域名解析过程以及IP地址和MAC地址

其实之前在准备腾讯的面试的时候有看过这样的问题，但是昨天室友突然问的时候又一时想不起来每个过程（有点尴尬），其实这也反映出了我计算机网络很不扎实。今天趁着有时间总结一下：

浏览器通过域名（例如：www.baidu.com）发起一个网络请求的时候，会有DNS服务器将域名解析成ip地址，以便向正确的ip地址发送请求，那么这一个过程具体是怎么处理的呢？

什么是DNS

在互联网中，其实没有类似于www.xxx.com这种域名方式，而替代的是以IP地址，如222.222.222.222，那我们在IE地址栏中应当输入222.222.222.222才能打开www.xxx.com，但我们细想一下，互联网上的网站成千上万，如果每个网站登陆都需要记住一大串数字，那是不是特别不方便，对于记忆力不强的人，根本无法记住这么烦琐的数字。这个时候DNS就出现了，它的作用就是将222.222.222.222解析为www.xxx.com，那么我们登陆的时候就直接输入域名就可以了。

1、浏览器先检查自身缓存中有没有被解析过的这个域名对应的ip地址，如果有，解析结束。同时域名被缓存的时间也可通过TTL属性来设置。

2、如果浏览器缓存中没有（专业点叫还没命中），浏览器会检查操作系统缓存中有没有对应的已解析过的结果。而操作系统也有一个域名解析的过程。在windows中可通过c盘里一个叫hosts的文件来设置，如果你在这里指定了一个域名对应的ip地址，那浏览器会首先使用这个ip地址。（但是这种操作系统级别的域名解析规程也被很多黑客利用，通过修改你的hosts文件里的内容把特定的域名解析到他指定的ip地址上，造成所谓的域名劫持。所以在windows7中将hosts文件设置成了readonly，防止被恶意篡改。）

3、如果至此还没有命中域名，才会真正的请求本地域名服务器（LDNS）来解析这个域名，这台服务器一般在你的城市的某个角落，距离你不会很远，并且这台服务器的性能都很好，一般都会缓存域名解析结果，大约80%的域名解析到这里就完成了。

4、如果LDNS仍然没有命中，就直接跳到Root Server 域名服务器请求解析

5、根域名服务器返回给LDNS一个所查询域的主域名服务器（gTLD Server，国际顶尖域名服务器，如.com .cn .org等）地址

6、此时LDNS再发送请求给上一步返回的主域名服务器(gTLD)

7、接受请求的gTLD查找并返回这个域名对应的Name Server的地址，这个Name Server就是网站注册的域名服务器

8、Name Server根据映射关系表找到目标ip，返回给LDNS

9、 LDNS缓存这个域名和对应的ip

10、LDNS把解析的结果返回给用户，用户根据TTL值缓存到本地系统缓存中，域名解析过程至此结束

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域名的解析过程注意

1、机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。所谓递归查询就是：如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询的域名的IP地址，那么本地域名服务器就以DNS客户的身份，向其它根域名服务器继续发出查询请求报文(即替主机继续查询)，而不是让主机自己进行下一步查询。因此，递归查询返回的查询结果或者是所要查询的IP地址，或者是报错，表示无法查询到所需的IP地址。

2、本地域名服务器向根域名服务器的查询的迭代查询。迭代查询的特点：当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地服务器进行后续的查询。根域名服务器通常是把自己知道的顶级域名服务器的IP地址告诉本地域名服务器，让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询。顶级域名服务器在收到本地域名服务器的查询请求后，要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询。最后，知道了所要解析的IP地址或报错，然后把这个结果返回给发起查询的主机。

下面举一个例子演示整个查询过程：

假定域名为m.xyz.com的主机想知道另一个主机y.abc.com的IP地址。例如，主机m.xyz.com打算发送邮件给y.abc.com。这时就必须知道主机y.abc.com的IP地址。下面是上图a的几个查询步骤：
1、主机m.abc.com先向本地服务器dns.xyz.com进行递归查询。
2、本地服务器采用迭代查询。它先向一个根域名服务器查询。
3、根域名服务器告诉本地服务器，下一次应查询的顶级域名服务器dns.com的IP地址。
4、本地域名服务器向顶级域名服务器dns.com进行查询。
5、顶级域名服务器dns.com告诉本地域名服务器，下一步应查询的权限服务器dns.abc.com的IP地址。
6、本地域名服务器向权限域名服务器dns.abc.com进行查询。
7、权限域名服务器dns.abc.com告诉本地域名服务器，所查询的主机的IP地址。
8、本地域名服务器最后把查询结果告诉m.xyz.com。

整个查询过程共用到了8个UDP报文。为了提高DNS查询效率，并减轻服务器的负荷和减少因特网上的DNS查询报文数量，在域名服务器中广泛使用了高速缓存，用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录。

例如，在上面的查询过程中，如果在m.xyz.com的主机上不久前已经有用户查询过y.abc.com的IP地址，那么本地域名服务器就不必向根域名服务器重新查询y.abc.com的IP地址，而是直接把告诉缓存中存放的上次查询结果(即y.abc.com的IP地址)告诉用户。由于名字到地址的绑定并不经常改变，为保持告诉缓存中的内容正确，域名服务器应为每项内容设置计时器并处理超过合理时间的项(例如每个项目两天)。当域名服务器已从缓存中删去某项信息后又被请求查询该项信息，就必须重新到授权管理该项的域名服务器绑定信息。当权限服务器回答一个查询请求时，在响应中都指明绑定有效存在的时间值。增加此时间值可减少网络开销，而减少此时间值可提高域名解析的正确性。不仅在本地域名服务器中需要高速缓存，在主机中也需要。许多主机在启动时从本地服务器下载名字和地址的全部数据库，维护存放自己最近使用的域名的高速缓存，并且只在从缓存中找不到名字时才使用域名服务器。维护本地域名服务器数据库的主机应当定期地检查域名服务器以获取新的映射信息，而且主机必须从缓存中删除无效的项。由于域名改动并不频繁，大多数网点不需花精力就能维护数据库的一致性。

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IP地址和MAC地址

一、MAC地址

MAC（Media Access Control或者Medium Access Control）地址，意译为媒体访问控制，或称为物理地址、硬件地址，用来定义网络设备的位置。
二、IP地址

IP地址是指互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。

区别：

一、MAC地址是物理地址，IP地址是逻辑地址。什么意思？MAC地址是不可改变的,IP地址是可以更改的；

二、MAC地址具有唯一性，每个硬件出厂时候的MAC地址是固定的；IP地址不具备唯一性，因此，很多应用软件是围绕MAC地址开发的。

三、工作层次不同

二层基于MAC地址转发数据帧，三层基于IP地址转发报文。二层交换机基于MAC地址表转发数据，路由器基于路由表（IP地址）转发数据。

四、长度定义

MAC地址是Ethernet网卡上带的地址，长度为48位；IP地址目前主流是32位长。

IP地址和MAC地址通过ARP协议联系到一起。

ARP协议

ARP协议是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写。其作用是在以太网环境中，数据的传输所依懒的是MAC地址而非IP地址，而将已知IP地址转换为MAC地址的工作是由ARP协议来完成的。

在局域网中，网络中实际传输的是“帧”，帧里面是有目标主机的MAC地址的。在以太网中，一个主机和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获得的呢？它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。