mDNS

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在互联网中可以通过域名来映射IP地址，那么在局域网中是否可以通过域名来映射IP地址，当然可以，这就是mDNS的要解决的问题。

mDNS

在计算机网络中，多播DNS（Multicast DNS，mDNS）协议将主机名（hostname）解析为不包含本地名称服务器端的小型网络中的IP地址，旨在提供 本地网络服务 和 主机发现。这是一种零配置的服务器端，mDNS与传统域名解析服务（DNS）有着基本相同的编程接口、数据包格式和操作方式。

mDNS由Bill Woodcock和Bill Manning于2000年在IETF中首次提出，在2013年最终由Stuart Cheshire和Marc Krochmal作为标准协议发布在 RFC 6762，并由Apple Bonjour和开源Avahi 软件包实现，包含在大多数Linux发行版中（例如Ubuntu 22.04）。

mDNS 是本地网络的域名解析协议，使用 5353 端口，组播地址是 224.0.0.251，是运行于 UDP 之上的应用协议。不同于传统的DNS协议，mDNS协议不需要DNS服务器端进行域名解析，可节省本地网络的域名服务器端配置。

如果主机查询一个域名，那么该怎么区分该域名是DNS域名还是mDNS域名呢？mDNS域名与DNS域名是通过后缀.local区分的。

DNS-SD

DNS-SD（DNS-Based Service Discovery，即基于DNS的服务发现）是一个网络协议框架，它基于mDNS实现。DNS-SD主要用于在本地网络中自动发现并使用网络服务，如打印机、文件共享、媒体播放等。

工作原理

DNS-SD借助于多播DNS（mDNS），在本地网络（local network）内进行服务的发现和发布。以下是DNS-SD的基本工作原理：

  1. 服务注册：
    服务提供者自注册。该信息通常包括服务名称、类型（如 “_http._tcp”）、端口号、及其他附加参数。
  2. 服务发现：
    客户端在本地网络中查询特定类型的服务。例如，客户端广播一个查询，想找到所有的 “_http._tcp” 服务。其它设备收到这个查询后，会响应其提供的服务信息。
  3. 服务解析：
    客户端在发现服务后，可以进一步解析获取具体的服务细节。例如，从服务名称解析出具体的 IP 地址和端口号。

DNS-SD 记录类型

DNS-SD 中采用了多个特定的 DNS 记录类型来进行服务的发现和信息传递：

  • PTR 记录：用于枚举网络中 某一类型 的所有服务。例如，”_http._tcp.local” PTR 记录列出了网络中所有的 HTTP 服务。
  • SRV 记录：提供具体的服务主机名和端口信息；每个服务有一个或者多个 SRV 记录。
  • TXT 记录：用来存储与服务相关的任意文本信息，如服务的配置选项等。
  • A/AAAA 记录：将服务主机名解析为一个或多个 IP 地址，其中A记录为IPv4地址，AAAA记录为IPv6地址。

限制

  • 局域网范围：DNS-SD 和 mDNS 一般只在局域网内工作，因为它们使用多播地址。
  • 名称冲突：多个设备在同一个局域网内提供相同名称服务时，会发生名称冲突，需要进行名称分配和冲突解决机制。

应用场景

DNS-SD 被广泛应用于各种需要自动发现网络服务的应用环境，如家庭网络、办公室局域网、多媒体设备连接等。例如：

  • Apple 的 Bonjour 服务发现技术就是基于 DNS-SD 和 mDNS 实现的。
  • 各种智能家居设备和 IoT 设备的互联互通，比如Matter、Home Assistant。

DNS-SD设备发现

例1：我想查询本地局域网所有（全局搜索）的 smb 服务，即查询PTR：_smb._tcp.local，若存在该服务，那么就会返回并解析结果（SRV、A/AAAA、TXT）。

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I (641773) mdns-test: Query PTR: _smb._tcp.local
1: Interface: WIFI_STA_DEF, Type: V4, TTL: 120
  PTR : raspberrypi._smb._tcp
  SRV : raspberrypi.local:445
  A   : 192.168.0.210
  AAAA: fe80:0000:0000:0000:0145:95a9:8787:0030

例2：我想查询本地局域网所有的 http 服务，即查询PTR：_http._tcp.local，若存在该服务，那么就会返回并解析结果（SRV、A/AAAA、TXT）。

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I (651073) mdns-test: Lookup selfhosted service: _http._tcp.local
  PTR : ESP32-WebServer._http._tcp
  SRV : esp32-mdns.local:80
  TXT : [3] p=password(8); u=user(4); board=esp32(5); 
  PTR : ESP32-WebServer1._http._tcp
  SRV : esp32-mdns.local:80
  TXT : [2] u=admin(5); path=/foobar(7);

