第七章 W55MH32 DNS解析域名示例

单芯片解决方案，开启全新体验——W55MH32 高性能以太网单片机

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太网单片机，它为用户带来前所未有的集成化体验。这颗芯片将强大的组件集于一身，具体来说，一颗W55MH32内置高性能Arm® Cortex-M3核心，其主频最高可达216MHz；配备1024KB FLASH与96KB SRAM，满足存储与数据处理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP协议栈、内置MAC以及PHY，拥有独立的32KB以太网收发缓存，可供8个独立硬件socket使用。如此配置，真正实现了All-in-One解决方案，为开发者提供极大便利。

在封装规格上，W55MH32提供了两种选择：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封装版本，尺寸为12x12mm，其资源丰富，专为各种复杂工控场景设计。它拥有66个GPIO、3个ADC、12通道DMA、17个定时器、2个I2C、5个串口、2个SPI接口（其中1个带I2S接口复用）、1个CAN、1个USB2.0以及1个SDIO接口。如此丰富的外设资源，能够轻松应对工业控制中多样化的连接需求，无论是与各类传感器、执行器的通信，还是对复杂工业协议的支持，都能游刃有余，成为复杂工控领域的理想选择。同系列还有QFN68封装的W55MH32Q版本，该版本体积更小，仅为8x8mm，成本低，适合集成度高的网关模组等场景，软件使用方法一致。更多信息和资料请进入http://www.w5500.com/网站或者私信获取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法单元，WIZnet还推出TOE+SSL应用，涵盖TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，为网络通信安全再添保障。

为助力开发者快速上手与深入开发，基于W55MH32L这颗芯片，WIZnet精心打造了配套开发板。开发板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口数据线，就能轻松实现调试、下载以及串口打印日志等功能。开发板将所有外设全部引出，拓展功能也大幅提升，便于开发者全面评估芯片性能。

若您想获取芯片和开发板的更多详细信息，包括产品特性、技术参数以及价格等，欢迎访问官方网页：http://www.w5500.com/，我们期待与您共同探索W55MH32的无限可能。

第七章 W55MH32 DNS解析域名示例

本篇文章，我们将详细介绍如何在W55MH32芯片上面实现DNS域名解析功能。并通过实战例程，为大家讲解如何将wiznet.io的域名解析为实际IP地址，供大家参考。

该例程用到的其他网络协议，例如DHCP，请参考相关章节。有关W55MH32的初始化过程，也请参考相关章节，这里将不再赘述。

1 DNS协议简介

在学习DNS协议之前，我们先区分一下IP地址和域名这两个概念：

IP地址：一长串能够唯一地标记网络上地计算机的数字。

域名：又称网域，是由一串用点分隔的名字组成的Internet上某一台计算机或计算机组的名称，用于在数据传输时对计算机的定位标识，例如:wiznet.io。

如何理解域名和网址的概念，可以这么理解，网址里面包含域名。举个例子：https://wiznet.io/Products就是一个网址，而wiznet.io就是域名。

因为 IP地址具有不方便记忆并且不能显示地址组织的名称和性质等缺点，所以设计出了域名，并通过域名解析协议（DNS，Domain Name System）来将域名和 IP地址相互映射，使人能够更方便地访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的 IP地址数串。将域名映射成 IP地址称为DNS正向解析，将 IP地址映射成域名称为DNS反向解析。

DNS协议可以使用UDP或者TCP进行传输，使用的端口号都为53，但大多数情况下DNS都是用UDP进行传输。

以上是DNS协议的简介，如想深入了解该协议，请参考mozilla网站上的介绍：DNS - MDN Web文档术语表：Web相关术语的定义 | MDN

2 DNS域名介绍

DNS域名通常分为以下几类：

根域名服务器：根域名服务器是DNS系统的顶层，负责管理整个DNS命名空间的根区（Root Zone）。它主要用于引导查询，指向顶级域（TLD）的权威服务器。

顶级域名服务器：负责特定顶级域（如.com、.org、.net）或国家/地区代码顶级域（ccTLD，如.cn、.uk）的解析。

权威DNS服务器：负责存储并提供特定域名的DNS记录信息

本地DNS服务器：本地域名服务器是电脑解析时的默认域名服务器，即电脑中设置的首选 DNS 服务器和备选 DNS 服务器。常见的有电信、联通、谷歌、阿里等的本地 DNS服务。

