如何编写DNS服务器？

我将为你提供一个从简单到相对完整的实现思路和指南，并使用 Python 来演示核心代码片段，这只是一个教学示例，用于学习原理，不适合直接在生产环境使用。

DNS 服务器主要分为两类：

1、权威DNS服务器：托管特定域区的域名记录（如example.com），并对其拥有权威性，当有人查询这些域名时，它提供最终的答案。

2、递归DNS服务器：接收客户端的查询请求，替客户端进行递归查询（询问根服务器 -> TLD 服务器 -> 权威服务器），最后将结果返回给客户端，我们常用的8.8.8.8 (Google DNS) 和1.1.1.1 (Cloudflare DNS) 就是递归服务器。

我们将实现一个简单的权威DNS服务器 和一个简单的递归DNS服务器 的核心部分。

第一部分：实现一个简单的权威DNS服务器

这个服务器将监听 UDP 53 端口，并响应对特定域名的查询。

步骤 1：理解 DNS 消息格式

DNS 消息是二进制的，格式如下：

+---------------------+
|        Header       |
+---------------------+
|       Question      | // 查询的问题
+---------------------+
|        Answer       | // 响应资源记录 (RRs)
+---------------------+
|      Authority      | // 授权资源记录
+---------------------+
|      Additional     | // 附加信息记录
+---------------------+

Header 部分包含了一些标志位，如是否是查询/响应、操作码、返回码等。

我们需要编写函数来解析收到的请求和构建发出的响应。

步骤 2：使用 Python 的socket 库监听 UDP 53 端口

import socket
创建一个 UDP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
绑定到本地地址和端口 53
server_address = ('0.0.0.0', 53)
sock.bind(server_address)
print("DNS server is listening on port 53...")
while True:
    # 接收数据和客户端地址
    data, client_address = sock.recvfrom(512) # DNS UDP 报文通常小于 512 字节
    print(f"Received query from {client_address}")
    
    # 在这里处理 DNS 请求
    response = handle_dns_query(data)
    
    # 将响应发送回客户端
    sock.sendto(response, client_address)

步骤 3：解析查询和构建响应（核心逻辑）

这是一个简化的handle_dns_query 函数，我们需要解析请求中的问题部分，看看查询的是什么域名和类型。

def handle_dns_query(data):
    # 1. 解析请求的 Header 和 Question 部分
    transaction_id = data[:2] # 前两个字节是事务ID，需要原样返回
    flags = data[2:4]         # 标志位，我们需要修改它来构造响应
    # 问题数量 (通常为1)
    qdcount = data[4:6]
    # 跳过 Header (12字节)，开始解析 Question 部分
    # Question 格式: <域名><类型(2字节)><类(2字节)>
    # 域名是压缩的: 例如3www6google3com0 表示www.google.com.
    domain, offset = parse_domain_name(data, 12) # 从第12字节开始解析域名
    qtype = data[offset:offset+2]   # 查询类型 (e.g., A记录是 \x00\x01)
    qclass = data[offset+2:offset+4] # 查询类 (通常是 \x00\x01, 表示 IN)
    # 2. 准备响应
    # 2.1 响应 Header
    response = transaction_id # 事务ID相同
    response += b'\x81\x80'   # 标准响应标志位：QR=1(响应), OPCODE=0, AA=1(权威答案), etc.
    response += qdcount       # 问题数量相同
    response += b'\x00\x01'   # Answer RRs 数量：我们只提供一个答案
    response += b'\x00\x00'   # Authority RRs 数量：0
    response += b'\x00\x00'   # Additional RRs 数量：0
    # 2.2 把原来的 Question 部分完整地放回去
    response += data[12:offset+4] # 从Header后开始，一直到Question结束
    # 3. 构建 Answer 部分 (假设我们只响应 A 记录查询)
    if qtype == b'\x00\x01': # A record query
        # Answer RR 格式:
        # - NAME: 指向Question中的域名 (通常用指针 \xc0\x0c 表示，指向报文偏移量12的位置)
        # - TYPE: \x00\x01 (A记录)
        # - CLASS: \x00\x01 (IN)
        # - TTL: 4字节 (生存时间，\x00\x00\x00\x3c 是60秒)
        # - RDLENGTH: 2字节，表示后面RDATA的长度 (对于IPv4是4)
        # - RDATA: 数据 (对于A记录是4字节的IP地址)
        response += b'\xc0\x0c' # 指针，指向报文偏移量12(即Question的域名开始处)
        response += qtype       # TYPE
        response += qclass      # CLASS
        response += b'\x00\x00\x00\x3c' # TTL: 60 seconds
        response += b'\x00\x04' # RDLENGTH: 4 bytes
        # 这里我们硬编码一个IP地址，192.168.1.100
        response += b'\xc0\xa8\x01\x64' # 192.168.1.100 in hex
    else:
        # 如果不是A记录查询，可以返回其他响应或错误码
        # 这里简单返回一个空的Answer部分
        pass
    return response
def parse_domain_name(data, offset):
    """解析DNS格式的域名 (e.g., 3www6google3com0)"""
    domain = ''
    while True:
        length = data[offset]
        if length == 0:
            offset += 1
            break
        if (length & 0xC0) == 0xC0: # 处理压缩指针
            # 这是一个指针，跳过
            pointer = int.from_bytes(data[offset:offset+2], 'big') & 0x3FFF
            part, _ = parse_domain_name(data, pointer)
            domain += part
            offset += 2
            break
        else:
            offset += 1
            domain += data[offset:offset+length].decode('utf-8') + '.'
            offset += length
    return domain, offset

