《TCP/IP网络编程》学习笔记 | Chapter 8：域名及网络地址

《TCP/IP网络编程》学习笔记 | Chapter 8：域名及网络地址

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。

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地址难记，因此将容易记、易表述的域名分配并取代IP地址。

DNS 服务器

在浏览器地址栏输入www.baidu.com，或用ping命令获取其IP地址，然后在浏览器地址栏输入IP地址便可访问百度主页，那么通过域名访问和通过IP访问这二者有何区别？

从结果上来看这两者没有区别，都是进去百度网页。实际上，域名是赋予服务器端的虚拟地址，而非实际地址。因此需要将虚拟地址转化为实际地址。

那么，如何将域名转化为IP地址呢？DNS服务器承担此重任，可以向DNS服务器请求转换地址。

所有计算机中都记录着默认DNS服务器地址，就是通过默认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应的IP地址信息，之后才真正接入该网站。

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服务器时——根DNS服务器，它知道该向哪个DNS服务器询问。向下级DNS传递解析请求，得到IP地址后原路返回，最终将解析的IP地址传递到发起请求的主机，DNS就是这样层次化管理的一种分布式数据库系统。

IP 地址和域名之间的转换

使用域名的必要性

1. 用户友好性： 域名通常比IP地址更易于记忆和识别，使用域名可以提高用户体验。
2. 可扩展性： 域名允许在不更改程序代码的情况下更换服务器IP地址，这在服务器迁移或扩展时非常有用。
3. 负载均衡： 通过域名，可以更容易地实现负载均衡，将请求分发到多个服务器上。
4. 安全性： 域名可以与SSL/TLS证书结合使用，提供安全的HTTPS连接，保护数据传输的安全。
5. 易于管理： 使用域名可以简化网络配置和维护，因为域名解析和管理通常比IP地址更简单。

利用域名获取 IP 地址

#include<netdb.h>struct hostent *gethostbyname(const char * hostname);

成功时返回hostent结构体地址，失败时返回NULL指针。

参数：

• hostname：域名字符串。

hostent结构体定义如下：

struct hostent
{char *hname;        // official namechar **h aliases;   // alias listint h_addrtype;     // host address typeint h_length;       // address lengthchar **h_addr_list; // address list
} 

从上述结构体可以看出，当调用gethostbyname函数时不止返回IP信息，同时还带着其他信息，域名转IP时只需关注h_addr_list。下面简要介绍下上述结构体中的各个成员：

• h_name：该变量存有官方域名，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使用官方域名注册。
• h_aliases：可以通过多个域名访问同一主页，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。
• 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，则此变量存有AF_INET。
• h_length：保存IP地址长度。若是IPv4地址，因为是4个字节，则保存4；若是IPv6，因为是16个字节，故保存16。
• h_addr_list：该变量以整数形式保存域名对应的IP地址。另外，访问量较大的网站可能分配多个IP给同一域名，利用多个服务器进行负载均衡，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结构体变量结构如下图所示：

示例程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.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);}// 使用gethostbyname()函数获取主机信息host = gethostbyname(argv[1]); // argv[1]是命令行输入的主机名或IP地址if (!host){error_handling("gethostbyname() error");}// 打印主机的官方名称printf("Official name : %s \n", host->h_name);// 打印主机的所有别名for (i = 0; host->h_aliases[i]; i++)printf("Aliases %d : %s \n", i + 1, host->h_aliases[i]);// 打印主机的地址族信息printf("Address type : %s \n", (host->h_addrtype == AF_INET) ? "AF_INET" : "AF_INET6");// 打印所有IP地址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);
}

利用 IP 地址获取域名

#include<netdb.h>struct hostent * gethostbyaddr(const char * addr, socklen_t len, int family);

成功时返回hostent结构体地址，失败时返回NULL指针。

参数：

• addr：包含IP地址信息的in_addr结构体指针。为了同时传递IPv4地址之外的其他信息，该变量的类型声明未char指针。
• len：IP地址的长度，对于IPv4地址是4，对于IPv6地址是16。
• family：地址类型，对于IPv4地址是AF_INET，对于IPv6地址是AF_INET6。

示例程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>void error_handling(const 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]);// 将IP地址转换为域名host = gethostbyaddr((char *)&addr.sin_addr, sizeof(addr.sin_addr), AF_INET);if (!host)error_handling("gethostbyaddr() 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(const char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

基于 Windows 的实现

与 Linux 基本一致。

#include<winsock2.h>struct hostent *gethostbyname(const char * name);

成功时返回hostent结构体地址，失败时返回NULL指针。

#include<netdb.h>struct hostent * gethostbyaddr(const char * addr, int len, int type);

