网络协议--DNS：域名系统
14.1 引言
域名系统（DNS）是一种用于TCP/IP应用程序的分布式数据库，它提供主机名字和IP地址之间的转换及有关电子邮件的选路信息。这里提到的分布式是指在Internet上的单个站点不能拥有所有的信息。每个站点（如大学中的系、校园、公司或公司中的部门）保留它自己的信息数据库，并运行一个服务器程序供Internet上的其他系统（客户程序）查询。DNS提供了允许服务器和客户程序相互通信的协议。
从应用的角度上看，对DNS的访问是通过一个地址解析器（resolver）来完成的。在Unix主机中，该解析器主要是通过两个库函数gethostbyname(3)和gethostbyaddr(3)来访问的，它们在编译应用程序时与应用程序连接在一起。前者接收主机名字返回IP地址，而后者接收IP地址来寻找主机名字。解析器通过一个或多个名字服务器来完成这种相互转换。
图4-2中指出了解析器通常是应用程序的一部分。解析器并不像TCP/IP协议那样是操作系统的内核。该图指出的另一个基本概念就是：在一个应用程序请求TCP打开一个连接或使用UDP发送一个数据报之前。心须将一个主机名转换为一个IP地址。操作系统内核中的TCP/IP协议族对于DNS一点都不知道。
本章我们将了解地址解析器如何使用TCP/IP协议（主要是UDP）与名字服务器通信。我们不介绍运行名字服务器或有关可选参数的细节，这些技术细节的内容可以覆盖整整一本书。（见[Albitz and Liu 1992]标准Unix解析器和名字服务器介绍）。
RFC 1034 [Mockapetris 1987a] 说明了DNS的概念和功能，RFC 1035 [Mockapetris 1987b] 详细说明了DNS的规范和实现。DNS最常用的版本（包括解析器和名字服务器）是BIND—伯克利Internet域名服务器。该服务器称作named。[Danzig、Obraczka和Kumar 1992]分析了DNS在广域网中产生的通信量。
14.2 DNS基础
DNS的名字空间和Unix的文件系统相似，也具有层次结构。图14-1显示了这种层次的组织形式。
每个结点（图14-1中的圆圈）有一个至多63个字符长的标识。这颗树的树根是没有任何标识的特殊结点。命名标识中一律不区分大写和小写。命名树上任何一个结点的域名就是将从该结点到最高层的域名串连起来，中间使用一个点“.”分隔这些域名（注意这和Unix文件系统路径的形成不同，文件路径是由树根依次向下的形成的）。域名树中的每个结点必须有一个唯一的域名，但域名树中的不同结点可使用相同的标识。
以点“.”结尾的域名称为绝对域名或完全合格的域名FQDN（Full Qualified DomainName），例如sun.tuc.noao.edu.。如果一个域名不以点结尾，则认为该域名是不完全的。如何使域名完整依赖于使用的DNS软件。如果不完整的域名由两个或两个以上的标号组成，则认为它是完整的；或者在该域名的右边加入一个局部后缀。例如域名sun通过加上局部后缀.tuc.noao.edu.成为完整的。
顶级域名被分为三个部分：
- arpa是一个用作地址到名字转换的特殊域（我们将在14.5节介绍）。
- 7个3字符长的普通域。有些书也将这些域称为组织域。
- 所有2字符长的域均是基于ISO3166中定义的国家代码，这些域被称为国家域，或地理域。
图14-2列出了7个普通域的正式划分。
在DNS中，通常认为3字符长的普通域仅用于美国的组织机构，2字符长的国家域则用国际组织美国军事网点于每个国家，但情况并不总是这样。许多非美国的组织机构仍然使用普通域，而一些美国的其他组织组织机构也使用.us的国家域（RFC 1480 [Cooper and Postel 1993] 详细描述了.us域）。普通域中只有.gov和.mil域局限于美国。
许多国家将它们的二级域组织成类似于普通域的结构：例如，.ac.uk是英国研究机构的二级域名，.co.uk则是英国商业机构的二级域名。
DNS的一个没在如图14-1中表示出来的重要特征是DNS中域名的授权。没有哪个机构来管理域名树中的每个标识，相反，只有一个机构，即网络信息中心NIC负责分配顶级域和委派其他指定地区域的授权机构。
一个独立管理的DNS子树称为一个区域(zone)。一个常见的区域是一个二级域，如noao.edu。许多二级域将它们的区域划分成更小的区域。例如，大学可能根据不同的系来划分区域，公司可能根据不同的部门来划分区域。
如果你熟悉Unix的文件系统，会注意到DNS树中区域的划分同一个逻辑Unix文件系统到物理磁盘分区的划分很相似。正如无法确定图14-1中区域的具体位置，我们也不知道一个Unix文件系统中的目录位于哪个磁盘分区。
一旦一个区域的授权机构被委派后，由它负责向该区域提供多个名字服务器。当一个新系统加入到一个区域中时，该区域的DNS管理者为该新系统申请一个域名和一个IP地址，并将它们加到名字服务器的数据库中。这就是授权机构存在的必要性。例如，在一个小规模的大学，一个人就能完成每次新系统的加入。但对一个规模较大的大学来说，这一工作必须被专门委派的机构（可能是系）来完成，因为一个人已无法维持这一工作。
一个名字服务器负责一个或多个区域。一个区域的管理者必须为该区域提供一个主名字服务器和至少一个辅助名字服务器。主、辅名字服务器必须是独立和冗余的，以便当某个名字服务器发生故障时不会影响该区域的名字服务。
主、辅名字服务器的主要区别在于主名字服务器从磁盘文件中调入该区域的所有信息，而辅名字服务器则从主服务器调入所有信息。我们将辅名字服务器从主服务器调入信息称为区域传送。
当一个新主机加入一个区域时，区域管理者将适当的信息（最少包括名字和IP地址）加入到运行在主名字服务器上的一个磁盘文件中，然后通知主名字服务器重新调入它的配置文件。辅名字服务器定时（通常是每隔3小时）向主名字服务器询问是否有新数据。如果有新数据，则通过区域传送方式获得新数据。
当一个名字服务器没有请求的信息时，它将如何处理？它必须与其他的名字服务器联系。（这正是DNS的分布特性）。然而，并不是每个名字服务器都知道如何同其他名字服务器联系。相反，每个名字服务器必须知道如何同根的名字服务器联系。1993年4月时有8个根名字服务器，所有的主名字服务器都必须知道根服务器的IP地址（这些IP地址在主名字服务器的配置文件中，主服务器必须知道根服务器的IP地址，而不是它们的域名）。根服务器则知道所有二级域中的每个授权名字服务器的名字和位置（即IP地址）。这意味着这样一个反复的过程：正在处理请求的名字服务器与根服务器联系，根服务器告诉它与另一个名字服务器联系。在本章的后面我们将通过一些例子来详细了解这一过程。
你可以通过匿名的FTP获取当前的根服务器清单。具体是从ftp.rs.internic.net或nic.ddn.mil获取文件netinfo/root-servers.txt。
DNS的一个基本特性是使用超高速缓存。即当一个名字服务器收到有关映射的信息（主机名字到IP地址）时，它会将该信息存放在高速缓存中。这样若以后遇到相同的映射请求，就能直接使用缓存中的结果而无需通过其他服务器查询。14.7节显示了一个使用高速缓存的例子。