python网络编程学习笔记(四)：域名系统

一、什么是域名系统

DNS 计算机域名系统 (DNS) 是由解析器以及域名服务器组成的。当我们在上网的时候，通常输入的是网址，其实这就是一个域名，而我们计算机网络上的计算机彼此之间只能用IP地址才能相互识别。再如，我们去一WEB服务器中请求一WEB页面，我们可以在浏览器中输入网址或者是相应的IP地址，例如我们要上新浪网，我们可以在IE的地址栏中输入网址，也可输入IP地址，但是这样子的IP地址我们记不住或说是很难记住，所以有了域名的说法，这样的域名会让我们容易的记住。

名称	含义	特性
域名服务器	保存有该网络中所有主机的域名和对应IP地址，并具有将域名转换为IP地址功能的服务器。	域名必须对应一个IP地址，而IP地址不一定只对应一个域名，采用类似目录树的等级结构。
域名解析服务器	域名与IP地址之间的转换工作	域名解析过程中的查询顺序为：本地缓存记录、区域记录、转发域名服务器、根域名服务器。

二、访问DNS的方法一：使用socket模块
 
1、DNS查询

以查询www.external.example.com为例。首先，程序会和操作系统配置文件指定的本地名称服务器通信。这个服务器是一个递归的名称服务器，它收到请求并以适当的方式传递下去。递归服务器做的第一件事情是询问.com域，回答是以一种指向另外一外名称服务器的提名形式给出的。这个名称服务器可以提供名称中包含.com的信息。查询发送到该服务器后，该服务器将以另一个提名回答进行回应，指向另外一台服务器，而这个服务器可以提供example.com的名称信息。这个循环重复多次，直到查询到external.example.com服务的名称服务器。

2、正向查询

最基本的查询是正向查询，即根据一个主机名来查找ip地址。Socket库可以实现这种查询，主要用函数socket.getaddrinfo()。注意，该函数和ipv6不兼容。

Getaddrinfo(host,port[,family[,sockettype[,proto[,flags]]]])

参数host为域名，以字符串形式给出代表一个IPV4/IPV6地址或者None.  
参数port如果字符串形式就代表一个服务名，比如“http”"ftp""email"等，或者为数字，或者为None  
参数family为地主族，可以为AF_INET  ，AF_INET6 ，AF_UNIX.  
参数socketype可以为SOCK_STREAM(TCP)或者SOCK_DGRAM(UDP)  
参数proto通常为0可以直接忽略  
参数flags为AI_*的组合，比如AI_NUMERICHOST，它会影响函数的返回值 

该函数返回值是一列tuple，每一个tuple如下：

（family,socktype,proto,canonname,sockaddr）

其中sockaddr实际上就是远程机器的地址和端口，也就是查询的数据。

例如：

>>> import socket
>>> print socket.getaddrinfo('www.baidu.com',None)
[(2, 0, 0, '', ('61.135.169.125', 0)), (2, 0, 0, '', ('61.135.169.105', 0))]
>>> print socket.getaddrinfo('www.baidu.com',None)[0][4][0]
61.135.169.125
>>> print socket.getaddrinfo('www.baidu.com',None)[0][4][1]
0

注意：因为一个网站可能有多个网址，所以两次查询时，结果不同也是很正常的。这里用一段代码将所有查询结果列出：

##@小五义 
import socket
host=raw_input('host:')
result=socket.getaddrinfo(host,None)
counter=0
for i in result:
　  print "%-2d:%s"%(counter,i[4])
　  counter+=1

运行结果如下：

>>>
host:www.baidu.com
0 :('61.135.169.105', 0)
1 :('61.135.169.125', 0)
>>>
host:www.yahoo.com
0 :('106.10.170.118', 0)
>>>
host:www.163.com
0 :('60.210.18.169', 0)
1 :('123.132.254.15', 0)
3、反向查询
反向查询是指通过ip地址查询域名。这里用到gethostbyaddr
gethostbyaddr(addr,len,type)
参数addr可以为IPv4或IPv6的IP地址，参数len为参数addr的长度，参数type为AF_INET。

下面给出的例子，将反向查询ip地址的域名。

##@小五义 
import socket
hostip=raw_input('ip:')
try:
    result=socket.gethostbyaddr(hostip)
    print "hostname:"+result[0]
    print "\n Addresses:"
    for i in result[2]:
        print " " +i
except socket.herror, e:
    print "counld not look up name:",e

