网络协议之mDNS

mDNS协议概述

mDNS 的全称是 Multicast DNS，即多播 DNS。它是一种零配置（Zeroconf）网络服务，允许设备在没有传统中心化 DNS 服务器的局域网内，通过组播通信来解析主机名到 IP 地址，以及发现可用的服务。

简单来说，它是传统 DNS 在局域网内的“去中心化”替代方案，它让局域网内的设备可以”互相打招呼”，实现自动发现。。

• 传统 DNS：客户端向一个中心化的、已知的 DNS 服务器（如 8.8.8.8）发送单播查询，服务器返回答案。
• mDNS：客户端直接向整个局域网的所有设备组播查询，拥有该名称的设备自己响应这个查询。

广泛应用场景

• Apple 生态（Bonjour）： Mac 间的屏幕共享、AirPrint 打印机发现、AirPlay 投屏、iTunes 音乐共享，全部基于 Bonjour。
• 网络打印机发现： 几乎所有现代网络打印机都支持 mDNS，使 Windows、macOS、Linux 电脑能轻松找到并添加它们。
• 智能家居/IoT： 智能灯泡、插座、音箱等设备通过 mDNS 宣告自己的存在和服务，方便手机 App 或中枢网关发现和管理。
• 开发与测试： 在微服务架构的本地开发中，多个服务可以通过 .local 主机名相互调用，模拟真实环境。
• 文件共享与远程访问： 如 Synology NAS 的 QuickConnect、一些远程桌面软件会利用 mDNS 简化局域网内的连接设置。

工作流程与原理

基本工作流程

mDNS 运行在 UDP 端口 5353，使用 224.0.0.251（IPv4）或 FF02::FB（IPv6）作为多播地址。所有支持 mDNS 的设备都会加入这个多播组，监听该端口的消息。

基本工作流程如下：

1. 设备注册：设备开启mDNS服务后，向局域网广播”我是谁，我的IP地址是多少”
2. 服务查询：其他设备需要查找服务时，发送查询请求
3. 响应获取：注册了该服务的设备响应查询
4. 建立连接：查询设备获取到IP地址后，建立连接

数据包结构

mDNS使用的消息格式与传统DNS相似：

• 头部：包含查询类型、响应类型等信息
• 问题部分：即设备发出的查询请求
• 资源记录部分：包含了对查询请求的响应，如设备的IP地址等

DNS报文封装格式：

使用场景示例

场景一：解析主机名（例如 mycomputer.local）

1. 查询：当设备 A 想访问 mycomputer.local 时，它不知道 IP 地址。于是，它向 mDNS 多播地址（224.0.0.251:5353）发送一个 DNS 查询包：“谁是 mycomputer.local？”
2. 响应：局域网内所有设备都收到了这个查询。只有名为 mycomputer.local 的设备 B 会识别出自己的名字。
   • 设备 B 首先等待一个随机短时间（防止冲突），然后检查是否有其他设备已经响应。
   • 如果没有，设备 B 向同一个多播地址发送一个 DNS 响应包：“mycomputer.local 的 IP 地址是 192.168.1.105。”
3. 接收与缓存：设备 A 收到响应，将 mycomputer.local -> 192.168.1.105 的映射存入本地缓存。之后就可以直接通过 IP 地址通信了。

场景二：服务发现（例如，发现所有打印机）

1. 浏览查询：设备 A 想寻找网络中的所有打印机。它向多播地址发送一个 PTR 记录 查询，查询服务类型 _printer._tcp.local。
2. 服务响应：网络上所有提供了打印机服务的设备（如 printer1.local 和 printer2.local）会响应这个查询，告诉设备 A：“这里有 printer1._printer._tcp.local 和 printer2._printer._tcp.local 服务。”
3. 获取详细信息：设备 A 可以进一步发送查询，获取这些特定服务实例的详细信息（通过 SRV 记录 获取主机名和端口，通过 TXT 记录 获取额外属性如是否彩打、纸张类型等）。

