应用层Application layer DNS, since 2020-07-22

HTTP/Web协议中的域名，需要首先经过Domain Naming System (DNS)，将域名(主机名hostname)转换成请求网站的IP地址。DNS是，1) 一个由分层的DNS服务器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(application layer protocol)。

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(2020.07.24)

• DNS和HTTP/Web/SMTP/etc所使用的是一个平行的网络

• 对应的运输层协议
  UDP (User Datagram Protocol)，端口53

• DNS的用户
  应用层的其他协议, e.g., HTTP/SMTP/FTP

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• 由DNS服务器获得IP地址的流程
  以发送HTTP请求为例，提出请求的主机上运行着DNS应用的客户端。
  1. 浏览器从URL中抽取出主机名www.xxxx.com，并将主机名传给DNS应用的客户端。
  2. DNS客户端向DNS服务器端发出一个含有主机名的请求。
  3. DNS服务器端处理主机名并与其他DNS服务器通信，返回给客户端一个响应报文，其中含有请求报文中主机名对应的IP。
  4. DNS客户端所在的浏览器收到IP报文，能够向位于该IP的80端口发起一个TCP连接。

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• DNS提供的服务
  1. 主机名到IP地址的转换。
  2. 主机别名host alias，一台主机可有多个名字，其中包括规范主机名Canonical hostname。
  3. 邮件服务器别名。类似于主机别名。
  4. 负载分配(load distribution)。繁忙的站点(google.com)被分布在多台服务器上(多个端系统中)，每个服务器有一个unique的IP地址。一个IP地址集合与同一个Canonical hostname相联系。DNS数据库保存这个集合。当客户对映射到某地址集合的名字发出一个DNS请求，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IP地址次序。客户总是向IP地址排在最前面的服务器发送HTTP请求报文，所以DNS在这些冗余服务器之间实现了负载分配。简单说，一个主机名对应多台服务器和多个IP，访问时集体响应，客户访问其中一个IP。

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• DNS是在网络上实现分布式数据库的典范。DNS使用了大量的DNS服务器，以层次方式组织。
• DNS服务器的类型
  根DNS服务器顶级域(Top-Level Domain, TLD) DNS服务器权威DNS服务器
• DNS服务器之间的交互方式
  一个DNS客户端要申请www.xxx.com的IP地址。
  1. 客户先与根服务器之一联系，返回顶级域名.com的TLD服务器的IP地址。
  2. 客户与TLD服务器之一联系，将为xxx.com返回权威服务器的IP地址。
  3. 客户与权威服务器之一联系，为www.xxx.com返回其IP地址。

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• 本地服务器 Local DNS server
  每个ISP(Internet Service Provider)，都有一台本地DNS服务器。当主机与某个ISP连接时，该ISP提供一台主机的IP地址，该主机具有一台或多台其本地DNS服务器的IP地址。用户使用HTTP等协议时，请求首先发送到本地DNS服务器，本地DNS服务器与根服务器/TLD服务器/权威服务器等实现互动。发送一个HTTP请求，共执行8次信息互动。

• 递归Recursive query和迭代查询Iterative query

• DNS缓存cache
  当某DNS服务器接收一个DNS回答时，它能将映射缓存在本地存储器中。当local DNS server接收到一个回答，它能够缓存包含在该回答中的任何信息。如果在DNS服务器中缓存了一台主机名/IP pair，另一个对相同主机名的查询到达该DNS服务器时，该DNS服务器能够提供所要求的IP机制，即使它不是该主机名的权威服务器。同时，由于主机和主机名与IP地址间的映射不是永久的，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。

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• DNS报文和记录
  skip

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• Reference
  1. 计算机网络(自顶向下方法)，James F. Kurose and etc., 陈鸣译，机械工业出版社，2019年