//查詢類型(查詢的資源記錄類型)
enum QueryType
{   
    A     = 0x01, //指定計算機 IP 地址。   
    NS    = 0x02, //指定用于命名區(qū)域的 DNS 名稱服務(wù)器。   
    MD    = 0x03, //指定郵件接收站（此類型已經(jīng)過時了，使用MX代替）   
    MF 	  = 0x04, //指定郵件中轉(zhuǎn)站（此類型已經(jīng)過時了，使用MX代替）   
    CNAME = 0x05, //指定用于別名的規(guī)范名稱。   
    SOA   = 0x06, //指定用于 DNS 區(qū)域的“起始授權(quán)機構(gòu)”。   
    MB    = 0x07, //指定郵箱域名。   
    MG 	  = 0x08, //指定郵件組成員。   
    MR 	  = 0x09, //指定郵件重命名域名。   
    NULL  = 0x0A, //指定空的(NULL)資源記錄   
    WKS   = 0x0B, //描述已知服務(wù)。   
    PTR   = 0x0C, //如果查詢是 IP 地址，則指定計算機名；否則指定指向其它信息的指針。   
    HINFO = 0x0D, //指定計算機 CPU 以及操作系統(tǒng)類型。   
    MINFO = 0x0E, //指定郵箱或郵件列表信息。   
    MX    = 0x0F, //指定郵件交換器。   
    TXT   = 0x10, //指定文本信息。   
    UINFO = 0x64, //指定用戶信息。   
    UID   = 0x65, //指定用戶標(biāo)識符。   
    GID	  = 0x66, //指定組名的組標(biāo)識符。   
    ANY   = 0xFF  //指定所有數(shù)據(jù)類型。   
};  

//查詢類(指定信息的協(xié)議組)
enum QueryClass
{   
    IN     = 0x01, //指定 Internet 類別。   
    CSNET  = 0x02, //指定 CSNET 類別。（已過時）   
    CHAOS  = 0x03, //指定 Chaos 類別。   
    HESIOD = 0x04, //指定 MIT Athena Hesiod 類別。   
    ANY	   = 0xFF  //指定任何以前列出的通配符。   
}; 

#include <iostream>
#include <strings.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>

using namespace std;

//域名數(shù)組
const char* domainAddr[] = {
    "www.0voice.com",
	"draw.0voice.wang",
	"www.baidu.com",
	"tieba.baidu.com",
	"news.baidu.com",
	"zhidao.baidu.com",
	"music.baidu.com",
	"image.baidu.com",
	"v.baidu.com",
	"map.baidu.com",
	"baijiahao.baidu.com",
	"xueshu.baidu.com",
	"cloud.baidu.com",
	"www.163.com",
	"open.163.com",
	"auto.163.com",
	"gov.163.com",
	"money.163.com",
	"sports.163.com",
	"tech.163.com",
	"edu.163.com",
	"www.taobao.com",
	"q.taobao.com",
	"sf.taobao.com",
	"yun.taobao.com",
	"baoxian.taobao.com",
	"www.tmall.com",
	"suning.tmall.com",
	"www.tencent.com",
	"www.qq.com",
	"www.aliyun.com",
	"www.ctrip.com",
	"hotels.ctrip.com",
	"hotels.ctrip.com",
	"vacations.ctrip.com",
	"flights.ctrip.com",
	"trains.ctrip.com",
	"bus.ctrip.com",
	"car.ctrip.com",
	"piao.ctrip.com",
	"tuan.ctrip.com",
	"you.ctrip.com",
	"g.ctrip.com",
	"lipin.ctrip.com",
	"ct.ctrip.com"
};

//DNS頭部
struct DNS_HEADER {
    uint16_t transID; //事務(wù)ID：DNS 報文的 ID 標(biāo)識。
                      //對于請求報文和其對應(yīng)的應(yīng)答報文，該字段的值是相同的，
                      //通過它可以區(qū)分 DNS 應(yīng)答報文是對哪個請求進行響應(yīng)的。
    uint16_t flags; //標(biāo)志：DNS 報文中的標(biāo)志字段
	/*
	第15位：QR（Response），查詢請求/響應(yīng)的標(biāo)志信息。0為請求（query） 1為響應(yīng)（response）。