运行结果是：

>>>

ip:127.0.0.1

hostname:localhost

 Addresses:

 127.0.0.1

>>>

ip:216.109.118.73

hostname:gi-2-19.bas1-1-con.ac2.yahoo.com

 Addresses:

 216.109.118.73

>>>

ip:123.132.254.15

counld not look up name: [Errno 11004] host not found

>>>

ip:60.210.18.169

counld not look up name: [Errno 11004] host not found

从运行的结果看，第一次查询到的两个ip放进去，却反向查询不到域名，这里我也没搞明白是什么原因，有待高手解答。

三、访问DNS的方法二：使用PyDNS进行高级查询

pyDNS提供了一个功能更强的访问DNS系统的接口。其下载地址为http://pydns.sourceforge.net。其中py3dns是针对python3.x的，本人的学习环境是python2.6，所以就下载安装了pydns。下载后解压，将DNS文件夹拷贝到Python安装文件夹下的Lib\site-packages\文件夹下即可。

1、简单的pyDNS查询

首先调用DNS.DiscoverNameServers()查找系统中的名称服务器。然后建立一个请求对象DNS.Request()。DNS.Request()的req()方法用来执行实际的查询。通常有两个参数：name给出了实际查询的名称；qtype指定了record类型。当使用请求对象来发出查询请求时，pyDNS会返回一个包含结果的应答对象（answer object），该对象有个属性叫answers，包含所有返回的应答列表。

在给出例子前，首先列出大多数的DNS records列表如下：
A Address. 网址记录(定在右边), 定义於 RFC 1035.  
AAAA  IPv6 Address. (第 6 代网址表式法). 定义於 RFC 1886.  
AFSDB  AFS Data Dase location. 定义於 RFC 1183.  
CNAME  Canonical Name (正式名称), 定义於 RFC 1035. 这是定别名(alias)的指标用法. 别名设定在 LHS, 正式名称设定在 RHS.  
GPOS  Geographic POSition (地理位置)?, 定义於 RFC 1712. 过时(obsolete)用法, 不建议使用. . 
HINFO  Host INFOrmation (机器基本资料; OS, 硬体, ...), 定义於 RFC 1035.  
ISDN  ISDN (整合数位网路网址表示法), 定义於 RFC 1183.  
KEY  publick key (公开金匙; DNS 资料, 透过编码, 密码通讯), 定义於 RFC 2065.  
LOC  LOCation (网路所在的地理区域; 表经纬度), 定於 RFC 1876.  
MB  MailBox. (信箱; 已经很少使用), 定义於 RFC 1035. --> 参考 MX 记录项目.  
MD  定义於 RFC 1035. 过时(obsolete)用法, 不建议使用. --> 参考 MX 记录项目.  
MF  定义於 RFC 1035. 过时(obsolete)用法, 不建议使用. --> 参考 MX 记录项目.  
MG  定义於 RFC 1035.  
MINFO  定义於 RFC 1035.  
MR  定义於 RFC 1035.  
MX  Mail eXchanger. (电子邮件, 交寄设定). 定义於 RFC 1035. 基本用法是, 当一个 email address 包含某一笔 MX 记录的 LHS时, 那麽 email 传递系统会, 将该电子邮件, 转交给该笔 MX 的 RHS 所指示的系统, 去进一步处理.  
NULL  空记录 ( 如空白行等; 无实际用途), 定义於 RFC 1035.  
NS  Name Server (表示 RHS 为一领域名称伺服机器), 定义於 RFC 1035.  
NSAP  Network Services Access Point address. ( ISO-OSI 的网路服务, 网址表示法) 定义於 RFC 1348, 另外又分别经过 RFC 1637, 1706 两次重新定义. 
NSAP-PTR  定义於 RFC 1348. 过时用法.  
NXT  定义於 RFC 2065.  
PTR  PoinTeR. ( 指标 ), 定义於 RFC 1035. 通常用於将 IP addr. 只回到某一个对应 的 domain name. 

