DNS基本工作原理

---

1. DNS服务概述

DNS域名系统，在TCP/IP网络中有非常重要的地位，能够提供域名与IP地址的解析服务。

DNS是一个分布式数据库，命名系统采用层次的逻辑结构，如同一颗倒置的树，这个逻辑的树形结构称为域名空间，由于DNS划分了域名空间，所以各机构可以使用自己的域名空间创建DNS信息。

注：DNS域名空间中，树的最大深度不得超过127层，树中每个节点最长可以存储63个字符。

例如，www.baidu.com是四层域名，分别为www、baidu、com、.。最后一个.在日常生活中通常省略（百度的完整域名是www.baidu.com.)，它表示根域。

再例如，test.com是一个顶级域名（1个点号）；test.cn.com是一个二级域名（2个点号）；test.mial.cn.com是一个三级域名（3个点号）。

(1)域和域名

• DNS树的每个节点代表一个域，通过这些节点，对整个域名空间进行划分，成为一个层次结构。域名空间的每个域的名字，通过域名进行表示。

• 域名：通常由一个完全合格域名（FQDN）标识，是全球唯一的。FQDN能准确表示出其相对于DNS域树根的位置，也就是节点到DNS树根的完整表述方式，从节点到树根采用反向书写，并将每个节点用“.”分隔，对于DNS域Google来说，其完全正式域名（FQDN）为google.com.。google为com域的子域，其表示方法为google.com，而www为google域中的子域，可以使用www.google.com表示。

• 注意：通常，FQDN有严格的命名限制，长度不能超过256字节，只允许使用字符a-z，0-9，A-Z和减号（-）。点号（.）只允许在域名标志之间（例如“google.com”）或者FQDN的结尾使用。域名不区分大小。

• 由最顶层到下层，可以分成：根域、顶级域、二级域。

• 全球共有13组根域名服务器。

• DNS根域下面是顶级域，也由Internet域名注册授权机构管理。共有3种类型的顶级域。

• 顶级域的三种类型：

  • 组织域：采用3个字符的代号，表示DNS域中所包含的组织的主要功能或活动。比如com为商业机构组织；edu为教育机构组织；gov为政府机构组织；mil为军事机构组织；net为网络机构组织；org为非盈利机构组织；int为国际机构组织。
  • 地址域：采用两个字符的国家或者地区代号。如cn为中国；kr为韩国；us为美国。
  • 反向域：这是个特殊域，名字为in-addr.arpa，用于将IP地址映射到名字（反向查询）。

(2)区（Zone）

• 区是DNS名称空间的一部分，其包含了一组存储在DNS服务器上的资源记录。

• 使用区的概念，DNS服务器回答关于自己区中主机的查询，每个区都有自己的授权服务器。

(3)主域名服务器与辅助域名服务器

当区的辅助服务器启动时，它与该区的主控服务器进行连接并启动一次区传输，区辅助服务器定期与区主控服务器通信，查看区数据是否改变。如果改变了，它就启动一次数据更新传输。

每个区必须有主服务器，另外每个区至少要有一台辅助服务器，否则如果该区的主服务器崩溃了，就无法解析该区的名称。

辅助服务器的优点：

1. 容错能力。

   配置辅助服务器后，就在该区主服务器崩溃的情况下，客户机仍然能解析该区的名称。一般把区的主服务器和区的辅助服务器安装在不同子网上，这样入如果遇到一个子网的连接中断，DNS客户机还能直接查询另一个子网上的名称服务器。

2. 减少广域链路的通信量。

   如果某个区在远程有大量客户机，用户就可以在远程添加该区的辅助服务器，并把远程的客户机配置成先查询这些服务器，这样就能防止远程客户机通过慢速链路通信来进行DNS查询。

3. 减轻主服务器的负载。

   辅助服务器能回答该区的查询，从而减少该区服务器必须回答的查询数。

(4)DNS服务器与DNS缓存

• 运行DNS服务器程序的计算机，存储DNS数据库信息。DNS服务器会尝试解析客户机的查询请求。

• DNS服务器在解析客户机请求时，如果本地没有该DNS信息，则可以询问其他DNS服务器，当其他域名服务器返回查询结果时，该DNS服务器会将结果记录在本地的缓存中，成为DNS缓存。当下一次客户机提交相同请求时，DNS服务器能够直接使用缓存中的DNS信息进行解析。

2. DNS查询方式：递归查询和迭代查询

一个DNS查询的过程：

通过8个步骤的解析过程就使得客户端可以顺利访问www.163.com这个域名。但实际应用中，通常这个过程是非常迅速的。

在上述过程中，客户端和本地DNS服务器之间属于递归查询，本地DNS服务器和其他DNS服务器之间沟通的过程属于迭代查询。

两种查询方式：

1. 递归查询：一次沟通完。

   递归查询是一种DNS服务器的查询模式，在该模式下DNS服务器接收到客户机请求，必须使用一个准确的查询结果回复客户机。如果DNS服务器本地没有存储查询DNS信息，那么该服务器会询问其他服务器，并将返回的查询结果交给客户机。

2. 迭代查询

   DNS服务器另外一种查询方式为迭代查询，当客户机发送查询请求时，DNS服务器并不直接回复查询结果，而是告诉客户机另一台DNS服务器地址，客户机再向这台DNS服务器提交请求，依次循环直到返回查询的结果为止。

小结：

1. 一般情况下，从PC客户端到本地DNS服务器是属于递归查询。而DNS服务器之间的交互查询就是迭代查询。
2. 本地DNS服务器中存在高速缓存，高速缓存会记录新获取的IP地址。高速缓存的IP地址（IP地址未改变的情况下）通常可以保留两天。
3. 获取DNS服务器可以分为手动获取和自动获取。如果我们手动设置本地DNS服务器，例如谷歌假设的DNS服务器，这种使用人数众多的DNS服务器，在高速缓存中会存有大量的IP地址。
4. 如果自动获取DNS服务器，即不指定本地DNS服务器，路由器就会使用自身的DNS服务器来给我们使用。

3. 正向解析与反向解析

正向解析：是指域名到IP地址的解析过程。

反向解析：是从IP地址到域名的解析过程。反向解析的作用是为服务器的身份验证。

4. DNS资源记录

1. SOA资源记录

   每个区在区的开始处都包含了一个起始授权记录（StaofAuthorityRecord）简称SOA记录。SOA定义了域的全局参数，进行整个域的管理设置。一个区域文件只只允许存在唯一的SOA记录。

2. NS资源记录

   NS（NameServer）记录是域名服务器记录，用来指定该域名由哪个DNS服务器来进行解折。每个区在区根处至少包含一个NS记录。

3. A资源记录

   地址（A）资源记录把FQDN映射到IP地址。因为有此记录，所以DNS服务器能解析FQDN域名对应的IP地址。

4. PTR资源记录

   相对于A资源记录，指针（PTR）记录把IP地址映射到FQDN。用于反向查询，通过IP地址找到域名。

5. CNAME资源记录

   别名记录（CNAME），资源记录创建特定FQDN的别名。用户可以使用CNAME记录来隐藏用户网络的实现细节，使连接的客户机无法知道真正的域名。

   例：ping百度时，解析到了百度的别名服务器百度有个cname= 的别名 www.a.shifen.com.。

6. MX资源记录

   邮件交换（MX）资源记录，为DNS域名指定邮件交换服务器。

---

参考视频：

https://www.bilibili.com/video/BV1GW411j7Ts?p=1

https://www.bilibili.com/video/BV1F54y1R7BC?p=2