mDNS与DNS-SD以及在Matter中使用 - FreeBuf网络安全行业门户

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原文链接：https://www.freebuf.com/articles/network/404855.html

一、mDNS

多播DNS（Multicast DNS，简称mDNS）是一种用于局域网（LAN）内设备自动进行域名解析的协议。它在没有中央DNS服务器的情况下，允许设备自我注册和查询主机名、IP 地址等信息。mDNS 使用与标准DNS相同的报文格式。mDNS通常和DNS-SD一起使用，用于服务发现和名称解析。

工作原理

mDNS使用IP组播（Multicast）技术，通过发送DNS查询和响应报文来实现主机名到IP地址的解析。mDNS使用固定的IPv4多播地址224.0.0.251和IPv6多播地址FF02::FB，在UDP端口5353上进行通信。以下是mDNS的工作步骤：

1. 启动和自注册： 每个设备启动时，会选择一个主机名（如 "hostname.local"）并通。过向mDNS的组播地址发送查询请求，询问这个主机名是否已经存在。如果没有冲突，设备就会使用这个主机名注册自己。
2. 冲突检测和名称分配： 如果已有设备使用相同的主机名，新设备需要尝试不同的名称，直到选定一个唯一的主机名。
3. 名称解析： 当设备需要解析某个主机名的IP地址时，它会发送一个mDNS查询报文到局域网内的多播地址，所有接收到报文的设备都会检查查询的主机名是否匹配。如果匹配，它们会回复一个响应报文，包含相应的IP地址信息。

示例

设备自注册

假设设备1自注册其主机名"device1.local"。

1. 设备1发送查询报文，检查是否有其他设备使用同样的主机名：

   QUERY:
   Name: device1.local
   Type: ANY
   

2. 如果没有设备回复该查询，设备1将自己的主机名 "device1.local" 和IP地址进行自注册

名称解析

设备2在网络中查询 "device1.local" 的IP地址：

1. 设备2发送查询报文，查找 "device1.local" 的A记录：

   QUERY:
   Name: device1.local
   Type: A
   

2. 设备1收到查询后，发送响应报文：

   ANSWER:
   Name: device1.local
   Type: A
   Address: 192.168.1.2
   

实现

典型的mDNS实现包括：

• Apple的Bonjour：广泛用于Apple设备中，用于自动发现局域网中的设备和服务。
• Avahi：一个开源的mDNS和DNS-SD实现，常用于Linux系统中。

二、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。

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。

使用场景

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。

示例

下面通过一个示例详细描述Matter协议中如何使用DNS-SD进行服务发现和解析。如果Matter设备可以预先接入局域网，并且没有提供蓝牙、Thread等模式，那么就只能通过DNS-SD进行设备发现。

1. 服务注册

假设一个Matter设备注册其服务信息，服务类型为"_matter._tcp"。为了便于理解，以下描述仅为了展示流程，实际上Matter使用DNS-SD会比下面的描述要复杂，字段里面会含有更多的信息，实际流程是一样的：

PTR记录：

_matter._tcp.local. IN PTR Device-1234._matter._tcp.local.

SRV记录：

Device-1234._matter._tcp.local. IN SRV 0 0 5555 Device-1234.local.

TXT记录：

Device-1234._matter._tcp.local. IN TXT "model=abc123" "version=1.0"

A/AAAA记录：

Device-1234.local. IN A 192.168.1.100 Device-1234.local. IN AAAA fe80::1

2. 服务发现

客户端设备发送DNS-SD查询，寻找服务类型为"_matter._tcp"的设备：

• DNS查询： _matter._tcp.local. IN PTR
• 接收查询响应： _matter._tcp.local. IN PTR Device-1234._matter._tcp.local.

3. 服务解析

客户端解析服务实例"Device-1234._matter._tcp.local."：

• SRV记录解析： Device-1234._matter._tcp.local. IN SRV 0 0 5555 Device-1234.local.
• TXT记录解析： Device-1234._matter._tcp.local. IN TXT "model=abc123" "version=1.0"
• A/AAAA记录解析： Device-1234.local. IN A 192.168.1.100 Device-1234.local. IN AAAA fe80::1

DNS-SD在Matter中的优点

1. 即插即用：无需预配置，设备可自动广播和发现服务。
2. 跨厂商互操作性：基于标准的DNS协议，确保不同厂商设备之间的互操作性。
3. 动态更新：支持设备上线、下线时动态更新服务信息。