但是套接字相关操作函数都是在 void 指针标准化之前定义的，而当时采取的做法是：无法明确指出指针类型时采用的是 char 指针。

2.3 利用IP地址获取域名

• gethostbyaddr() — 利用IP地址获取域名相关信息。

#include <netdb.h>struct hostent * gethostbyaddr(const char *addr, socklen_t len, int family);/*参数说明
addr: 含有IP地址信息的 in_addr 结构体指针。为了同时传递IPv4或IPv6地址，该变量的类型声明为char指针
len: 向第一个参数传递的地址信息的字节数，IPv4时为4，IPv6时为16。
family: 传递地址族信息，IPv4时为AF_INET，IPv6时为AF_INET6。
*///返回值: 成功时返回 hostent 结构体变量地址值，失败时返回 NULL 指针

下面通过一个示例程序来演示该函数的使用方法。

• gethostbyaddr.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>void error_handling(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{int i;struct hostent *host;struct sockaddr_in addr;if(argc != 2){printf("Usage: %s <addr>\n", argv[0]);exit(1);}memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);host = gethostbyaddr((char*)&addr.sin_addr, 4, AF_INET);if(!host)error_handling("gethost...error!");printf("Official name: %s\n", host->h_name);for(i=0; host->h_aliases[i]; i++)printf("Aliases %d: %s\n", i+1, host->h_aliases[i]);printf("Address type: %s\n", host->h_addrtype==AF_INET?"AF_INET":"AF_INET6");for(i=0; host->h_addr_list[i]; i++)printf("IP addr %d: %s\n", i+1, inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]));return 0;
}void error_handling(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

编译程序：gcc gethostbyaddr.c -o hostaddr

运行程序：./hostaddr 74.125.19.106

Official name: nuq04s01-in-f106.google.com

Address type: AF_INET

IP addr 1: 74.125.19.106

《结果分析》我们可以通过 ping 命令得到Google 的IP地址，并利用此信息运行上述示例程序。从运行结果可以看出，记录于DNS服务器的官方主页地址具有特殊的格式。

三 习题

1、在浏览器地址栏中输入 www.orentec.co.kr，并整理出主页显示过程。假设浏览器访问的默认DNS服务器中并没有关于 www.orentec.co.kr 的IP地址信息。

1. 主机先向默认DNS服务器询问IP地址。

2. 默认DNS服务器没有该域名对应的IP地址信息，则向上一级DNS服务器发出询问请求。通过逐级向上传递询问请求，直到查询到对应的IP地址信息为止。

3. DNS查询服务器从其更上级的DNS服务器接收到IP地址信息。

4. DNS查询服务器将查到的IP地址原路返回，最后将解析的IP地址传递给发起请求的主机。

5. 网络浏览器访问接收到的IP地址网站。

2、将百度的域名(www.baidu.com)转换为IP地址。

#include <stdio.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>int main(int argc,char *argv[])
{char *ptr,**pptr;struct hostent *hptr;char str[32]={0};ptr=argv[1];if((hptr=gethostbyname(ptr)) == NULL){printf("gethostbyname error for host: %s\n",ptr);return 0;}//输出主机的正式名称printf("official hostname: %s\n",hptr->h_name);//输出主机的别名，并将所有主机别名分别打印出来for(pptr=hptr->h_aliases;*pptr!=NULL;pptr++)printf("alias: %s\n",*pptr);//根据IP地址类型，将IP地址打印出来switch(hptr->h_addrtype){case AF_INET:case AF_INET6://将所有的IP地址都输出，其中调用了inet_ntoa()函数for(pptr=hptr->h_addr_list;*pptr!=NULL;pptr++)printf("IP address: %s\n",inet_ntop(hptr->h_addrtype,*pptr,str,sizeof(str)));printf("first IP address: %s\n",inet_ntop(hptr->h_addrtype,*(hptr->h_addr_list),str,sizeof(str)));break;default:printf("unknown address type.\n");break;}return 0;
}

•  运行结果

编译：gcc test.c -Werror
运行：./a.out www.baidu.com
official hostname: www.a.shifen.com
alias: www.baidu.com
IP address: 14.215.177.37
IP address: 14.215.177.38
first IP address: 14.215.177.37

参考

《TCP-IP网络编程(尹圣雨)》第8章 - 域名及网络地址

《TCP/IP网络编程》课后练习答案第一部分6~10章 尹圣雨

这篇关于Linux网络编程 - 域名(DNS)及网络地址的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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