例3：我想查询本地局域网所有的 HomeAssistant 服务，即查询PTR：_home-assistant._tcp，若存在该服务，那么就会返回并解析结果。

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I (42702) mdns-test: Query PTR: _home-assistant._tcp.local
1: Interface: WIFI_STA_DEF, Type: V6, TTL: 120
  PTR : MyHome._home-assistant._tcp
  SRV : ab96469f357e444280b0182d96da73b3.local:8123
  TXT : [7] location_name=MyHome(6); uuid=ab96469f357e444280b0182d96da73b3(32); version=2024.11.3(9); external_url=NULL(0); internal_url=http://192.168.5.193:8123(25); base_url=http://192.168.5.193:8123(25); requires_api_password=True(4); 
  AAAA: fdfc:869c:9ebb:0000:0000:0000:0000:0936
  A   : 192.168.5.193
  AAAA: fdfc:869c:9ebb:0000:c1a5:a79e:bc90:54b8
  AAAA: fe80:0000:0000:0000:2498:72a5:dcc1:61e8
2: Interface: WIFI_STA_DEF, Type: V4, TTL: 120
  PTR : MyHome._home-assistant._tcp
  SRV : ab96469f357e444280b0182d96da73b3.local:8123
  TXT : [7] location_name=MyHome(6); uuid=ab96469f357e444280b0182d96da73b3(32); version=2024.11.3(9); external_url=NULL(0); internal_url=http://192.168.5.193:8123(25); base_url=http://192.168.5.193:8123(25); requires_api_password=True(4); 
  AAAA: fdfc:869c:9ebb:0000:0000:0000:0000:0936
  A   : 192.168.5.193
  AAAA: fdfc:869c:9ebb:0000:c1a5:a79e:bc90:54b8
  AAAA: fe80:0000:0000:0000:2498:72a5:dcc1:61e8

验证

mDNS示例：query_advertise

当设备（例如esp32-c3）和PC处于同一个局域网，那么PC如何找到设备的IP地址呢？ 此时mDNS就起作用了，设备启用了mDNS服务，当连接上路由器后，设备会向局域网组播地址发送组播报文：“我是谁，我的IP地址是多少，我提供的服务和端口号是多少”。如果PC想要查询mDNS域名，会先查询自己的缓存信息，如果没有查询到目标mDNS域名，则会向局域网组播查询目标mDNS域名（esp32-mdns.local）的IP是多少，以及提供的服务（service）和端口（port）是多少。

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I (373) mdns-test: mdns hostname set to: [esp32-mdns]

I (613) example_connect: Connecting to ZTE_5GCPE_F876...
I (613) example_connect: Waiting for IP(s)
I (3323) wifi:new:<7,1>, old:<1,0>, ap:<255,255>, sta:<7,1>, prof:1
I (3323) wifi:state: init -> auth (b0)
I (3333) wifi:state: auth -> assoc (0)
I (3363) wifi:state: assoc -> run (10)
I (3383) wifi:connected with ZTE_5GCPE_F876, aid = 1, channel 7, 40U, bssid = b0:0a:d5:75:f8:76
I (3393) wifi:security: WPA2-PSK, phy: bgn, rssi: -58
I (3393) wifi:pm start, type: 1

