9. Linux下实现简单的UDP请求

本文简单介绍了UDP传输层协议，并在Linux下实现简单的socket通讯

一、UDP

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议，它不保证数据包的可靠性和顺序。UDP在IP协议的基础上增加了简单的差错检测功能，但是没有流量控制、拥塞控制等复杂机制。
相对于TCP，UDP具有以下优点：

  • 速度快：由于没有建立连接和维护状态等额外开销，在网络带宽较好时UDP可以实现更高的吞吐量和更低的延迟。
  • 简单：UDP协议非常简单，只提供了最基本的数据传输功能，因此实现起来比TCP更容易。
  • 支持广播和多播：UDP支持向多个主机发送同一份数据报文，可以用于组播或广播应用中。
  • 实时性强：由于没有拥塞控制等机制，UDP能够实现较为精准地时间同步、音视频传输等实时应用场景。

总之，在需要快速传输数据且可靠性要求不高的情况下，选择使用UDP会比TCP更合适。
要完成一个完整的 UDP 下的 DNS 网络通信过程，需要使用以下一系列函数：

  1. socket()：创建套接字。

  2. sendto()：向指定服务器发送 DNS 请求报文。

  3. recvfrom()：从服务器接收 DNS 响应报文。

  4. close()：关闭套接字，释放资源。

在具体实现时，还需要考虑处理 UDP 数据包丢失、超时重传、DNS 报文的解析和组装等问题。
int recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

  • sockfd：需要接收数据的套接字描述符。
  • buf：存储接收到数据的缓冲区。
  • len：buf缓冲区的长度。
  • flags：控制recvfrom函数的行为。
  • src_addr：发送方地址信息结构体指针，用于保存发送方IP地址和端口号等信息。如果不需要获取此信息，则可设置为NULL。
  • addrlen：上述地址信息结构体长度。
    在这里插入图片描述

二、实现简单的socket通讯

注意本文是在Linux下实现，若要在window下实现socket需要链接库，参考Windows的socket通讯

在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

//window下的头文件
// #include <winSock2.h>
// #include <windows.h>
// #include <sys/types.h>  

//Linux下的头文件
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>


#define DNS_SERVER_PORT     53
#define DNS_SERVER_IP      "114.114.114.114"
#define DNS_HOST			0x01
#define DNS_CNAME			0x05
#define socklen_t           int

struct dns_header{
    unsigned short id;
    unsigned short flags;

    unsigned short questions;
    unsigned short answer;

    unsigned short authority;
    unsigned short additional;
};

struct dns_question{
    int length;
    unsigned short qtype;
    unsigned short qclass;
    unsigned char *name;
};

struct dns_item {
	char *domain;
	char *ip;
};

//创建头部
int dns_create_header(struct dns_header *header){
    if (header == NULL) return -1;
    memset(header,0,sizeof(struct dns_header));

    srand(time(NULL));
    header->id=rand();

    //htons()用于将16位整数由主机字节序转换为网络字节序
    header->flags=htons(0x0100);
    header->questions=htons(1);

    return 0;
}

创建正文
int dns_create_question(struct dns_question *question,const char *hostname){
    if (question == NULL || hostname == NULL) return -1;
    memset(question,0,sizeof(struct dns_question));

    //因为hostname末尾还有结束标记
    question->name=(char *)malloc(strlen(hostname)+2);
    if (question->name == NULL){
        return -2;
    }

    question->length=strlen(hostname)+2;

    question->qtype=htons(1);
    question->qclass=htons(1);

    //若hostname=www.baidu.com，则question->name(查询名)为3www5baidu3com0
    const char delim[2]="."; //C语言中字符串以空字符'\0'作为结尾，因此在定义字符数组时需要额外留出一个元素来存储结尾标志。
    char *qname=question->name;

    char *hostname_dup=strdup(hostname);//将字符串复制到新的内存空间，并返回指向该空间的指针
    char *token=strtok(hostname_dup,delim);

    while (token != NULL){
        size_t len=strlen(token);

        //qname第一位放len，如3
        *qname=len; 
        qname++;

        //放入字母，如www\0，len+1代表加上结束符\0
        strncpy(qname,token,len+1);
        qname+=len;

        token=strtok(NULL,delim);//在后续调用时可直接传入NULL作为第一个参数继续处理上一次未处理完的字符串。

    }

    free(hostname_dup);
}

//构建查询请求
//将DNS消息头部分和查询问题部分按照规定格式打包到缓冲区中，形成一个完整的DNS查询请求报文。
int dns_bulid_requestion(struct dns_header *header,struct dns_question *question,char *request,int rlen){
    if (header == NULL || question == NULL || request == NULL) return -1;
    memset(request,0,rlen);

    //复制header到request
    memcpy(request,header,sizeof(struct dns_header));
    int offset=sizeof(struct dns_header); 

    //复制question到request
    memcpy(request+offset,question->name,sizeof(struct dns_question));
    offset+=question->length;

    memcpy(request+offset,&question->qtype,sizeof(question->qtype));
    offset+=sizeof(question->qtype);

    memcpy(request+offset,&question->qclass,sizeof(question->qclass));
    offset+=sizeof(question->qclass);

