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都說(shuō)程序員是面向Google編程，殊不知當(dāng)你輸入 www.google.com 地址的時(shí)候，是否有想過(guò)，在回車的一瞬間瀏覽器如何將請(qǐng)求發(fā)送，如何到達(dá)目的地為你取得正確的數(shù)據(jù)。

遇到問(wèn)題我們通常會(huì)打開(kāi)瀏覽器，輸入 www.google.com 回車，然后搜索我們的問(wèn)題，獲取到我們想要的內(nèi)容后，我們又會(huì)心滿意足的關(guān)閉瀏覽器。

而在這一個(gè)請(qǐng)求的過(guò)程中，瀏覽器內(nèi)部發(fā)生了什么？

我們也許會(huì)在某個(gè)不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)，輸入 142.251.43.14? 這串 IP 也能夠訪問(wèn)Google網(wǎng)站，而為了讓人覺(jué)得高大上一點(diǎn)，你改掉了輸入 google.com 的 **"臭毛病"**， 而是每次都會(huì)在瀏覽器輸入這串IP，畢竟在回車之前別人總是難以琢磨你要訪問(wèn)的是哪個(gè)網(wǎng)站，除非遇到 "志同道合" 的人。

一開(kāi)始你使用得不亦樂(lè)乎，畢竟敲入這串 IP 也能夠熟能生巧，使用速度也不減當(dāng)年，但某一天你跟往常一樣輸入這串IP 的時(shí)候發(fā)現(xiàn)怎樣都訪問(wèn)不到網(wǎng)站了，你開(kāi)始急了，并尋找問(wèn)題，懷疑自己的記憶力是否出現(xiàn)了問(wèn)題，亦或是網(wǎng)站出現(xiàn)了問(wèn)題，折騰半天后，發(fā)現(xiàn)是 Google 網(wǎng)站的 IP 發(fā)生了變化，而等待你的就只有兩條路，一是繼續(xù)背下新的 IP 地址，但難保某一天又面臨不能訪問(wèn)的情況，二是回歸從前，老老實(shí)實(shí)訪問(wèn) google.com 。最終你醒悟了，終于發(fā)現(xiàn)背誦 IP 進(jìn)行日常訪問(wèn)真是個(gè) "有病" 的行為。

那么為什么 www.google.com? 能夠通過(guò) 142.251.43.14? 進(jìn)行訪問(wèn)？這里我們先記住兩個(gè)名詞，一個(gè)是域名，一個(gè)是 IP，www.google.com? 是一個(gè)域名，而 142.251.43.14 則是一個(gè) IP。概念：域名可以對(duì)應(yīng)有多個(gè) IP 地址。

怎么理解？很簡(jiǎn)單，打開(kāi)你的手機(jī)通訊錄，可以看到 富婆 就是一個(gè) "域名" 的概念，而具體的電話號(hào)碼就可以對(duì)應(yīng)上 "IP"

我們想要給一個(gè)人打電話，我們可以輸入富婆，也可以輸入具體的電話號(hào)碼，當(dāng)然富婆的記憶點(diǎn)低，而電話號(hào)碼的記憶點(diǎn)高，而為什么與遇到上面所說(shuō)的一點(diǎn)時(shí)間后再次訪問(wèn) IP 就訪問(wèn)不到網(wǎng)站了，這種情況你可以想象成，富婆換電話了 ~