3 DNS查询方式

DNS查询方式分为以下两种：

递归查询：指由DNS客户端（如用户设备或本地域名服务器）向DNS服务器发起的查询请求，DNS服务器负责全程完成查询过程，并将最终的解析结果返回给客户端。

迭代查询：指DNS服务器返回给客户端或请求者的下一步建议，而不是直接返回最终结果，由客户端自行完成多次查询，逐步获取解析结果。

下面两张图则是递归查询和迭代查询的工作流程图。

4 DNS协议的基本工作流程

接下来，我们以PC端正向解析www.baidu.com为例，了解下DNS解析的工作流程。

1）首先搜索「浏览器的 DNS缓存」，缓存中维护一张域名与 IP地址的对应表；

2）若没有命中，则继续搜索「操作系统的 DNS缓存」；

3）若仍然没有命中，则操作系统将域名发送至「本地域名服务器」，本地域名服务器查询自己的 DNS缓存，查找成功则返回结果（注意：主机和本地域名服务器之间的查询方式是「递归查询」）；

4）若本地域名服务器的 DNS 缓存没有命中，则本地域名服务器向上级域名服务器进行查询，通过以下方式进行「迭代查询」（注意：本地域名服务器和其他域名服务器之间的查询方式是迭代查询，防止根域名服务器压力过大）：

首先本地域名服务器向「根域名服务器」发起请求，根域名服务器是最高层次的，它并不会直接指明这个域名对应的 IP地址，而是返回顶级域名服务器的地址，也就是说给本地域名服务器指明一条道路，让他去这里寻找答案。

