DNS 域名系统 #

识别主机有两种方式，通过主机名或者 IP 地址。

DNS是：

1. 一个由分层的DNS服务器 (DNS server) 实现的分布式数据库
2. 一个使得主机能够查询分布式数据库的应用层协议。

DNS 服务器通常是运行 BIND (Berkeley Internet Name Domain) 软件[ BIND 2012 ]的 UNIX 机器。

DNS 协议运行在 UDP 之上，使用 53 号端口。

过程 #

1. 同一台用户主机上运行着 DNS 应用的客户端。
2. 浏览器从URL中抽取出主机名www.school.edu,并将这台主机名传给DNS 应用的客户端。
3. DNS 客户向 DNS 服务器发送一个包含主机名的请求。
4. DNS 客户最终会收到一份回答报文，其中含有对应于该主机名的IP地址。
5. 一旦浏览器接收到来自 DNS 的该 IP 地址，它能够向位千该 IP 地址 80 端口的HTTP服务器进程发起一个 TCP连接。

其他功能 #

• 主机别名
  • 有着复杂主机名的主机（如：blog.merlin218.top）能拥有一个或者多个别名，如merlin218.top、www.merlin218.top
  • blog.merlin218.top叫规范主机名
  • 主机别名(当存在时)比主机规范名更加容易记忆。应用程序可以调用 DNS 来获得主机别名对应的规范主机名以及主机的 IP地址。
• 邮件服务器别名
• 负载分配
  • 一个 IP 地址集合与同一个规范主机名相联系。 DNS数据库中存储着这些 IP 地址集合 。
  • 当客户对映射到某地址集合的名字发出一个 DNS 请求时，该服务器用 IP 地址的整个集合进行响应，但在每个回答中循环这些地址次序 。 因为客户通常总是向 IP 地址排在最前面的服务器发送 HTTP 请求报文。

DNS工作机理 #

如果只是使用一台DNS服务器，会有什么问题？

1. 单点故障，如果机器瘫痪了，整个因特网随之瘫痪。
2. 通信容量，单个DNS服务器要处理所有的DNS查询。
3. 远距离的集中式数据库，导致严重的延迟。
4. 维护，需要保留所有因特网主机的保留记录，需要频繁更新。

DNS采用了分布式的设计方案。事实上，DNS 是一个在因特网上实现分布式数据库的精彩范例。

首先 DNS使用了大量的服务器，它们以层次方式组织，并分布在全世界范围内，没有一台DNS拥有因特网上所有主机的映射。以此来解决扩展性的问题。

大致来说，分成三种DNS服务器：根DNS服务器、顶级域（TLD）服务器，权威DNS服务器。

• 根DNS服务器：全球400多个，由13个组织管理。根DNS服务器提供顶级域服务器的IP地址
• 顶级域服务器：像com、top等结尾的，以及所有国家的顶级域（cn、uk等）都有顶级域服务器（或集群）。TLD服务器提供权威DNS服务器的IP地址
• 权威DNS服务器：在因特网上具有公共可访问主机（如 Web 服务器和邮件服务器）的每个组织机构必须提供公共可访问的 DNS记录，这些记录将这些主机的名字映射为 IP 地址。

其实还有一类服务器：本地DNS服务器。对于每一个ISP（互联网服务提供商）都会有一台本地DNS服务器。当主机与ISP连接时，ISP可以提供一个或多个本地DNS服务器的IP地址。

了解过程 #

假设我们想通过www.baidu.com获取blog.merlin218.top的IP地址，并假设我们发起请求的主机的本地DNS服务器为dns.baidu.com，且blog.merlin218.top的权威DNS服务器是dns.merlin218.top

那么我们从我们的主机www.baidu.com出发，先向本地DNS服务器dns.baidu.com发送DNS查询报文。该报文包含了需要转换的主机名blog.merlin218.top。

本地服务器将报文转发给根服务器，根服务器注意到top前缀，并向本地服务器返回负责top的顶级域服务器的IP地址列表。

本地服务器再次向这些IP地址之一发送查询报文。该TLD服务器注意到merlin218.top前缀，并用权威服务器的IP地址进行响应。

此时本地服务器再向权威服务器的IP地址发送查询报文，权威服务器负责的是dns.merlin218.top，接收到请求之后，将blog.merlin.top的IP地址进行响应。

最后再将目标主机的IP地址返回给我们的主机。

在这个过程中，一共发送了8份报文，4份查询报文，4份响应报文，DNS将利用缓存减少查询的流量。

在上述过程中，包含了DNS递归查询和迭代查询，主机向本地DNS服务器发送请求，到最后返回目标主机的IP地址，是递归查询。而本地DNS主机分别向根服务器、顶级域服务器、权威DNS服务器发送请求报文的过程是迭代查询。在实际中也是这样子的。

还有另外一种方式：全过程是一个递归查询。

DNS缓存 #

为了改善时延性能并减 少在因特网上到处传输的 DNS 报文数 量 DNS 广泛使用了缓存技术 。 DNS 缓存的原理非常简单 。 在一个请求链中，当某 DNS 服务器接收一个 DNS 回答(例如，包含某主机名到 1P地址的映射)时，它能将映射缓存在本地存储器中。

由于 主机和主机名 与 IP 地址间的映射并不是永久的， DNS 服务器在一段时间后(通常设置为两天)将丢弃缓存的信息 。

DNS 记录和报文 #

DNS记录 #

资源记录是一个包含了下列字段的 4 元组 : (Name, Value, Type, TTL)

TTL决定了资源记录应当从缓存中删除的时间 。

主要分为四种：

• Type是A，Name为主机名，Value是主机名对应的IP地址
• Type是NS，Name是个域，Value是可以知道如何获取这个域中IP地址的权威服务器的主机名
• Type是CNAME，则Value是Name主机对应的规范主机名
• Type是MX，Value是个别名为Name的邮件服务器的规范主机名

如果一台 DNS 服务器是用于某特定主机名的权威 DNS 服务器，那么该 DNS 服务器会有一条包含用于该主机名的类型 A 记录(即使该 DNS 服务器不是其权威 DNS 服务器，它也可能在缓存中包含有一条类型 A 记录) 。

如果服务器不是用千某主机名的权威服务器， 那么该服务器将包含一条 NS 记录，该记录对应于包含主机名的域。它还将包括一条 类型 A 记录，该记录提供了在 NS 记录的 Value 字段中的 DNS 服务器的 IP 地址 。

举个例子：

假设一台 edu TLD 服务器不是主机 gaia.cs.umass.edu 的权威 DNS 服务器， 则该服务器将包含一条包括主机cs.umass.edu的域记录，如 (umass.edu, dns.umass.edu, NS)

该 edu TLD 服务器还将包含一条类型 A 记录，如 (dns.umass.edu, 128.119.40.111, A)

DNS报文 #