netty系列之:在netty中使用UDP协议请求DNS服务器

Posted 2022-05-27 程序那些事

简介

之前我们讲到了如何在netty中构建client向DNS服务器进行域名解析请求。使用的是最常见的TCP协议，也叫做Do53/TCP。

事实上除了TCP协议之外，DNS服务器还接收UDP协议。这个协议叫做DNS-over-UDP/53，简称("Do53")。

本文将会一步一步带领大家在netty中搭建使用UDP的DNS客户端。

搭建netty客户端

因为这里使用的UDP协议，netty为UDP协议提供了专门的channel叫做NioDatagramChannel。EventLoopGroup还是可以使用常用的NioEventLoopGroup,这样我们搭建netty客户端的代码和常用的NIO UDP代码没有太大的区别，如下所示：

EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
            Bootstrap b = new Bootstrap();
            b.group(group)
                    .channel(NioDatagramChannel.class)
                    .handler(new Do53UdpChannelInitializer());
            final Channel ch = b.bind(0).sync().channel();

这里的EventLoopGroup使用的是NioEventLoopGroup，作为client端Bootstrap的group。

因为要使用UDP协议进行传输，所以这里的channel使用的是NioDatagramChannel。

设置好channel之后，传入我们自定义的handler，netty client就搭建完毕了。

因为是UDP，所以这里没有使用TCP中的connect方法，而是使用bind方法来获得channel。

Do53UdpChannelInitializer中包含了netty提供的UDP DNS的编码解码器，还有自定义的消息处理器，我们会在后面的章节中详细进行介绍。

在netty中发送DNS查询请求

搭建好netty客户端之后，接下来就是使用客户端发送DNS查询消息了。

先看具体的查询代码：

int randomID = (int) (System.currentTimeMillis() / 1000);
            DnsQuery query = new DatagramDnsQuery(null, addr, randomID).setRecord(
                    DnsSection.QUESTION,
                    new DefaultDnsQuestion(queryDomain, DnsRecordType.A));
            ch.writeAndFlush(query).sync();
            boolean result = ch.closeFuture().await(10, TimeUnit.SECONDS);
                        if (!result) 
                log.error("DNS查询失败");
                ch.close().sync();
            

查询的逻辑是先构建UDP的DnsQuery请求包，然后将这请求包写入到channel中，然后等待消息处理完毕。

DnsQuery之前我们已经介绍过了，他是netty中所有DNS查询的基础类。

public interface DnsQuery extends DnsMessage 

DnsQuery的子类有两个，分别是DatagramDnsQuery和DefaultDnsQuery。这两个实现类一个表示UDP协议的查询，一个表示TCP协议的查询。

我们看下UDP协议的DatagramDnsQuery具体定义：

public class DatagramDnsQuery extends DefaultDnsQuery implements AddressedEnvelope<DatagramDnsQuery, InetSocketAddress> 

可以看到DatagramDnsQuery不仅仅继承自DefaultDnsQuery，还实现了AddressedEnvelope接口。

AddressedEnvelope是netty中UDP包的定义，所以要想在netty中发送基于UDP协议的数据包，就必须实现AddressedEnvelope中定义的方法。

作为一个UDP数据包，除了基本的DNS查询中所需要的id和opCode之外，还需要提供两个额外的地址,分别是sender和recipient:

    private final InetSocketAddress sender;
    private final InetSocketAddress recipient;

所以DatagramDnsQuery的构造函数可以接收4个参数：

    public DatagramDnsQuery(InetSocketAddress sender, InetSocketAddress recipient, int id, DnsOpCode opCode) 
        super(id, opCode);
        if (recipient == null && sender == null) 
            throw new NullPointerException("recipient and sender");
         else 
            this.sender = sender;
            this.recipient = recipient;
        
    

这里recipient和sender不能同时为空。

在上面的代码中，我们构建DatagramDnsQuery时，传入了服务器的InetSocketAddress：

final String dnsServer = "223.5.5.5";
        final int dnsPort = 53;
 InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress(dnsServer, dnsPort);

并且随机生成了一个ID。然后调用setRecord方法填充查询的数据。

.setRecord(DnsSection.QUESTION,
                    new DefaultDnsQuestion(queryDomain, DnsRecordType.A));