测试你的权威服务器

1、 将上面的代码保存为dns_server.py。

2、 使用sudo 运行（因为需要绑定端口53）：sudo python3 dns_server.py。

3、 在另一台机器或使用dig 命令测试（假设服务器IP是192.168.1.100）：

    dig @192.168.1.100 example.com A

你应该会收到一个包含192.168.1.100 的响应。

第二部分：实现一个简单的递归DNS服务器

递归服务器更复杂，因为它需要代表客户端去查询整个DNS层级系统。

核心递归查询逻辑：

1、接收客户端查询：解析客户端发来的域名和记录类型。

2、检查缓存：首先检查本地缓存是否有记录，有则直接返回。

3、询问根服务器：如果没有，从根服务器（a.root-servers.net 等）开始询问，根服务器会返回负责对应顶级域（如.com）的TLD服务器地址。

4、询问TLD服务器：然后向TLD服务器询问，TLD服务器会返回负责该域名的权威服务器的地址。

5、询问权威服务器：最后向权威服务器询问，它会返回最终的答案（如IP地址）。

6、缓存并返回：将答案缓存起来（根据TTL），然后将答案返回给最初的客户端。

简化版的递归查询代码框架：

... (之前的socket监听代码相同) ...
def recursive_query(domain, qtype):
    """对一个域名进行递归查询，返回答案"""
    # 1. 这里应该先检查缓存
    # if answer in cache: return answer
    # 2. 从根服务器开始 (这里硬编码一个根服务器的IP)
    nameservers = ['198.41.0.4'] # a.root-servers.net
    for ns in nameservers:
        # 向这个 nameserver 发送查询
        # 注意：这里需要构建一个标准的DNS查询请求（QR=0），而不是响应
        query = build_query(domain, qtype)
        response_data = send_udp_query(query, ns)
        
        # 解析响应
        # 如果响应中有答案 (ANSWER SECTION > 0)，并且是我们想要的，返回它
        # 如果响应中有授权信息 (AUTHORITY SECTION)，里面有下一级 nameserver 的地址 (NS记录) 和它们的IP (A记录，在ADDITIONAL SECTION)
        #   则更新 nameservers 列表为这些新的 nameserver 的IP，然后跳出内层循环，继续外层循环去问这些新的nameservers
        # 如果只有NS记录没有A记录，需要递归查询这些NS记录的A记录
        # 重复这个过程，直到得到最终答案
    return response_data
def handle_dns_query(data):
    # ... (解析客户端请求，获取 domain 和 qtype) ...
    
    # 调用递归查询函数
    response_data = recursive_query(domain, qtype)
    
    # 修改响应头，将其变为给客户端的响应 (例如设置AA位为0，因为你不是权威)
    # 然后将 response_data 返回给客户端
    return modified_response_data
def build_query(domain, qtype):
    """构建一个DNS查询请求"""
    # 构建Header: QR=0 (查询), RD=1 (要求递归)
    # 构建Question: 包含域名和类型
    # 返回二进制数据
    pass
def send_udp_query(query, ip_address):
    """向指定IP的53端口发送UDP查询并等待响应"""
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) as s:
        s.sendto(query, (ip_address, 53))
        data, _ = s.recvfrom(512)
        return data

实现一个完整的递归服务器需要处理很多边界情况（超时、压缩指针、各种记录类型等），代码量会大很多。

1、从简单开始：先实现那个简单的权威服务器，理解如何解析和构建DNS报文。

2、使用库：对于生产环境或严肃的项目，绝对不要从头造轮子，可以使用成熟的库，

Python:dnslib

Go: 标准库中的net/dns 包非常强大，是编写DNS服务器的绝佳选择（性能远优于Python），著名的CoreDNS 就是用Go写的。

C:ldns,unbound 等库。

3、学习RFC：要真正理解细节，请阅读 RFC 1034 和 RFC 1035。

4、测试工具：使用dig、drill、Wireshark 等工具来调试和测试你的服务器。

希望这个指南为你提供了一个清晰的起点！祝你编码愉快。

文章摘自：https://idc.huochengrm.cn/dns/14986.html