使用Netty搭建一个DNS服务器

1. 前景提要

本来是想回答知乎上的问题：如何搭建DNS服务器？

写着写着，加上知乎编辑器真的很难用，还是写在自己的博客吧。

完整代码你可以在这里找到：https://github.com/MingGH/demo-dns-java

需要用到的库是：https://github.com/dnsjava/dnsjava

2. How to Start

这里使用 projectreactor 集成 dnsjava + netty-all进行实现，需要引入的依赖是：

<dependency>
      <groupId>io.projectreactor</groupId>
      <artifactId>reactor-core</artifactId>
      <version>3.7.8</version>
    </dependency>

    <dependency>
      <groupId>dnsjava</groupId>
      <artifactId>dnsjava</artifactId>
      <version>3.5.2</version>
    </dependency>

    <dependency>
      <groupId>io.netty</groupId>
      <artifactId>netty-all</artifactId>
      <version>4.1.100.Final</version>
    </dependency>

接着使用netty构建一个UDP服务器来处理DNS请求，使用 NioEventLoopGroup 作为事件循环组，NioDatagramChannel 作为UDP通道。

@Slf4j
public class DnsServer {

    private final int port = 53;

    public void start() {
        NioEventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        b.group(group)
                .channel(NioDatagramChannel.class)
                .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
                .handler(new DnsHandler());

        b.bind(port).addListener((ChannelFutureListener) future -> {
            if (future.isSuccess()) {
                log.info("DNS Server started on port " + port);
            } else {
                log.error("Failed to bind DNS port: " + future.cause());
            }
        });
    }
}

3. 使用 DnsHandler 处理请求

然后使用 DnsHandler 处理请求，该方法是Netty框架的回调方法，当有UDP数据包到达时会被调用。

代码中处理了：解析DNS请求、记录查询日志、转发到上游DNS服务器、返回响应给客户端。

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.xbill.DNS.Message;
import org.xbill.DNS.Record;

import java.net.InetSocketAddress;

public class DnsHandler extends SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket> {

    /**
     * 处理接收到的DNS请求数据包
     *
     * @param ctx ChannelHandlerContext对象，用于与Channel进行交互
     * @param packet 接收到的UDP数据包，包含DNS请求数据
     */
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket packet) {
        // 从数据包中读取请求的字节数据
        byte[] requestBytes = new byte[packet.content().readableBytes()];
        packet.content().readBytes(requestBytes);

        // 获取客户端地址信息
        InetSocketAddress clientAddress = packet.sender();

        try {
            // 解析DNS请求消息
            Message query = new Message(requestBytes);
            // 获取查询问题部分
            Record question = query.getQuestion();

            // 记录客户端IP和查询的域名
            String clientIp = clientAddress.getAddress().getHostAddress();
            log.info("Received DNS query from {}: {}", clientIp, question.getName());
            // TODO: 异步记录 clientAddress + question.getName()

            // 转发到上游 DNS
            UpstreamDnsResolver.queryUpstream(query).subscribe(response -> {
                // 将上游DNS响应转换为字节数组
                byte[] responseBytes = response.toWire();
                // 创建ByteBuf包装响应数据
                ByteBuf buffer = Unpooled.copiedBuffer(responseBytes);
                // 将响应数据包发送回客户端
                ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(buffer, clientAddress));
            }, error -> {
                // 处理上游DNS查询失败的情况
                log.info("Upstream DNS query failed: " + error.getMessage());
            });

        } catch (Exception e) {
            // 处理无效DNS请求的情况
            log.info("Invalid DNS request: " + e.getMessage());
        }
    }

}

当中还有个细节需要注意：通过 UpstreamDnsResolver.queryUpstream 转发到上游 DNS

4. 通过 UpstreamDnsResolver.queryUpstream 转发到上游 DNS

/**
 * 上游DNS解析器
 *
 * 该类负责将DNS查询请求转发到上游DNS服务器（如Cloudflare或Google的公共DNS）。
 * 提供了异步的响应式编程接口，支持故障转移机制。
 */
public class UpstreamDnsResolver {

    /**
     * 上游DNS服务器列表
     * 包含Cloudflare DNS (1.1.1.1) 和 Google DNS (8.8.8.8)
     */
    private static final List<String> UPSTREAM_SERVERS = List.of("1.1.1.1", "8.8.8.8");

    /**
     * 向上游DNS服务器查询DNS记录
     *
     * 该方法采用异步响应式编程模型，会依次尝试列表中的DNS服务器，
     * 一旦有一个服务器响应成功就立即返回结果。
     *
     * @param query 需要查询的DNS消息对象
     * @return Mono<Message> 包含DNS响应消息的异步结果
     */
    public static Mono<Message> queryUpstream(Message query) {
        // 将上游DNS服务器列表转换为Flux流
        return Flux.fromIterable(UPSTREAM_SERVERS)
                // 对每个DNS服务器并行执行查询操作
                .flatMap(dns ->
                    // 将同步的DNS查询操作包装为Mono异步操作
                    Mono.fromCallable(() -> {
                        // 创建指定DNS服务器的解析器
                        Resolver resolver = new SimpleResolver(dns);
                        // 设置查询超时时间为2秒
                        resolver.setTimeout(2);
                        // 发送DNS查询请求并返回响应
                        return resolver.send(query);
                    })
                    // 在弹性调度器上执行阻塞的DNS查询操作
                    .subscribeOn(Schedulers.boundedElastic())
                )
                // 获取第一个成功的响应结果（实现故障转移）
                .next();
    }

}

5. 最后启动试试

显示 DNS Server started on port 53 就表示端口打开了。

提示

53端口是dns服务器默认端口，不可改为其他端口

接着可以配置一下自己的电脑dns试试，就能看到电脑请求dns的记录了