	第14-11位：Opcode, 操作碼。0 表示標(biāo)準(zhǔn)查詢；1 表示反向查詢；2 表示服務(wù)器狀態(tài)請求。

	第10位：AA（Authoritative），授權(quán)應(yīng)答，該字段在響應(yīng)報文中有效。值為 1 時，表示名稱服務(wù)器是權(quán)威服務(wù)器；值為 0 時，表示不是權(quán)威服務(wù)器。

	第9位：TC（Truncated）：表示是否被截斷。值為 1 時，表示響應(yīng)已超過 512 字節(jié)并已被截斷(一個UDP報文為512字節(jié))，只返回前 512 個字節(jié)。

	第8位：RD（Recursion Desired）：期望遞歸。該字段能在一個查詢中設(shè)置，并在響應(yīng)中返回。
								   如果該位為 1，告訴名稱服務(wù)器必須處理這個查詢，這種方式被稱為一個遞歸查詢。
								   如果該位為 0，且被請求的名稱服務(wù)器沒有一個授權(quán)回答，
								   				它將返回一個能解答該查詢的其他名稱服務(wù)器列表。這種方式被稱為迭代查詢。
								是否請求遞歸（這個比特位被請求設(shè)置，應(yīng)答的時候使用的相同的值返回）。

	第7位：RA（Recursion Available）：可用遞歸。該字段只出現(xiàn)在響應(yīng)報文中。當(dāng)值為 1 時，表示DNS服務(wù)器支持遞歸查詢。

	第6-4位：Z：保留字段，在所有的請求和應(yīng)答報文中，它的值必須為 0。

	第3-0位：rcode（Reply code）：返回碼字段，表示響應(yīng)的差錯狀態(tài)。
								   當(dāng)值為 0 時，表示 沒有錯誤；
								   當(dāng)值為 1 時，表示 報文格式錯誤（Format error），服務(wù)器不能理解請求的報文；
								   當(dāng)值為 2 時，表示 域名服務(wù)器失?。⊿erver failure），因為服務(wù)器的原因?qū)е聸]辦法處理這個請求；
								   當(dāng)值為 3 時，表示 名字錯誤（Name Error），只有對授權(quán)域名解析服務(wù)器有意義，指出解析的域名不存在；
								   當(dāng)值為 4 時，表示 查詢類型不支持（Not Implemented），即域名服務(wù)器不支持查詢類型；
								   當(dāng)值為 5 時，表示 拒絕（Refused），一般是服務(wù)器由于設(shè)置的策略拒絕給出應(yīng)答，如服務(wù)器不希望對某些請求者給出應(yīng)答。
								   當(dāng)值為 6-15 時：保留值
	*/
    uint16_t questions; //問題計數(shù)：DNS查詢請求的數(shù)目
    uint16_t answerRRs; //回答資源記錄數(shù)：DNS響應(yīng)的數(shù)目
    uint16_t authorityRRs; //權(quán)威名稱服務(wù)器計數(shù)：權(quán)威名稱服務(wù)器的數(shù)目
    uint16_t additionalRRs; //附加資源記錄數(shù)：額外的記錄數(shù)目（權(quán)威名稱服務(wù)器對應(yīng) IP 地址的數(shù)目）
};

//DNS查詢問題區(qū)域
struct DNS_QUERIES {
	string   qName;  //查詢的域名，不定長(例子：www.baidu.com 需寫作：3www5baidu3com0)
	uint16_t qType;  //查詢類型：查詢的資源記錄類型
	uint16_t qClass; //查詢類：指定信息的協(xié)議組
};

//查詢類型(查詢的資源記錄類型)
enum QueryType
{   
    A       = 0x01, //指定計算機 IP 地址。   
    NS      = 0x02, //指定用于命名區(qū)域的 DNS 名稱服務(wù)器。   
    MD      = 0x03, //指定郵件接收站（此類型已經(jīng)過時了，使用MX代替）   
    MF 	    = 0x04, //指定郵件中轉(zhuǎn)站（此類型已經(jīng)過時了，使用MX代替）   
    CNAME   = 0x05, //指定用于別名的規(guī)范名稱。   
    SOA     = 0x06, //指定用于 DNS 區(qū)域的“起始授權(quán)機構(gòu)”。   
    MB      = 0x07, //指定郵箱域名。   
    MG 	    = 0x08, //指定郵件組成員。   
    MR 	    = 0x09, //指定郵件重命名域名。   
    _NULL_  = 0x0A, //指定空的(NULL)資源記錄   
    WKS     = 0x0B, //描述已知服務(wù)。   
    PTR     = 0x0C, //如果查詢是 IP 地址，則指定計算機名；否則指定指向其它信息的指針。   
    HINFO   = 0x0D, //指定計算機 CPU 以及操作系統(tǒng)類型。   
    MINFO   = 0x0E, //指定郵箱或郵件列表信息。   
    MX      = 0x0F, //指定郵件交換器。   
    TXT     = 0x10, //指定文本信息。   
    UINFO   = 0x64, //指定用戶信息。   
    UID     = 0x65, //指定用戶標(biāo)識符。   
    GID	    = 0x66, //指定組名的組標(biāo)識符。   
    _ANY_   = 0xFF  //指定所有數(shù)據(jù)類型。   
};  