    //返回长度
    return offset;
}

//'''''''''''''''''''''''''以下三个函数用于解析'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
//判断一个DNS记录中的域名是否使用了指针（Pointer）
static int is_pointer(int in) {
	return ((in & 0xC0) == 0xC0);
}

//将DNS查询或响应报文中的域名字段解析成普通字符串。
static void dns_parse_name(unsigned char *chunk, unsigned char *ptr, char *out, int *len) {

	int flag = 0, n = 0, alen = 0;
	char *pos = out + (*len);

	while (1) {

		flag = (int)ptr[0];
		if (flag == 0) break;

		if (is_pointer(flag)) {
			
			n = (int)ptr[1];
			ptr = chunk + n;
			dns_parse_name(chunk, ptr, out, len);
			break;
			
		} else {

			ptr ++;
			memcpy(pos, ptr, flag);
			pos += flag;
			ptr += flag;

			*len += flag;
			if ((int)ptr[0] != 0) {
				memcpy(pos, ".", 1);
				pos += 1;
				(*len) += 1;
			}
		}
	
	}
	
}

//用于解析从服务器返回的DNS响应报文，并提取出其中包含的信息，如IP地址等。
static int dns_parse_response(char *buffer, struct dns_item **domains) {

	int i = 0;
	unsigned char *ptr = buffer;

	ptr += 4;
	int querys = ntohs(*(unsigned short*)ptr);

	ptr += 2;
	int answers = ntohs(*(unsigned short*)ptr);

	ptr += 6;
	for (i = 0;i < querys;i ++) {
		while (1) {
			int flag = (int)ptr[0];
			ptr += (flag + 1);

			if (flag == 0) break;
		}
		ptr += 4;
	}

	char cname[128], aname[128], ip[20], netip[4];
	int len, type, ttl, datalen;

	int cnt = 0;
	struct dns_item *list = (struct dns_item*)calloc(answers, sizeof(struct dns_item));
	if (list == NULL) {
		return -1;
	}

	for (i = 0;i < answers;i ++) {
		
		bzero(aname, sizeof(aname));
		len = 0;

		dns_parse_name(buffer, ptr, aname, &len);
		ptr += 2;

		type = htons(*(unsigned short*)ptr);
		ptr += 4;

		ttl = htons(*(unsigned short*)ptr);
		ptr += 4;

		datalen = ntohs(*(unsigned short*)ptr);
		ptr += 2;

		if (type == DNS_CNAME) {

			bzero(cname, sizeof(cname));
			len = 0;
			dns_parse_name(buffer, ptr, cname, &len);
			ptr += datalen;
			
		} else if (type == DNS_HOST) {

			bzero(ip, sizeof(ip));

			if (datalen == 4) {
				memcpy(netip, ptr, datalen);
				inet_ntop(AF_INET , netip , ip , sizeof(struct sockaddr));

				printf("%s has address %s\n" , aname, ip);
				printf("\tTime to live: %d minutes , %d seconds\n", ttl / 60, ttl % 60);

				list[cnt].domain = (char *)calloc(strlen(aname) + 1, 1);
				memcpy(list[cnt].domain, aname, strlen(aname));
				
				list[cnt].ip = (char *)calloc(strlen(ip) + 1, 1);
				memcpy(list[cnt].ip, ip, strlen(ip));
				
				cnt ++;
			}
			
			ptr += datalen;
		}
	}

	*domains = list;
	ptr += 2;

	return cnt;
	
}
//使用DNS协议向指定域名domain发送查询请求，并接收并处理响应结果。
int dns_client_commit(const char *domain){

    //Socket是一种提供网络通信功能的编程接口或API，它允许不同的计算机之间通过网络进行数据传输。
    // 创建socket
    int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if (sockfd <0){
        return -1;
    }

    // 绑定地址和端口号
    struct sockaddr_in servaddr={0};
    servaddr.sin_family =AF_INET;
    servaddr.sin_port=htons(DNS_SERVER_PORT);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(DNS_SERVER_IP);

    //连接服务器
   int ret= connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
   printf("connect:%d\n",ret);

    // 打包构建查询请求
    struct dns_header header={0};
    dns_create_header(&header);

    struct dns_question question={0};
    dns_create_question(&question,domain);

    char request[1024]={0};
    int length=dns_bulid_requestion(&header,&question,request,1024);

    // 发送消息
    sendto(sockfd,request,length,0,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(struct sockaddr));

    //接收回复
    char response[1024]={0};
    struct sockaddr_in addr;
    size_t addr_len=sizeof(struct sockaddr_in);
    int n=recvfrom(sockfd,response,sizeof(response),0,(struct sockaddr *)&addr,(socklen_t*)&addr_len);

    //解析
	struct dns_item *dns_domain = NULL;
	dns_parse_response(response, &dns_domain);

	free(dns_domain);
    return n;
}

int main(int argc ,char *argv[]){
    if (argc<2) return -1;
    dns_client_commit(argv[1]);
}

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