关键技术细节

• .local 域：IANA 专门为 mDNS 保留的顶级域。所有 mDNS 主机名都以此结尾（例如 LivingRoom-Light.local）。这是 mDNS 查询的“触发器”，设备看到 .local 就知道要走 mDNS 多播查询，而不是发送给传统 DNS 服务器。
• 多播与单播：查询通常是多播的。而响应可以是多播（让其他设备也能听到并缓存此信息）或单播（直接回复给查询者，更高效）。初始探测和公告通常使用多播。
• 冲突检测：这是 mDNS 的核心安全机制之一。当一个设备要声明一个名字（如 mydevice.local）时，它会先多播一个查询“这个名字有人用吗？”如果收到响应，说明名字已被占用，它必须选择另一个名字或由用户手动解决。
• 资源记录：mDNS 使用标准的 DNS 资源记录格式，但扩展了其用途：
  • A/AAAA： 地址记录，映射主机名到 IPv4/IPv6 地址。
  • PTR： 指针记录，用于服务发现，将服务类型（_service._tcp.local）指向具体的服务实例名。
  • SRV： 服务记录，定义提供该服务的主机名和端口号。
  • TXT： 文本记录，提供服务的描述性信息（键值对）。

与相关协议的关系

• DNS-SD： DNS 服务发现。它不是一个独立协议，而是一套使用 DNS 记录格式（PTR, SRV, TXT）来实现服务发现的规范。mDNS 是实现 DNS-SD 最常用、最自然的载体。通常我们说 mDNS，也隐含了 DNS-SD 的功能。苹果的 Bonjour 就是 mDNS + DNS-SD 的完整实现。
• SSDP / UPnP： 这是微软/通用即插即用阵营的服务发现协议。它使用 HTTPU（基于 UDP 的 HTTP）和多播地址 239.255.255.250:1900。mDNS/DNS-SD 和 UPnP 是竞争关系，但 mDNS 因其基于 DNS 的简洁性，在苹果、Linux 和许多 IoT 设备中更受欢迎。
• LLMNR： 链路本地多播名称解析，由微软开发，功能与 mDNS 类似，用于 Windows 环境。它也使用多播，但使用 .localdomain 或主机名本身，且协议细节不同。mDNS 更为通用。

简单使用和测试

mDNS在Linux中的使用

Avahi是Linux上实现mDNS的开源软件包，几乎每个主流Linux发行版都支持。
Avahi官网： https://avahi.org/

下面重点看看Avahi的简单使用：

检查当前系统状态

1. 检查 Avahi 状态

# 检查 Avahi 守护进程是否运行
systemctl status avahi-daemon

# 或者使用 ps 查看
ps aux | grep avahi

# 检查 Avahi 工具是否安装
which avahi-browse
which avahi-publish

2. 检查网络接口是否启用了多播

# 查看接口的 MULTICAST 标志
ip link show | grep MULTICAST

安装 Avahi（如果未安装）

# Debian/Ubuntu
sudo apt update
sudo apt install avahi-daemon avahi-utils

# RHEL/CentOS/Fedora
sudo yum install avahi avahi-tools
# 或
sudo dnf install avahi avahi-tools

# Arch Linux
sudo pacman -S avahi nss-mdns

# 启动并启用服务
sudo systemctl enable --now avahi-daemon

启用 mDNS 解析（关键步骤）

要使系统能够解析 .local 主机名，需要配置 /etc/nsswitch.conf：

# 编辑 nsswitch.conf
sudo nano /etc/nsswitch.conf

# 找到 hosts 行，在 files 和 dns 之间添加 mdns4_minimal [NOTFOUND=return]
# 修改后：hosts: files mdns4_minimal [NOTFOUND=return] dns

如果希望同时支持 IPv6，可以使用 mdns_minimal：

hosts: files mdns_minimal [NOTFOUND=return] dns

重启服务

# 重启 Avahi
sudo systemctl restart avahi-daemon

# 或者重启 network 服务（根据发行版）
sudo systemctl restart NetworkManager

测试

1. 使用 avahi-browse（服务发现）

# 浏览所有可用的服务
avahi-browse -a

# 浏览特定类型的服务
avahi-browse _http._tcp      # Web 服务器
avahi-browse _ssh._tcp       # SSH 服务
avahi-browse _printer._tcp   # 打印机
avahi-browse _sftp-ssh._tcp  # SFTP