本地域名服务器拿到这个「顶级域名服务器」的地址后，就向其发起请求，获取「权限域名服务器」的地址

本地域名服务器根据权限域名服务器的地址向其发起请求，最终得到该域名对应的 IP地址

5）本地域名服务器将得到的 IP地址返回给操作系统，同时自己将 IP地址缓存起来

6）操作系统将 IP地址返回给浏览器，同时自己也将 IP地址缓存起来

7）至此，浏览器就得到了域名对应的 IP地址，并将 IP地址缓存起来

配合下图直观理解：

在W55MH32上使用DNS正向解析wiznet.io域名时，我们只需要向本地域名服务器发送DNS请求报文，然后解析DNS响应报文即可。

5 DNS报文

DNS报文分为以下五个部分：

报文头部：定义了请求或响应的元信息（如标志、条目数等）。

问题区域：描述了查询的域名和查询类型。

回答区域：包含查询的最终结果（如域名对应的IP地址）。

权威区域：提供权威DNS服务器的信息。

附加区域：包含附加的相关信息（如域名的A记录）。

DNS请求报文主要由报文头部和问题区域组成，回答区域、权威区域和附加区域为空。

报文头部

Transaction ID：固定长度为16bit，唯一标识符，用于匹配请求和响应。

Flags：固定长度为16bit，标志位（例如查询类型、递归期望等）。

Questions：固定长度为16bit，问题区域的条目数，通常为1。

Answer RRs：固定长度为16bit，回答区域的条目数，查询报文中为0。

Authority RRs：固定长度为16bit，权威区域的条目数，查询报文中为0。

Additional RRs：固定长度为16bit，附加区域的条目数，查询报文中为0。

问题区域

QName：查询的域名（以点分形式存储）。

QType：查询的记录类型（如A记录、AAAA记录、MX记录等）。

QClass：查询的记录类别，通常为IN（互联网）。

DNS响应报文包含与请求报文类似的头部和问题区域，并附加回答、权威和附加区域信息。

报文头部：同请求报文，但Flags内容有所变化：

QR:1表示响应（查询报文中为0）

RCODE：返回码，表示响应状态（如0表示无错误，3表示域名不存在）。

AA：权威回答标志（1表示这是权威服务器返回的响应）。

问题区域：与请求报文一致，用于描述客户端的查询。

回答区域：包含查询结果，如域名对应的IP地址。每条回答包含以下字段：

Name：对应的域名

Type：记录类型（如A、AAAA、CNAME等）。

Class：记录类别（通常为IN）。

TTL：记录的生存时间（秒）。

Rdata：记录的具体值（如IP地址）。

权威区域：提供权威服务器的信息，通常包含NS记录。

附加区域：包含额外的解析信息，如权威服务器的A记录和AAAA记录。

请求报文实例：请求解析域名wiznet.io的A记录

|报文头部 |
Transaction ID: 0x8D12
Flags: 0x0100 (标准查询、期望递归)
Questions: 1
Answer RRs: 0
Authority RRs: 0
Additional RRs: 0
|问题区域 |
QName:wiznet.io
QType: A
QClass: IN

|报文原文 |
8D 12 01 00 00 01 00 00 00 00 00 00
06 77 69 7A 6E 65 74 02 69 64 00 00 01 00 01

响应报文实例：DNS服务器返回wiznet.io的A记录解析结果（IP为183.111.138.249）

|报文头部 |
Transaction ID: 0x8D12
Flags: 0x8180 (响应、无错误)
Questions: 1
Answer RRs: 1
Authority RRs: 0
Additional RRs: 0
|问题区域 |
QName:wiznet.io
QType: A
QClass: IN
|回答区域 |
Name:wiznet.io
Type: A
Class: IN
TTL: 156
RData: 183.111.138.249

|报文原文 |
8D 12 81 80 00 01 00 01 00 00 00 00
06 77 69 7A 6E 65 74 02 69 6F 00 00 01 00 01
C0 0C 00 01 00 01 00 00 00 9C 00 04 B7 6F 8A F9

6实现过程

接下来，我们看看如何在W55MH32上实现DNS正向解析。

注意：因为本示例需要访问互联网，请确保W55MH32的配置能够访问互联网。

步骤一：注册DNS定时器中断到1s定时器中

/**
* @brief   1ms timer IRQ Handler
* @param   none
* @return  none
*/
void TIM3_IRQHandler(void)
{
   static uint32_t tim3_1ms_count = 0;
   if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)
   {
       tim3_1ms_count++;
       if (tim3_1ms_count >= 1000)
       {
           DHCP_time_handler();
           DNS_time_handler();
           tim3_1ms_count = 0;
       }
       TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
   }
}

注册DNS定时器中断主要为了DNS超时处理。

在dns.h文件中，定义了DNS超时时间、重试次数、端口号和消息ID等内容：

#define MAX_DNS_BUF_SIZE 256  ///< maximum size of DNS buffer. */
/*
 * @brief Maxium length of your queried Domain name 
 * @todo SHOULD BE defined it equal as or greater than your Domain name lenght + null character(1)
 * @note SHOULD BE careful to stack overflow because it is allocated 1.5 times as MAX_DOMAIN_NAME in stack.
 */
#define  MAX_DOMAIN_NAME   128       // for example "www.google.com"
#define MAX_DNS_RETRY     2        ///< Requery Count
#define DNS_WAIT_TIME     3        ///< Wait response time. unit 1s.
#define IPPORT_DOMAIN     53       ///< DNS server port number
#define DNS_MSG_ID         0x1122   ///< ID for DNS message. You can be modifyed it any number

步骤二：进行DNS正向解析处理

在do_dns()函数中，我们实现了dns正向解析的过程。

do_dns(ethernet_buf, dns_name, ip_fromdns);