那么回到我們的內(nèi)容，將域名解析為 IP 的這個(gè)過(guò)程就是 DNS（Domain Name System） 域名系統(tǒng)。

DNS 產(chǎn)生背景

Internet 將數(shù)量眾多的主機(jī)連接在一起，要讓這些主機(jī)能夠進(jìn)行通信，就需要有一套名字標(biāo)識(shí)體系，讓主機(jī)之間能夠彼此找到對(duì)方。實(shí)際上，在 Internet 上有多種方式可以進(jìn)行主機(jī)標(biāo)識(shí)，既可以用主機(jī)名（域名）標(biāo)識(shí)，也可以使用IP地址進(jìn)行標(biāo)識(shí)。主機(jī)在互聯(lián)網(wǎng)上的位置主要靠 IP 地址進(jìn)行標(biāo)識(shí)，每個(gè) IP 地址都由 4 個(gè)字節(jié)組成，有這嚴(yán)格的層次結(jié)構(gòu)，以便路由器進(jìn)行識(shí)別和處理。但這種純數(shù)字的標(biāo)識(shí)方式對(duì)于人類的記憶來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直是個(gè)噩夢(mèng)，因此提出了主機(jī)名的標(biāo)識(shí)方式，就是上述說(shuō)到的 www.google.com ，這種名字的好處很直接，就是便于記憶。但是對(duì)于喜歡 0 和 1 的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，肯定更喜歡 IP 的表達(dá)方式，因此就出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)喜歡 IP 地址，人喜歡主機(jī)名的對(duì)立情況，那么就需要一個(gè)適配器 來(lái)完成兩者之間的轉(zhuǎn)換，這就是主機(jī)名與IP地址的映射關(guān)系。

在DNS之初，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有幾百臺(tái)的主機(jī)，所有的主機(jī)信息以及主機(jī)名與地址的映射記錄都存放在一個(gè)名為 HOST.TXT 的文件中。 HOST.TXT  從一臺(tái)名為 SRI-NIC 的主機(jī)上分發(fā)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而維護(hù)映射記錄的方式也很粗暴，通過(guò)將變更信息以電子郵件的方式告知管理員，然后進(jìn)行定期 FTP 到 SRI-NIC 上，獲得最新的 HOST.TXT 文件。

但這種方式長(zhǎng)期來(lái)看肯定是不合實(shí)際的，互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，主機(jī)的數(shù)量日益暴增，存在問(wèn)題：

• 無(wú)法進(jìn)行分散管理
• 無(wú)法及時(shí)全網(wǎng)更新與同步
• 維護(hù)困難

為了解決以上問(wèn)題，1984年，南加州大學(xué)信息科學(xué)所的 PaulMockaprtris 發(fā)布了描述 DNS 的 RFC 882 和RFC 883的規(guī)范，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是 DNS 誕生了。

DNS 工作原理

DNS 實(shí)際上是一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議，但它通常被其他的應(yīng)用層協(xié)議所使用，用于將用戶提供的主機(jī)名解析為 IP 地址。

當(dāng)我們?cè)跒g覽器的地址欄上輸入 www.google.com 這樣一個(gè) URL時(shí)，實(shí)際上我們想要瀏覽的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容都存放在互聯(lián)網(wǎng)中的某臺(tái)服務(wù)器上，而瀏覽器的任務(wù)就是找到我們想要訪問(wèn)的這臺(tái)服務(wù)器的 IP 地址，然后向它請(qǐng)求內(nèi)容，而這一整個(gè)過(guò)程就是 DNS 工作的內(nèi)容。

如圖所示，DNS 地址解析服務(wù)是在 HTTP 連接建立之前的一個(gè)過(guò)程。從用戶主機(jī)上調(diào)用應(yīng)用程序的角度來(lái)看，DNS是一個(gè)提供簡(jiǎn)單、直接的轉(zhuǎn)換服務(wù)的黑盒子，但實(shí)際上 DNS 服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)相當(dāng)復(fù)雜，由分布于全球的大量 DNS 服務(wù)器以及相關(guān)應(yīng)用層協(xié)議共同組成。

域名結(jié)構(gòu)

整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)中的域名空間結(jié)構(gòu)就像是一棵倒置的樹(shù)

我們?cè)囍鴮⒁粋€(gè) Google 的域名進(jìn)行拆分，www.google.com

我們驚奇的發(fā)現(xiàn)，之前看似簡(jiǎn)單的一段域名居然由這么多部分構(gòu)成。既然上部分說(shuō)到，域名空間結(jié)構(gòu)就像是一棵倒置的樹(shù)，那么我們就手動(dòng)梳理下這棵樹(shù)的結(jié)構(gòu)。

