DNS协议解析

TCP/IP中使用的是IP地址和端口号来确定网络上某一台主机上的某一个程序，不免有人有疑问，为什么不用域名来直接进行通信呢？

• 因为IP地址是固定长度的，IPv4是32位，IPv6是128位，而域名是变长的，不便于计算机处理。
• IP地址对于用户来说不方便记忆，但域名便于用户使用，例如www.baidu.com这是百度的域名。

总结：IP地址是面向主机的，而域名则是面向用户的。DNS（域名系统）是因特网使用的命名系统，用于解决IP地址和域名的映射关系

ps：域名和IP的对应关系保存在一个叫hosts文件中。最初，通过互联网信息中心来管理这个文件，如果有一个新的计算机想接入网络，或者某个计算IP变更都需要到信息中心申请变更hosts文件。其他计算机也需要定期更新，才能上网。但是这样太麻烦了，就出现了DNS系统。

• 一个组织的系统管理机构, 维护系统内的每个主机的IP和主机名的对应关系
• 如果新计算机接入网络，将这个信息注册到数据库中
• 用户输入域名的时候，会自动查询DNS服务器，由DNS服务器检索数据库，得到对应的IP。在域名解析的过程中仍然会优先查找hosts文件的内容。

DNS域名结构

域名系统必须要保持唯一性。命名：

• 每一个域名（本文只讨论英文域名）都是一个标号序列（labels），用字母（A-Z，a-z，大小写等价）、数字（0-9）和连接符（-）组成
• 标号序列总长度不能超过255个字符，它由点号分割成一个个的标号（label）
• 每个标号应该在63个字符之内，每个标号都可以看成一个层次的域名。
• 级别最低的域名写在左边，级别最高的域名写在右边。

域名服务主要是基于UDP实现的，服务器的端口号为53。

其中顶级域名分为：国家顶级域名、通用顶级域名、反向域名。

DNS域名服务器

域名是分层结构，域名服务器也是对应的层级结构。

有了域名结构，还需要有一个东西去解析域名，域名需要由遍及全世界的域名服务器去解析，域名服务器实际上就是装有域名系统的主机。

由高向低进行层次划分，可分为以下几大类：

注：一个域名服务器所负责的范围，或者说有管理权限的范围，就称为区。

我们需要注意的是：

• 每个层的域名上都有自己的域名服务器，最顶层的是根域名服务器；
• 每一级域名服务器都知道下级域名服务器的IP地址
• 为了容灾, 每一级至少设置两个或以上的域名服务器

DNS域名解析过程

域名解析总体可分为一下过程：

• 输入域名后, 先查找自己主机对应的域名服务器，域名服务器先查找自己的数据库中的数据.
• 如果没有， 就向上级域名服务器进行查找， 依次类推
• 最多回溯到根域名服务器, 肯定能找到这个域名的IP地址
• 域名服务器自身也会进行一些缓存， 把曾经访问过的域名和对应的IP地址缓存起来, 可以加速查找过程

具体过程：

• 主机先向本地域名服务器进行递归查询
• 本地域名服务器采用迭代查询，向一个根域名服务器进行查询
• 根域名服务器告诉本地域名服务器，下一次应该查询的顶级域名服务器的IP地址
• 本地域名服务器向顶级域名服务器进行查询
• 顶级域名服务器告诉本地域名服务器，下一步查询权限服务器的IP地址
• 本地域名服务器向权限服务器进行查询
• 权限服务器告诉本地域名服务器所查询的主机的IP地址
• 本地域名服务器最后把查询结果告诉主机

拓展：递归查询和迭代查询

• 递归查询：本机向本地域名服务器发出一次查询请求，就静待最终的结果。如果本地域名服务器无法解析，自己会以DNS客户机的身份向其它域名服务器查询，直到得到最终的IP地址告诉本机
• 迭代查询：本地域名服务器向根域名服务器查询，根域名服务器告诉它下一步到哪里去查询，然后它再去查，每次它都是以客户机的身份去各个服务器查询。