//查詢類(指定信息的協(xié)議組)
enum QueryClass
{   
    IN     = 0x01, //指定 Internet 類別。   
    CSNET  = 0x02, //指定 CSNET 類別。（已過時）   
    CHAOS  = 0x03, //指定 Chaos 類別。   
    HESIOD = 0x04, //指定 MIT Athena Hesiod 類別。   
    ANY	   = 0xFF  //指定任何以前列出的通配符。   
}; 

/*
回答區(qū)域：
Answers：查詢響應(yīng)內(nèi)容，可以有0-n條（請求時為空即可）
	Name：域名（2字節(jié)或不定長）：
		它的格式和Queries區(qū)域的查詢名字字段是一樣的。
		有一點不同就是，當(dāng)報文中域名重復(fù)出現(xiàn)的時候，該字段使用2個字節(jié)的偏移指針來表示。
		比如，在資源記錄中，域名通常是查詢問題部分的域名的重復(fù)，
		因此用2字節(jié)的指針來表示，具體格式是最前面的兩個高位是 11，用于識別指針。
		其余的14位從DNS報文的開始處計數(shù)（從0開始），指出該報文中的相應(yīng)字節(jié)數(shù)。
		一個典型的例子，0xC00C(1100000000001100)，12(00000000001100)正好是頭部的長度，其正好指向Queries區(qū)域的查詢名字字段)。
	Type：2字節(jié) 響應(yīng)的資源記錄的類型，與問題部分中的查詢類型值是一樣的。
	Class：2字節(jié) 地址類型，與問題部分中的查詢類的值是一樣的。
	TTL：4字節(jié) 
		以秒為單位，表示的是資源記錄的生命周期，
		一般用于當(dāng)?shù)刂方馕龀绦蛉〕鲑Y源記錄后決定保存及使用緩存數(shù)據(jù)的時間，
		它同時也可以表明該資源記錄的穩(wěn)定程度，極為穩(wěn)定的信息會被分配一個很大的值（比如86400，這是一天的秒數(shù)）。
	Datalength：2字節(jié)，資源數(shù)據(jù)的長度，指接下來的data長度，單位為字節(jié)。
	Address/CNAME：資源數(shù)據(jù)，4字節(jié)地址/不定長域名

授權(quán)區(qū)域
Authoritativenameservers：
	Name：域名（2字節(jié)或不定長），同上
	Type：2字節(jié) 同上，響應(yīng)的資源記錄類型。此處為2（NS），表示要獲取該域名的權(quán)威名稱服務(wù)器名稱
	Class：2字節(jié) 同上，地址類型，即查詢類(指定信息的協(xié)議組)
	TTL：4字節(jié) 同上
	Datalength：2字節(jié)，資源數(shù)據(jù)的長度，指接下來的data長度，單位為字節(jié)。
	nameserver：此處為6字節(jié)，表示該域名對應(yīng)的權(quán)威名稱服務(wù)器的名稱。

//附加區(qū)域
Additionalrecords：
	Name：域名（2字節(jié)或不定長），同上，在這里指的是 權(quán)威名稱服務(wù)器 的名稱
	Type：2字節(jié) 同上，響應(yīng)的資源記錄類型。
	Class：2字節(jié)，同上，地址類型，即查詢類(指定信息的協(xié)議組)
	TTL：4字節(jié) 同上
	Datalength：2字節(jié)，指接下來的data長度，單位為字節(jié)。
	Address：此處為4字節(jié)地址，指的是 權(quán)威名稱服務(wù)器 的IP地址
*/