每個(gè)頂級(jí)域由對(duì)應(yīng)的頂級(jí)域（TLD）服務(wù)器負(fù)責(zé)管理，除了以下 7 個(gè)頂級(jí)域名，還有各個(gè)國(guó)家的頂級(jí)域名（cn、uk、ca和 fr 等）也在這一級(jí)別進(jìn)行管理。

每個(gè)頂級(jí)域再向下展開(kāi)分支，每個(gè)分支域都是一個(gè)子域，比如 google.com? 是 com? 的子域，而 google.com? 也可再包含子域，比如 a.google.com、b.google.com。一個(gè)域就是域名空間中的一棵子樹(shù)，域的名字也就是這棵子樹(shù)的頂端節(jié)點(diǎn)的域名。

拆分原理

DNS 承載的流量是全球的流量，那么將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為層次結(jié)構(gòu)的原因也很簡(jiǎn)單，那就是分布承擔(dān)流量

在每個(gè)域中，會(huì)有一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器用來(lái)保存這個(gè)域名空間的所有信息，并且響應(yīng)關(guān)于該域名空間的所有請(qǐng)求，這種服務(wù)器就叫做這個(gè)域的 權(quán)威域名服務(wù)器（授權(quán)域名服務(wù)器） 。它擁有這個(gè)域的所有的域名信息，每個(gè)域都可以分為多個(gè)子域，而每個(gè)權(quán)威域名服務(wù)器可以個(gè)一個(gè)或多個(gè)區(qū)域進(jìn)行解析。

google.com 可以被劃分為三個(gè)子域，a.google.com、b.google.com和 c.google.com。每個(gè)子域都可以自行維護(hù)自己的權(quán)威域名服務(wù)器，一個(gè)域可以有多臺(tái)權(quán)威域名服務(wù)器，但是只有一臺(tái)是主域名服務(wù)器，這臺(tái)主域名服務(wù)器負(fù)責(zé)向其他輔域名服務(wù)器分發(fā)每個(gè)域名空間的更新信息。簡(jiǎn)單理解，域名空間就相當(dāng)于是一個(gè) 小集群

當(dāng)一個(gè)子域被授權(quán)出去后，它原本所屬的域就不再包含它的數(shù)據(jù)，而只留下一些指針，這些指針指向相應(yīng)子域的授權(quán)域名服務(wù)器。如果有一個(gè)請(qǐng)求來(lái)詢問(wèn)該子域的信息，那么所返回的應(yīng)該是該子域權(quán)威服務(wù)器的列表。

因此，DNS 服務(wù)器層由：根 DNS 服務(wù)器、頂級(jí)域名（TLD）服務(wù)器和權(quán)威DNS服務(wù)器共同組成 ，共同維護(hù)分布式、層次化的DNS數(shù)據(jù)庫(kù)。DNS系統(tǒng)采用樹(shù)形設(shè)計(jì)的一個(gè)主要目的就是為了分撒管理，而這種分散管理是通過(guò) 授權(quán) 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)域進(jìn)行授權(quán)，就是域管理組織把子域授權(quán)給其他組織進(jìn)行管理，由子域管理者來(lái)維護(hù)子域中的數(shù)據(jù)，可以自由改動(dòng)數(shù)據(jù)，包括對(duì)子域的再次劃分和授權(quán)。

在 DNS 系統(tǒng)中還有一類非常重要的域名服務(wù)器，叫做 本地DNS服務(wù)器（LDNS），是用戶所在局域網(wǎng)或 ISP 網(wǎng)絡(luò)中 的域名服務(wù)器，本地 DNS 服務(wù)器地址是客戶端網(wǎng)絡(luò)配置的一部分，或者通過(guò) DHCP 方式分配給客戶端。

針對(duì)DNS的分布查詢?cè)砣缦?