通俗地说

• 递归就是把一件事情交给别人，如果事情没有办完，哪怕已经办了很多，都不要把结果告诉我，我要的是你的最终结果，而不是中间结果；如果你没办完，请你找别人办完。
• 迭代则是我交给你一件事，你能办多少就告诉我你办了多少，然后剩下的事情就由我来办。

在浏览器中输入url地址 ->> 显示主页的过程

简单来讲，分为域名输入、DNS解析、TCP连接、发送HTTP请求、响应HTTP请求，解析渲染、断开连接。

主要经历以下流程：

• 浏览器解析输入：地址栏会根据用户输入，做出如下判断：输入的是非 URL 结构的字符串，则会用浏览器默认的搜索引擎搜索该字符串；输入的是 URL 结构字符串，则会构建完整的 URL 结构，浏览器进程会将完整的 URL 通过进程间通信，即 IPC，发送给网络进程
• DNS解析：在网络进程接收到 URL 后，并不是马上对指定 URL 进行请求。首先进行DNS 解析域名得到对应的 IP，然后通过 ARP 解析 IP 得到对应的 MAC地址。DNS解析域名（寻址）的过程：
  • 浏览器缓存：询问浏览器 DNS 缓存
  • 本地系统缓存：询问本地操作系统 DNS 缓存（即查找本地 hosts 文件）
  • 路由器缓存：查询路由器的DNS缓存
  • ISP DNS 缓存：询问 ISP（Internet Service Provider）互联网服务提供商（例如电信、移动）的 DNS 服务器
  • 询问根服务器，这个过程可以进行递归和迭代两种查找的方式，两者都是先询问顶级域名服务器查找（DNS服务器先问根域名服务器.com域名服务器的IP地址，然后再问.com域名服务器，依次类推）
• 浏览器向服务器发起tcp连接：解析出IP地址后，根据IP地址和默认端口，和服务器三次握手建立TCP连接。
• 发送HTTP请求：浏览器发出读取文件(URL 中域名后面部分对应的文件)的HTTP 请求。cookie会随着请求发给服务器。
• 服务器处理请求并返回HTTP报文：服务器对浏览器请求作出响应，并把对应的 html 文本发送给浏览器
• 浏览器解析渲染页面：显示html文本内容
• 释放TCP连接：连接结束

（1）现代浏览器在与服务器建立了一个 TCP 连接后是否会在一个 HTTP 请求完成后断开？什么情况下会断开？

• 在 HTTP/1.0 中，一个服务器在发送完一个HTTP 响应后，会断开 TCP 链接。但是这样每次请求都会重新建立和断开 TCP 连接，代价过大。
• HTTP/1.1 就把 Connection:keep-alive 头写进标准，并且默认开启持久连接（长连接），默认情况下建立 TCP 连接不会断开，只有在请求报头中声明 Connection: close 才会在请求完成后关闭连接。

（2）一个 TCP 连接可以对应几个 HTTP 请求？

• 如果维持连接，一个 TCP 连接是可以发送多个 HTTP 请求的。可以理解为复用。

（3）一个 TCP 连接中 HTTP 请求发送可以一起发送么（比如一起发三个请求，再三个响应一起接收）？

• HTTP/1.1 存在一个问题，单个 TCP 连接在同一时刻只能处理一个请求，意思是说：两个请求的生命周期不能重叠，任意两个 HTTP 请求从开始到结束的时间在同一个 TCP 连接里不能重叠。虽然 HTTP/1.1 规范中规定了 Pipelining 来试图解决这个问题，但是这个功能在浏览器中默认是关闭的。但是，一些代理服务器不能正确的处理 HTTP Pipelining。正确的流水线实现是复杂的。
• HTTP2 提供了 Multiplexing 多路传输特性，可以在一个 TCP 连接中同时完成多个 HTTP 请求。多个 HTTP 请求可以在同一个 TCP 连接中并行进行。

（4）为什么有的时候刷新页面不需要重新建立 SSL 连接？

• TCP 连接有的时候会被浏览器和服务端维持一段时间。TCP 不需要重新建立，SSL 自然也会用之前的。

巨人的肩膀：

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