下面是一个简单的例子：

##@小五义 
# -*- coding: cp936 -*-
import DNS
query=raw_input('输入DNS:')
DNS.DiscoverNameServers()
reqobj=DNS.Request()
answerobj=reqobj.req(name=query,qtype=DNS.Type.ANY)
if not len(answerobj.answers):
    print "Not found"
for i in answerobj.answers:

print "%-5s %s"%(i['typename'],i['data'])

运行结果：

输入DNS:163.com

TXT   ['v=spf1 include:spf.163.com -all']
A     123.58.180.8
A     123.58.180.5
A     123.58.180.6
A     123.58.180.7
MX    (10, '163mx03.mxmail.netease.com')
MX    (50, '163mx00.mxmail.netease.com')
MX    (10, '163mx01.mxmail.netease.com')
MX    (10, '163mx02.mxmail.netease.com')
NS    ns2.nease.net
NS    ns4.nease.net
NS    ns3.nease.net
NS    ns1.nease.net
输入DNS:www.yahoo.com
CNAME fd-fp3.wg1.b.yahoo.com

2、查询特殊的名称服务器

前面的例子中，对ANY类型的查询，有种特殊情况，就是如果不事先请求，有时候MX records会丢失。因此，正常情况下，不会使用ANY。解决方法是跳过本地名称服务器，直接向该域中权威的名称服务器发送查询。为了这么做，需要使用系统默认的名称服务器来查找权威名称服务器。这是通过查找接近于当前域的NS records来实现的。下面的例子：

##@小五义 
# -*- coding: cp936 -*-
import DNS
def hierquery(qstring,qtype):
    reqobj=DNS.Request()
    try:
        print query
        answerobj=reqobj.req(name=query,qtype=qtype)
        answers=[x['data'] for x in answerobj.answers if x['type']==qtype]
        print answers
    except DNS.Base.DNSError:
        answers=[]
    if len(answers):
        return answers
    else:
        remainder=qstring.split(".",1)
        if len(remainder)==1:
            return None
        else:
            return hierquery(remainder[1],qtype)
def findnameservers(hostname):
    return hierquery(hostname,DNS.Type.NS)
def getrecordsfromnameserver(qstring,qtype,nslist):
    for ns in nslist:
        reqobj=DNS.Request(server=ns)
        try:
            answers=reqobj.req(name=qstring,qtype=qtype).answers
            if len(answers):
                return answers
        except DNS.Base.DNSError:
            pass
    return []
def nslookup(qstring,qtype,verbose=1):
    nslist=findnameservers(qstring)
    if nslist==None:
        raise RuntimeError,'找不到服务器'
    if verbose:
        print "服务器:",",".join(nslist)
    return getrecordsfromnameserver(qstring,qtype, nslist)
if  __name__=='__main__':
    query=raw_input('输入网站:')
    DNS.DiscoverNameServers()
    answers=nslookup(query,DNS.Type.ANY)
    if not len(answers):
        print "未找到！"
    for i in answers:
        print "%-5s %s"%(i['typename'],i['data'])

运行结果如下：

输入网站:163.com

服务器: ns3.nease.net,ns1.nease.net,ns2.nease.net,ns4.nease.net

A     123.58.180.8
A     123.58.180.5
A     123.58.180.6
A     123.58.180.7
MX    (10, '163mx02.mxmail.netease.com')
MX    (10, '163mx03.mxmail.netease.com')
MX    (50, '163mx00.mxmail.netease.com')
MX    (10, '163mx01.mxmail.netease.com')
TXT   ['v=spf1 include:spf.163.com -all']
NS    ns4.nease.net
NS    ns1.nease.net
NS    ns2.nease.net
NS    ns3.nease.net

SOA   ('ns4.nease.net', 'admin.nease.net', ('serial', 20014505), ('refresh ', 801, '13 minutes'), ('retry', 3600, '1 hours'), ('expire', 604800, '1 weeks'), ('minimum', 18000, '5 hours'))

输入网站:baidu.com

服务器: dns.baidu.com,ns4.baidu.com,ns2.baidu.com,ns3.baidu.com

SOA   ('dns.baidu.com', 'sa.baidu.com', ('serial', 2012081509), ('refresh ', 300, '5 minutes'), ('retry', 300, '5 minutes'), ('expire', 2592000, '4 weeks'), ('minimum', 7200, '2 hours'))

TXT   ['v=spf1 ip4:61.135.163.0/24 ip4:220.181.50.0/24 ip4:220.181.18.241 ip4:61.208.132.13 ip4:220.181.27.29 ip4:202.108.22.171 ip4:61.135.162.0/24 ip4:220.181.5.0/24 ip4:123.125.66.0/24 ip4:61.135.168.0/24 a mx ptr ~all']