瀏覽器發(fā)出的請(qǐng)求會(huì)先發(fā)送到本地DNS服務(wù)器，本地DNS服務(wù)器收到瀏覽器的域名解析請(qǐng)求后，會(huì)采用遞歸的方式向 DNS 系統(tǒng)中的其他遠(yuǎn)程域名服務(wù)器提出查詢請(qǐng)求。（遞歸方式指每次查詢請(qǐng)求都由本地DNS服務(wù)器發(fā)起，收到答復(fù)后再向下一個(gè)遠(yuǎn)程DNS服務(wù)器提出請(qǐng)求，直到獲得結(jié)果。迭代查詢指本地DNS服務(wù)器只將自己知道的最合適的答案返回給查詢者，幫助它把查詢過(guò)程繼續(xù)下去，而它本身不再做其他任何查詢）

過(guò)程： 本地DNS服務(wù)器首先會(huì)去根DNS服務(wù)器請(qǐng)求解析（此時(shí)條件是本地DNS服務(wù)器并沒(méi)有關(guān)于這個(gè)域名的緩存），根域名服務(wù)器中雖然沒(méi)有www.google.com?這條記錄的，但它可以知道這個(gè)URL屬于com 域?，于是就找到com域服務(wù)器的IP地址，然后訪問(wèn)com域服務(wù)器，重復(fù)上面的操作，再找到放了google 域?的服務(wù)器是哪個(gè)，繼續(xù)往下，直到找到www.google.com?的那條記錄，最后返回對(duì)應(yīng)的IP地址。

緩存原理

頻繁使用 DNS 查詢會(huì)給使用它的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來(lái)額外的時(shí)延，而時(shí)延本身不能確定，有可能大有可能小。那么為了解決這個(gè)問(wèn)題就需要引入 緩存 機(jī)制。緩存是指 DNS 查詢結(jié)果在主機(jī)中的緩存，有了緩存就不需要在每次查詢的時(shí)候都經(jīng)過(guò)復(fù)雜的遞歸過(guò)程。當(dāng)然 DNS 數(shù)據(jù)有可能過(guò)期，因此 DNS 服務(wù)器不能把數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)的存放在緩存中，管理員會(huì)為這些數(shù)據(jù)設(shè)置一個(gè)生存期（TTL）。超過(guò) TTL 時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被清除，重新向 DNS 服務(wù)器進(jìn)行查詢。

除了DNS服務(wù)器能夠緩存 DNS 響應(yīng)信息之外，客戶端瀏覽器也可以緩存 DNS 響應(yīng)信息，當(dāng)用戶請(qǐng)求頁(yè)面域名解析結(jié)果在瀏覽器自身的DNS緩存匯總能夠查到時(shí)，就不會(huì)向DNS服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求了，這樣可以加快瀏覽網(wǎng)頁(yè)的速度。當(dāng)消息記錄時(shí)間超過(guò)瀏覽器設(shè)置的 DNS 緩存時(shí)間時(shí)，會(huì)重新向DNS服務(wù)器發(fā)起域名解析請(qǐng)求，用新的解析結(jié)果更新緩存。

記錄類型與報(bào)文格式

域名服務(wù)器是根據(jù)資源記錄來(lái)對(duì) DNS 請(qǐng)求進(jìn)行應(yīng)答的。在 DNS 系統(tǒng)中，最常見(jiàn)的資源記錄是 Internet 類記錄，資源記錄是一個(gè)包含了下列字段的 4 元組：

• Name
• Value
• Type
• TTL

其中，TTL 是該記錄的生存時(shí)間，它決定了資源記錄應(yīng)當(dāng)從緩存中刪除的時(shí)間。Name 和 Value 的值取決于 Type，即記錄類型。而記錄類型分為以下幾類：

我這里附上一張阿里云的域名解析配置圖，先有一個(gè)大致的概念

A / AAAA：Address

A 記錄用于描述域名到 IP 地址的映射關(guān)系，對(duì)同一個(gè)域名可以有多條 A 記錄，也就是說(shuō)一次DNS查找可以返回多個(gè)地址。