I (3393) wifi:dp: 1, bi: 102400, li: 3, scale listen interval from 307200 us to 307200 us
I (3403) wifi:set rx beacon pti, rx_bcn_pti: 0, bcn_timeout: 25000, mt_pti: 0, mt_time: 10000
I (3593) wifi:dp: 5, bi: 102400, li: 5, scale listen interval from 307200 us to 512000 us
I (3593) wifi:AP's beacon interval = 102400 us, DTIM period = 5
I (5373) example_connect: Got IPv6 event: Interface "example_netif_sta" address: fe80:0000:0000:0000:f29e:9eff:fe99:1260, type: ESP_IP6_ADDR_IS_LINK_LOCAL
I (6483) wifi:<ba-add>idx:0 (ifx:0, b0:0a:d5:75:f8:76), tid:0, ssn:0, winSize:64
I (7413) esp_netif_handlers: example_netif_sta ip: 192.168.0.169, mask: 255.255.255.0, gw: 192.168.0.1
I (7413) example_connect: Got IPv4 event: Interface "example_netif_sta" address: 192.168.0.169
I (7423) example_common: Connected to example_netif_sta
I (7423) example_common: - IPv4 address: 192.168.0.169,
I (7433) example_common: - IPv6 address: fe80:0000:0000:0000:f29e:9eff:fe99:1260, type: ESP_IP6_ADDR_IS_LINK_LOCAL
I (7443) gpio: GPIO[9]| InputEn: 1| OutputEn: 0| OpenDrain: 0| Pullup: 1| Pulldown: 0| Intr:0 
I (7453) main_task: Returned from app_main()
I (623103) mdns-test: Query both A and AAA: esp32-mdns.local
I (624203) mdns-test: Query A esp32-mdns.local finished
I (624203) mdns-test: Query AAAA esp32-mdns.local finished
I (624253) mdns-test: Query A: esp32.local
W (626273) mdns-test: ESP_ERR_NOT_FOUND: Host was not found!
I (626273) mdns-test: Query PTR: _arduino._tcp.local
W (629373) mdns-test: No results found!
I (629373) mdns-test: Query PTR: _http._tcp.local
W (632473) mdns-test: No results found!
I (632473) mdns-test: Query PTR: _printer._tcp.local
W (635573) mdns-test: No results found!
I (635573) mdns-test: Query PTR: _ipp._tcp.local
W (638673) mdns-test: No results found!
I (638673) mdns-test: Query PTR: _afpovertcp._tcp.local
W (641773) mdns-test: No results found!
I (641773) mdns-test: Query PTR: _smb._tcp.local
1: Interface: WIFI_STA_DEF, Type: V4, TTL: 120
  PTR : raspberrypi._smb._tcp
  SRV : raspberrypi.local:445
  A   : 192.168.0.210
  AAAA: fe80:0000:0000:0000:0145:95a9:8787:0030
2: Interface: WIFI_STA_DEF, Type: V6, TTL: 120
  PTR : raspberrypi._smb._tcp
  SRV : raspberrypi.local:445
  AAAA: fe80:0000:0000:0000:0145:95a9:8787:0030
I (644893) mdns-test: Query PTR: _ftp._tcp.local
W (647973) mdns-test: No results found!
I (647973) mdns-test: Query PTR: _nfs._tcp.local
W (651073) mdns-test: No results found!
I (651073) mdns-test: Lookup selfhosted service: _http._tcp.local
  PTR : ESP32-WebServer._http._tcp
  SRV : esp32-mdns.local:80
  TXT : [3] p=password(8); u=user(4); board=esp32(5); 
  PTR : ESP32-WebServer1._http._tcp
  SRV : esp32-mdns.local:80
  TXT : [2] u=admin(5); path=/foobar(7);

抓包

image-20241107103144932

猜想

1、如果将esp32 mDNS demo固件烧录到相同的开发板，那么理论上两块开发板设置的本地mDNS域名应该都是 esp32-mdns.local

验证结果：实际的结果跟猜想不一致，开发板A的本地mDNS域名是 esp32-mdns.local，而开发板B的本地mDNS域名是 esp32-mdns-2.local

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# 通过和开发板在同一局域网的PC利用avahi-browse
$ avahi-browse -a -r -l
= wlp1s0 IPv4 ESP32-WebServer1-10                           Web Site             local
   hostname = [esp32-mdns.local]
   address = [192.168.0.169]
   port = [80]
   txt = ["path=/foobar" "u=admin"]
= wlp1s0 IPv4 ESP32-WebServer1                              Web Site             local
   hostname = [esp32-mdns-2.local]
   address = [192.168.0.155]
   port = [80]
   txt = ["path=/foobar" "u=admin"]

2、通过mDNS可以获取局域网内的主机名和IP，那么还能获取什么信息？

还是以 “esp32 mDNS demo” 为例，看一下在发布mDNS组播数据包需要设置哪些东西。

  • mDNS属性

    • hostname：设备会去响应的主机名，如果没有设置，会根据设备的网络接口名定义 hostname 。例如，my-esp32 会被解析为 my-esp32.local。
    • default_instance：默认实例名（即易记的设备名），例如 Jhon's ESP32 Thing。如果没有设置，将会使用 hostname。

  • mDNS服务（ DNS-Based Service Discovery，DNS-SD）

    mDNS 可以广播设备能够提供的网络服务的相关信息，每个服务会由以下属性构成：

    • instance_name：实例名（即易记的服务名），例如 Jhon's ESP32 Web Server。如果没有定义，会使用 default_instance。
    • service_type：（必需）服务类型，以下划线为前缀，这里 列出了常见的类型。
    • proto：（必需）服务运行所依赖的协议，以下划线为前缀，例如 _tcp 或者 _udp。
    • port：（必需）服务运行所用的端口号。
    • txt：形如 {var, val} 的字符串数组，用于定义服务的属性。

    例如：可以发布一个http服务：http://esp32-mdns.local:80/foobar

参考

1、multicast DNS

2、ESP mDNS 学习