A     123.125.114.144
A     220.181.111.85
A     220.181.111.86
MX    (20, 'jpmx.baidu.com')
MX    (20, 'mx50.baidu.com')
MX    (10, 'mx.mailcdn.baidu.com')
MX    (20, 'mx1.baidu.com')
NS    ns4.baidu.com
NS    ns2.baidu.com
NS    ns3.baidu.com
NS    dns.baidu.com

3、分解查询结果

有些records，特别是NS、PTR、CNAME返回的数据中包含另一个主机名。为了得到最终的ip，需要分解返回的信息。这里用下面的代码来完成：

##@小五义 
import sys, DNS, re
def hierquery(qstring,qtype):
    reqobj=DNS.Request()
    try:
        answerobj=reqobj.req(name=query,qtype=qtype)
        answers=[x['data'] for x in answerobj.answers if x['type']==qtype]
    except DNS.Base.DNSError:
        answers=[]
    if len(answers):
        return answers
    else:
        remainder=qstring.split(".",1)
        if len(remainder)==1:
            return None
        else:
            return hierquery(remainder[1],qtype)
def findnameservers(hostname):
    return hierquery(hostname,DNS.Type.NS)
def getrecordsfromnameserver(qstring,qtype,nslist):
    for ns in nslist:
        reqobj=DNS.Request(server=ns)
        try:
            answers=reqobj.req(name=qstring,qtype=qtype).answers
            if len(answers):
                return answers
        except DNS.Base.DNSError:
            pass
    return []
def nslookup(qstring,qtype,verbose=1):
    print qstring
    nslist=findnameservers(qstring)
    print nslist
    if nslist==None:
        raise RuntimeError,'找不到服务器'
    if verbose:
        print "服务器:",",".join(nslist)
    return getrecordsfromnameserver(qstring,qtype, nslist)
def getreverse(query):
    """Given the query, returns an appropriate reverse lookup string
    under IN-ADDR.ARPA if query is an IP address; otherwise, returns None.
    This function is not IPv6-compatible."""
    if re.search('^/d+/./d+/./d+/./d+$', query):
        octets = query.split('.')
        octets.reverse()
        return '.'.join(octets) + '.IN-ADDR.ARPA'
    return None
def formatline(index, typename, descr, data):
    retval = "%-2s %-5s" % (index, typename)
    if isinstance(data,list):
        return retval
    else:
        data = data.replace("/n", "/n         ")
        if descr != None and len(descr):
            retval += " %-12s" % (descr + ":")
        return retval + " " + data
DNS.DiscoverNameServers()
query1=raw_input('输入网站：')
queries = [(query1, DNS.Type.ANY)]
donequeries = []
descriptions = {'A': 'IP address',
                'TXT': 'Data',
                'PTR': 'Host name',
                'CNAME': 'Alias for',
                'NS': 'Name server'}
while len(queries):
    (query, qtype) = queries.pop(0)
    if query in donequeries:
        # Don't look up the same thing twice
        continue
    donequeries.append(query)
    print "-" * 77
    print "Results for %s (lookup type %s)" %(query, DNS.Type.typestr(qtype))
    print
    rev = getreverse(query)
    if rev:
        print "IP address given; doing reverse lookup using", rev
        query = rev
    answers = nslookup(query, qtype, verbose = 0)
    if not len(answers):
        print "Not found."
    count = 0
    for answer in answers:
        count += 1
        if answer['typename'] == 'MX':
            print formatline(count, answer['typename'],
                             'Mail server',
                             "%s, priority %d" % (answer['data'][1],
                                                  answer['data'][0]))
            queries.append((answer['data'][1], DNS.Type.A))
        elif answer['typename'] == 'SOA':
            data = "/n" + "/n".join([str(x) for x in answer['data']])
            ##print data
            print formatline(count, 'SOA', 'Start of authority', data)
        elif answer['typename'] in descriptions:
            ##print answer['data']
            print formatline(count, answer['typename'],
                             descriptions[answer['typename']], answer['data'])
        else:
            print formatline(count, answer['typename'], None,
                             str(answer['data']))
        if answer['typename'] in ['CNAME', 'PTR']:
            queries.append((answer['data'], DNS.Type.ANY))
        if answer['typename'] == 'NS':
            queries.append((answer['data'], DNS.Type.A))

本人在运行时，总是报错，没找到原因，望高手指点。