CNAME

CNAME 記錄用于描述別名與域名的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種記錄允許你將多個(gè)名字映射到同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。比如我們有個(gè)域名是 cbuc.com?，那我可以添加一條 www.cbuc.com?  的 CNAME記錄，以便請(qǐng)求 www.cbuc.com? 時(shí)也能夠訪問(wèn)到 cbuc.com? 。查找過(guò)程也是通過(guò) www.cbuc.com? 找到 cbuc.com ，繼而找到對(duì)應(yīng)的 IP 地址，這里不再贅訴。

NS：Name Server

NS 記錄是域名服務(wù)器記錄，用于指定該域名由哪個(gè) DNS 服務(wù)器來(lái)進(jìn)行解析。每個(gè)區(qū)域可以有多個(gè)域名服務(wù)器，因此可以有多條NS記錄。

SOA：Start Of Authority

SOA 記錄用于指定該區(qū)域的權(quán)威域名服務(wù)器。每個(gè)區(qū)域允許切只允許有一個(gè) SOA 記錄，它是資源記錄的第一個(gè)條目。

PTR：Pointor Record

PTR 記錄用于描述IP地址到域名的映射關(guān)系

DNS 總結(jié)

DNS是域名系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它是一種用于將域名和IP地址相互映射的協(xié)議。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它是一種用于將人類可讀的域名（例如www.google.com）轉(zhuǎn)換為瀏覽器可以理解的IP地址（例如 142.251.43.14）的方法。這樣，用戶就可以通過(guò)輸入域名來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)站，而無(wú)需記住網(wǎng)站的IP地址。

DNS的設(shè)計(jì)原理是使用分層的系統(tǒng)將域名和IP地址相互映射。主要包括以下三個(gè)部分：

• 域名服務(wù)器（DNS服務(wù)器）：DNS服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)中的一種特殊服務(wù)器，它存儲(chǔ)了域名和IP地址的映射關(guān)系。當(dāng)用戶訪問(wèn)一個(gè)網(wǎng)站時(shí)，瀏覽器會(huì)向DNS服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，DNS服務(wù)器則會(huì)返回該網(wǎng)站的IP地址。
• 域名系統(tǒng)域（DNS域名空間）：DNS域是用于組織DNS服務(wù)器的層次結(jié)構(gòu)。它以樹(shù)型結(jié)構(gòu)組織DNS服務(wù)器，使得每個(gè)服務(wù)器都有一個(gè)唯一的名稱，這樣就可以方便地查找到指定的DNS服務(wù)器。
• 域名系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)（DNS數(shù)據(jù)庫(kù)）：DNS數(shù)據(jù)庫(kù)是用于存儲(chǔ)域名和IP地址映射關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)。它包含了所有域名和IP地址的映射關(guān)系，以便DNS服務(wù)器可以根據(jù)用戶的請(qǐng)求返回正確的IP地址。

簡(jiǎn)而言之，當(dāng)用戶訪問(wèn)一個(gè)網(wǎng)站時(shí)，瀏覽器會(huì)向DNS服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，DNS服務(wù)器會(huì)查詢DNS數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)域名和IP地址的映射關(guān)系返回正確的IP地址

DNS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有以下幾個(gè)亮點(diǎn)：

• 可擴(kuò)展性：DNS系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)允許添加新的DNS服務(wù)器，從而支持更多的域名和IP地址。
• 可靠性：DNS系統(tǒng)可以通過(guò)多臺(tái)DNS服務(wù)器進(jìn)行冗余存儲(chǔ)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
• 靈活性：DNS系統(tǒng)允許用戶隨時(shí)修改域名和IP地址的映射關(guān)系，從而使網(wǎng)絡(luò)更加靈活。
• 可維護(hù)性：DNS系統(tǒng)可以使用緩存技術(shù)，從而減少DNS數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢次數(shù)，降低系統(tǒng)的維護(hù)成本。