//構(gòu)建DNS頭部
DNS_HEADER create_dns_header() {
    DNS_HEADER header;
    bzero(&header, sizeof(header));

    srandom(time(NULL));

    header.transID = random();
    header.flags = htons(0x0100);
    header.questions = htons(0x0001);

    return move(header);
}

//構(gòu)建DNS查詢問題區(qū)域
DNS_QUERIES create_dns_queries(const string& qName, QueryType qType, QueryClass qClass) {
	DNS_QUERIES queries;

	char* tmpName = strdup(qName.c_str());
	char* token = strtok(tmpName, ".");
	while (token != NULL) {
		size_t len = strlen(token);

		queries.qName.append((char*)(&len), 1);
		queries.qName.append(token, len);

		token = strtok(NULL, ".");
	}
	//queries.qName.append("\0");

	free(tmpName);

	queries.qType  = htons(qType);
	queries.qClass = htons(qClass);

	return std::move(queries);
}

//構(gòu)建一個DNS請求包
string create_dns_request(const DNS_HEADER& header, const DNS_QUERIES& queries) {
	string request = "";
	request.append((char*)&header, sizeof(header));

	request.append(queries.qName.data(), queries.qName.length() + 1);
	request.append((char*)&queries.qType, sizeof(queries.qType));
	request.append((char*)&queries.qClass, sizeof(queries.qClass));

	return std::move(request);
}

//解析域名(3www5baidu3com0 ---> www.baidu.com)
string parse_name(const string& name) {
	if (name.empty()) {
		return "";
	}

	string domain = "";
	int pos = 0;

	while (pos < name.length() - 1) {
		int len = name.at(pos);

		pos += 1;
		domain.append(name.data() + pos, len);
		pos += len;

		if (pos >= name.length()) {
			break;
		}

		domain.append(".");
	}

	return std::move(domain);
}

//解析收到的DNS響應(yīng)
void parse_dns_response(const char* data, uint16_t len) {
	if (len == 0) {
		return;
	}

	const char* ptr = data;
	ptr += 4;

	//問題數(shù)
	int questions = ntohs(*((uint16_t*)ptr));
	ptr += 2;

	//回答資源記錄數(shù)：DNS響應(yīng)的數(shù)目
	int answerRRs = ntohs(*((uint16_t*)ptr));
	printf("\nanswerRRs:%d\n", answerRRs);
	ptr += 2;

	//跳過查詢問題區(qū)域
	ptr += 4;
	for (int i = 0; i < questions; i++) {
		while(1) {
			int flag = *ptr;

			ptr += (1 + flag);

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

	//解析回答區(qū)域
	for (int i = 0; i < answerRRs; i++) {
		//解析域名
		string domain = "", ip = "";
		uint8_t flag = *ptr;
		
		//該字段使用是的2個字節(jié)的偏移指針來表示
		if ((flag & 0xC0) == 0xC0) {
			int offsetBytes = ntohs(*(uint16_t*)ptr) & (~0xC000);
			const char* pName = data + offsetBytes;
			domain = parse_name(pName);
			ptr += 2;
		}else {
			domain = parse_name(ptr);
			ptr += (strlen(ptr) + 1);
		}

		//響應(yīng)的資源記錄的類型
		uint16_t type = ntohs(*(uint16_t*)ptr);
		ptr += 4;

		//資源記錄的生命周期
		uint32_t ttl = ntohs(*(uint32_t*)ptr);
		ptr += 4;

		//資源數(shù)據(jù)的長度
		uint16_t dataLength = ntohs(*(uint16_t*)ptr);
		ptr += 2;

		//資源數(shù)據(jù)
		//不定長域名
		if (type == QueryType::CNAME) {
			ip = parse_name(ptr);
		}
		//4字節(jié)地址
		else if (type == QueryType::A) {
			if (dataLength == 4) {
				in_addr addr = {.s_addr = *(uint32_t*)ptr};
				ip = inet_ntoa(addr);
				ptr += 4;
			}
		}

		cout << domain << " : " << ip << endl;
	}
}

//設(shè)置socket為非阻塞
void setSocketNonBlock(int socketfd, bool nonBlock) {
	if (socketfd < 0) {
		return;
	}

	int flags = fcntl(socketfd, F_GETFL, 0);
	if (flags < 0) {
		return;
	}

	if (nonBlock) {
		flags |= O_NONBLOCK;
	}else {
		flags &= ~O_NONBLOCK;
	}

	fcntl(socketfd, F_SETFL, flags);
}

//向DNS服務(wù)端提交DNS請求(同步方式)
void dns_client_commit_sync() {
	//創(chuàng)建socket
	int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (fd < 0) {
		perror("socket");
		exit(-1);
	}

	setSocketNonBlock(fd, true);

	sockaddr_in destAddr;
	destAddr.sin_family = AF_INET;
	destAddr.sin_port = htons(53);
	destAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("114.114.114.114"); //DNS服務(wù)器地址