DnsSection有4个，分别是：

    QUESTION,
    ANSWER,
    AUTHORITY,
    ADDITIONAL;

这里是查询操作，所以需要设置DnsSection.QUESTION。它的值是一个DnsQuestion：

public class DefaultDnsQuestion extends AbstractDnsRecord implements DnsQuestion 

在这个查询中，我们传入了要查询的domain值：www.flydean.com，还有查询的类型A：address,表示的是域名的IP地址。

DNS消息的处理

在Do53UdpChannelInitializer中为pipline添加了netty提供的UDP编码解码器和自定义的消息处理器：

class Do53UdpChannelInitializer extends ChannelInitializer<DatagramChannel> 
    @Override
    protected void initChannel(DatagramChannel ch) throws Exception 
        ChannelPipeline p = ch.pipeline();
        p.addLast(new DatagramDnsQueryEncoder())
                .addLast(new DatagramDnsResponseDecoder())
                .addLast(new Do53UdpChannelInboundHandler());
    

DatagramDnsQueryEncoder负责将DnsQuery编码成为DatagramPacket,从而可以在NioDatagramChannel中进行传输。

public class DatagramDnsQueryEncoder extends MessageToMessageEncoder<AddressedEnvelope<DnsQuery, InetSocketAddress>> 

DatagramDnsQueryEncoder继承自MessageToMessageEncoder，要编码的对象是AddressedEnvelope，也就是我们构建的DatagramDnsQuery。

看一下它里面最核心的encode方法：

    protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, AddressedEnvelope<DnsQuery, InetSocketAddress> in, List<Object> out) throws Exception 
        InetSocketAddress recipient = (InetSocketAddress)in.recipient();
        DnsQuery query = (DnsQuery)in.content();
        ByteBuf buf = this.allocateBuffer(ctx, in);
        boolean success = false;
        try 
            this.encoder.encode(query, buf);
            success = true;
         finally 
            if (!success) 
                buf.release();
            
        
        out.add(new DatagramPacket(buf, recipient, (InetSocketAddress)null));
    

基本思路就是从AddressedEnvelope中取出recipient和DnsQuery，然后调用encoder.encode方法将DnsQuery进行编码，最后将这些数据封装到DatagramPacket中。

这里的encoder是一个DnsQueryEncoder实例，专门用来编码DnsQuery对象。

DatagramDnsResponseDecoder负责将接受到的DatagramPacket对象解码成为DnsResponse供后续的自定义程序读取使用：

public class DatagramDnsResponseDecoder extends MessageToMessageDecoder<DatagramPacket> 

看一下它的decode方法：

    protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket packet, List<Object> out) throws Exception 
        try 
            out.add(this.decodeResponse(ctx, packet));
         catch (IndexOutOfBoundsException var5) 
            throw new CorruptedFrameException("Unable to decode response", var5);
        
    

上面的decode方法实际上调用了DnsResponseDecoder的decode方法进行解码操作。

最后就是自定义的Do53UdpChannelInboundHandler用来进行消息的读取和解析：

    private static void readMsg(DatagramDnsResponse msg) 
        if (msg.count(DnsSection.QUESTION) > 0) 
            DnsQuestion question = msg.recordAt(DnsSection.QUESTION, 0);
            log.info("question is :", question);
        
        for (int i = 0, count = msg.count(DnsSection.ANSWER); i < count; i++) 
            DnsRecord record = msg.recordAt(DnsSection.ANSWER, i);
            if (record.type() == DnsRecordType.A) 
                //A记录用来指定主机名或者域名对应的IP地址
                DnsRawRecord raw = (DnsRawRecord) record;
                System.out.println(NetUtil.bytesToIpAddress(ByteBufUtil.getBytes(raw.content())));
            
        
    

自定义handler接受的是一个DatagramDnsResponse对象，处理逻辑也很简单，首先读取msg中的QUESTION，并打印出来。

然后读取msg中的ANSWER字段，如果ANSWER的类型是A address,那么就调用NetUtil.bytesToIpAddress方法将其转换成为IP地址输出。

最后我们可能得到下面的输出：

question is :DefaultDnsQuestion(www.flydean.com. IN A)
49.112.38.167

总结

以上就是在netty中使用UDP协议进行DNS查询的详细讲解。

本文的代码，大家可以参考：

learn-netty4