成功时返回hostent结构体地址，失败时返回NULL指针。

Windows 下的 gethostbyname 函数的示例程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <winsock2.h>void ErrorHanding(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{WSADATA wsaData;int i;struct hostent *host;if (argc != 2){printf("Usage : %s <addr>\n", argv[0]);exit(1);}if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)ErrorHanding("WSAStartup() error!");host = gethostbyname(argv[1]);if (!host)ErrorHanding("gethostbyname() 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]));WSACleanup();return 0;
}void ErrorHanding(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

编译：

gcc gethostbyname_win.c -lwsock32 -o gethostbyname

运行结果：

C:\Users\81228\Documents\Program\TCP IP Project\Chapter 8>gethostbyname www.naver.com
Official name : www.naver.com.nheos.com
Aliases 1 : www.naver.com
Address type : AF_INET
IP addr 1 : 223.130.192.248
IP addr 2 : 223.130.200.236
IP addr 3 : 223.130.200.219
IP addr 4 : 223.130.192.247

Windows 下的 gethostbyname 函数的示例程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>void ErrorHanding(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{WSADATA wsaData;int i;struct hostent *host;struct sockaddr_in addr;if (argc != 2){printf("Usage : %s <addr>\n", argv[0]);exit(1);}if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)ErrorHanding("WSAStartup() error!");memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);host = gethostbyaddr((char *)&addr.sin_addr, sizeof(addr.sin_addr), AF_INET);if (!host)ErrorHanding("gethostbyaddr() 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]));WSACleanup();return 0;
}void ErrorHanding(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

编译：

gcc gethostbyaddr_win.c -lwsock32 -o gethostbyaddr

运行结果：

C:\Users\81228\Documents\Program\TCP IP Project\Chapter 8>ping www.bilibili.com正在 Ping a.w.bilicdn1.com [59.36.228.21] 具有 32 字节的数据:
来自 59.36.228.21 的回复: 字节=32 时间=8ms TTL=55
来自 59.36.228.21 的回复: 字节=32 时间=12ms TTL=55
来自 59.36.228.21 的回复: 字节=32 时间=104ms TTL=55
来自 59.36.228.21 的回复: 字节=32 时间=11ms TTL=5559.36.228.21 的 Ping 统计信息:数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):最短 = 8ms，最长 = 104ms，平均 = 33msC:\Users\81228\Documents\Program\TCP IP Project\Chapter 8>gethostbyaddr 59.36.228.21
Official name : 21.228.36.59.broad.jm.gd.dynamic.163data.com.cn
Address type : AF_INET
IP addr 1 : 59.36.228.21

习题

（1）下列关于DNS说法错误的是？

a. 因为DNS存在，故可以用域名替代IP。
b. DNS服务器实际上是路由器，因为路由器根据域名决定数据路径。
c. 所有域名信息并非集中于一台DNS服务器，但可以获取某一DNS服务器中未注册的IP地址。
d. DNS服务器根据操作系统进行区分，Windows下的DNS服务器和Linux下的DNS服务器是不同的。

答：b、d。

（2）阅读如下对话，并说明东秀的解决方案是否可行。这些都是大家可以在大学计算机实验室验证的内容。

静洙：“东秀吗？我们学校网络中使用的默认DNS服务器发生了故障，无法访问我要投简历的公司主页！有没有办法解决？”

东秀：“网络连接正常，但DNS服务器发生了故障？”

静洙：“恩！有没有解决方法？是不是要去周围的网吧？”

东秀：“有那必要吗？我把我们学校的DNS服务器IP地址告诉你，你改一下你的默认DNS服务器地址。”

静洙：“这样可以吗？默认DNS服务器必须连接到本地网络吧！”

东秀：“不是！上次我们学校DNS服务器发生故障时，网管就给了我们其他DNS服务器的I地址呢。”

静洙：“那是因为你们学校有多台DNS服务器！”

东秀：“是吗？你的话好像也有道理。那你快去网吧吧！”

答：如果网络上没有特别的限制，可以将与本地网络相连的DNS服务器指定为其他完好的DNS服务器。因此，东秀提议的方法可能成为解决方法。也就是说，静洙可以不去网吧。

（3）在浏览器地址栏输入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。

步骤1：计算机向默认DNS服务器询问IP地址
步骤2：默认DNS服务器没有IP地址信息，因此向DNS主机发出询问
步骤3：DNS查询服务器向更上级的DNS服务器查询
步骤4：DNS查询服务器将查到的域名对应的IP地址逐级返还给主机
步骤5：网络浏览器根据该IP访问对应的网站
步骤6：计算机与网站服务器建立HTTP连接，浏览器得到HTML等资源
步骤7：浏览器得到资源后，渲染网页