# 持续监控新服务出现/消失
avahi-browse -a -t

# 详细输出
avahi-browse -a -v

# 仅显示解析的 IP 地址
avahi-browse -a -r

2. 使用 avahi-resolve（名称解析）

# 从主机名解析到 IP
avahi-resolve -n computer-name.local

# 从 IP 解析到主机名
avahi-resolve -a 192.168.1.100

# 同时解析多个
avahi-resolve -n computer1.local computer2.local

3. 使用 avahi-publish（发布服务）

# 发布一个简单的服务
# 语法：avahi-publish -s 名称 服务类型 端口 [描述]
avahi-publish -s "My Web Server" _http._tcp 80 "A test web server"

# 在后台运行
avahi-publish -s "My SSH" _ssh._tcp 22 &

# 发布地址（较少用）
avahi-publish -a myhost.local 192.168.1.100

# 发布后可用 Ctrl+C 停止

4. 使用.local域名访问设备

mDNS配置完成后，你的Linux设备可以通过.local域名被访问，也可以通过其域名访问其他设备：

• 访问Web服务：http://your-hostname.local
• SSH连接：ssh user@your-hostname.local

自定义主机名（可选）

默认情况下，Avahi 优先使用系统提供的主机名，可以通过以下方式设置修改系统的主机名：

hostnamectl set-hostname your-custom-name

你也可以通过编辑avahi配置文件 /etc/avahi/avahi-daemon.conf 文件，来自定义主机名：

编辑配置文件：

sudo nano /etc/avahi/avahi-daemon.conf

在[server]部分添加：

host-name=your-custom-name

然后重启服务：

sudo systemctl restart avahi-daemon

mDNS在小程序中的使用

小程序也是支持mDNS，例如微信小程序。

相关官方文档：

• https://developers.weixin.qq.com/miniprogram/dev/framework/ability/mDNS.html
• https://developers.weixin.qq.com/miniprogram/dev/api/network/mdns/wx.stopLocalServiceDiscovery.html

重要注意事项:

• iOS限制：微信iOS客户端7.0.18及以上版本不支持mDNS相关接口
• 安卓支持：安卓版本不受此限制
• 服务类型：serviceType参数需与设备注册的服务类型匹配
• 设备端配置：需要其他设备（如打印机、投影仪）也配置mDNS服务

优缺点

优点：

• 零配置：开箱即用，降低部署和维护成本。
• 去中心化：不依赖任何服务器，网络更健壮。
• 标准化：基于成熟的 DNS 协议，互操作性好。
• 高效服务发现：不仅仅是名称解析，更是强大的服务发现机制。

缺点/注意事项：

• 仅限局域网：多播包通常不会被路由器转发，所以 mDNS 只能在同一广播域（子网）内工作。需要跨子网的服务发现需要配合其他技术（如 DNS 网关或 Avahi 的反射器）。
• 安全考虑： 默认没有认证和加密。任何设备都可以声称自己是 printer.local。在可信的局域网内使用是安全的，但在公共 Wi-Fi 下可能有欺骗风险。DNSSEC 可以解决一部分问题，但在 mDNS 中部署不广泛。
• 潜在的流量： 在设备非常多（如大型企业网络）且频繁查询时，多播流量可能对网络造成轻微影响。但现代网络设备对此处理得很好。

总结

mDNS 是现代零配置网络的核心基石。它巧妙地将传统的、中心化的 DNS 协议改造为去中心化的多播协议，完美地解决了小型、动态、无管理局域网内的名称解析和服务发现两大难题。从你打印一份文件，到用手机控制智能灯泡，背后很可能都有 mDNS 在默默地工作。其与 DNS-SD 的结合（常以 Bonjour 等品牌名出现），已经成为消费级设备和 IoT 领域事实上的标准。