这个函数的三个传参分别为DNS解析所需缓存，带解析域名，解析后的IP地址。

do_dns()函数的内容如下：

/**
* @brief   DNS domain name resolution
* @param   ethernet_buff: ethernet buffer
* @param   domain_name:Domain name to be resolved
* @param   domain_ip:Resolved Internet Protocol Address
* @return  0:success;-1:failed
*/
int do_dns(uint8_t *buf, uint8_t *domain_name, uint8_t *domain_ip)
{
   int         dns_ok_flag  = 0;
   int         dns_run_flag = 1;
   wiz_NetInfo net_info;
   uint8_t     dns_retry_cnt = 0;
   DNS_init(0, buf); // DNS client init
   wizchip_getnetinfo(&net_info);
   while (1)
   {
       switch (DNS_run(net_info.dns, domain_name, domain_ip)) // Read the DNS_run return value
       {
       case DNS_RET_FAIL:                                     // The DNS domain name is successfully resolved
       {
           if (dns_retry_cnt < DNS_RETRY)                     // Determine whether the parsing is successful or whether the parsing exceeds the number of times
           {
               dns_retry_cnt++;
           }
           else
           {
               printf(" > DNS Failedrn");
               dns_ok_flag  = -1;
               dns_run_flag = 0;
           }
           break;
       }
       case DNS_RET_SUCCESS: {
           printf("> Translated %s to %d.%d.%d.%drn", domain_name, domain_ip[0], domain_ip[1], domain_ip[2], domain_ip[3]);
           dns_ok_flag  = 0;
           dns_run_flag = 0;
           break;
       }
       }
       if (dns_run_flag != 1)
       {
           return dns_ok_flag;
       }
   }
}

然后是在DNS主循环中运行DNS执行函数DNS_run，它的主要作用是进行DNS组包，发送请求，响应内容解析以及超时处理，这里只需要根据DNS_run()函数的返回值进行相应处理即可。

DNS_run()函数内容如下：

  /* DNS CLIENT RUN */
int8_t DNS_run(uint8_t * dns_ip, uint8_t * name, uint8_t * ip_from_dns)
{
 int8_t ret;
 struct dhdr dhp;
 uint8_t ip[4];
 uint16_t len, port;
 int8_t ret_check_timeout;
 retry_count = 0;
 dns_1s_tick = 0;
 // Socket open
 socket(DNS_SOCKET, Sn_MR_UDP, 0, 0);
#ifdef _DNS_DEBUG_
 printf("> DNS Query to DNS Server : %d.%d.%d.%drn", dns_ip[0], dns_ip[1], dns_ip[2], dns_ip[3]);
#endif
 len = dns_makequery(0, (char *)name, pDNSMSG, MAX_DNS_BUF_SIZE);
 sendto(DNS_SOCKET, pDNSMSG, len, dns_ip, IPPORT_DOMAIN);
 while (1)
 {
   if ((len = getSn_RX_RSR(DNS_SOCKET)) > 0)
   {
     if (len > MAX_DNS_BUF_SIZE) len = MAX_DNS_BUF_SIZE;
     len = recvfrom(DNS_SOCKET, pDNSMSG, len, ip, &port);
     #ifdef _DNS_DEBUG_
       printf("> Receive DNS message from %d.%d.%d.%d(%d). len = %drn", ip[0], ip[1], ip[2], 
       ip[3],port,len);
     #endif
       ret = parseDNSMSG(&dhp, pDNSMSG, ip_from_dns);
     break;
   }
   // Check Timeout
   ret_check_timeout = check_DNS_timeout();
   if (ret_check_timeout < 0) {
#ifdef _DNS_DEBUG_
 printf(" > DNS Server is not responding : %d.%d.%d.%drn", dns_ip[0], dns_ip[1], dns_ip[2], dns_ip[3]);
#endif
     
close(DNS_SOCKET);
     return 0; // timeout occurred
   }
   else if (ret_check_timeout == 0) {
#ifdef _DNS_DEBUG_
     printf("> DNS Timeoutrn");
#endif
     sendto(DNS_SOCKET, pDNSMSG, len, dns_ip, IPPORT_DOMAIN);
   }
 }
 close(DNS_SOCKET);
 // Return value
 // 0 > :  failed / 1 - success
 return ret;
}

7运行结果

烧录例程运行后，首先进行了PHY链路检测，然后是DHCP获取网络地址结果，最后是DNS成功解析出wiznet.io的IP地址为183.111.138.249，如下图所示：

8总结

本文介绍在 W55MH32芯片上实现 DNS域名解析功能的方法，讲解如何将 wiznet.io域名解析为实际 IP地址。阐述了 DNS协议发热概念、域名分类、查询方式和工作流程，介绍了 DNS报文结构及请求、响应报文实例等。展示在W55MH32上的实现过程。

下一篇将讲解在该芯片上实现 HTTP Client功能，介绍向指定网站提交数据的原理和实现步骤。敬请期待！

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审核编辑 黄宇