	//連接
	connect(fd, (sockaddr*)&destAddr, sizeof(destAddr));

	for (int i = 0; i < sizeof(domainAddr) / sizeof(domainAddr[0]); i++) {
		//構(gòu)建DNS頭部
    	DNS_HEADER header = create_dns_header();
    
		//構(gòu)建DNS查詢問題區(qū)域
    	DNS_QUERIES queries = create_dns_queries(domainAddr[i], QueryType::A, QueryClass::IN);

		//構(gòu)建一個DNS請求包
		string req = create_dns_request(header, queries);

	    sendto(fd, req.data(), req.length(), 0, (sockaddr*)&destAddr, sizeof(destAddr));

		char buffer[2048] = {0};
		sockaddr_in addr;
		socklen_t addrLen = sizeof(addr);

		while (1) {
			int recvLen = recvfrom(fd, buffer, sizeof(buffer), 0, (sockaddr*)&addr, &addrLen);
			if (recvLen <= 0) {
				continue;
			}

			//解析收到的DNS響應(yīng)
			parse_dns_response(buffer, recvLen);

			break;
		}
	}

	close(fd);
}

//處理DNS響應(yīng)的線程(異步方式)
void *thread_process_async_response(void * arg) {
	int epfd = *(int*)arg;
	epoll_event events[1024] = {0};

	while (1) {
		int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);

		if (nready < 0) {
			if (errno == EINTR || errno == EAGAIN) {
				continue;
			}else {
				break;
			}
		}else if (nready == 0) {
			continue;
		}

		for (int i = 0; i < nready; i++) {
			int fd = events[i].data.fd;
			char recvBuf[1024] = {0};

			if (events[i].events & EPOLLIN) {
				sockaddr_in srcAddr;
				socklen_t addrLen;

				int recvSize = recvfrom(fd, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0, (sockaddr*)&srcAddr, &addrLen);

				if (recvSize <= 0) {
					continue;
				}

				parse_dns_response(recvBuf, recvSize);

				epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
				close(fd);
			}
		}
	}

	return NULL;
}

//向DNS服務(wù)端提交DNS請求(異步方式)
void dns_client_commit_async() {
	int epfd = epoll_create(1);
	
	//創(chuàng)建一個線程來處理接收到的數(shù)據(jù)
	pthread_t threadID;
	pthread_create(&threadID, NULL, thread_process_async_response, &epfd);

	for (int i = 0; i < sizeof(domainAddr) / sizeof(domainAddr[0]); i++) {
		int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
		if (fd < 0) {
			perror("socket");
			exit(-1);
		}

		setSocketNonBlock(fd, true);

		//將此fd加入epoll
		epoll_event event;
		event.events = EPOLL_EVENTS::EPOLLIN;
		event.data.fd = fd;
		epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);

		sockaddr_in destAddr;
		bzero(&destAddr, sizeof(destAddr));
		destAddr.sin_family = AF_INET;
		destAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("114.114.114.114");
		destAddr.sin_port = htons(53);

		connect(fd, (sockaddr*)&destAddr, sizeof(destAddr));

		//構(gòu)建DNS頭部
    	DNS_HEADER header = create_dns_header();
    
		//構(gòu)建DNS查詢問題區(qū)域
    	DNS_QUERIES queries = create_dns_queries(domainAddr[i], QueryType::A, QueryClass::IN);

		//構(gòu)建一個DNS請求包
		string req = create_dns_request(header, queries);

	    sendto(fd, req.data(), req.length(), 0, (sockaddr*)&destAddr, sizeof(destAddr));
	}
}

int main(int argc, char* argv[]) {
#if 1
	dns_client_commit_sync(); //同步實現(xiàn)
#else
	dns_client_commit_async(); //異步實現(xiàn)
	getchar();
#endif

    return 0;
}