聊聊DNS与CDN

理解DNS

DNS（domain name system 域名系统），首先，它是一项应用层服务，可以将互联网中的主机名解析为IP地址，通常DNS是由多台DNS服务器搭建起来的分布式数据库，因此一个完整的域名解析的过程就是一个查询分布式数据库的过程。

DNS协议由两部分组成：
【1】用于根据主机名查询对应IP地址的请求和响应协议（域名解析）
【2】域名服务器之间用于交换资源记录的协议（区域传输）
DNS协议运行在UDP上，熟知端口号为53。

DNS查询流程

Mail.cctv.com. ————> 三级域名.二级域名.顶级域名.根域名。根域名就是一个点“.”

域名服务器分类
【1】根域名服务器（告诉本地域名服务器/LDNS下一步找哪一个顶级域名服务器）
【2】顶级域名服务器（管理在该域名服务器注册的所有二级域名）
【3】权限域名服务器（负责一个区的域名服务器）
【4】本地域名服务器（属性->ipv4…指定的“首选DNS”就是LDNS）

主机向本地域名服务器发送请求后，进行递归查询——我替你问
而域名服务器向其他域名服务器查询则采用迭代查询——你问别人

为了提高DNS查询效率，并减轻根域名服务器的负荷以及网络中DNS查询报文 的数量，在域名服务器中广泛使用了高速缓存域名服务器。

【1】浏览器正式向DNS服务器发送域名解析请求之前，首先查询浏览器的域名系统缓存，没有则去本地域名解析文件hosts查看，没有才会进行查询（dns）

Http1.1增加了host，用于实现虚拟主机，可以用来做负载均衡（同一台主机服务器部署多个网站，TCP连接到同一端点（目标主机的服务器端口），但是会根据host分发到具体的网站）

【2】客户端先查询本地域名服务器（LDNS），每个LDNS服务器都有缓存
【3】本地域名服务器没查到，则去查询根域服务器。根域服务器会返回顶级域名服务器的ip地址，顶级域名服务器返回目标区域的权威域名服务器的ip地址。最终权威域名服务器会给出最终结果。

本地服务器是递归查询，根域、顶级域名服务器是迭代查询，因为根域、顶级域名服务器处于高层次域，可以被所有子服务器发送解析请求，而本地服务器通常只对应一个ISP范围的用户。所以低层次服务器能够承受递归查询的代价，而高层次的服务器无法承受

细节

共同实现DNS分布式数据库的所有DNS服务器存储了资源记录，每个DNS回答报文都会保证至少一条资源记录。
一个资源记录就是一个四元组（name,value,type,ttl），记录可以简单的看作一个附带过期时间的键值对（name->value），其中键值对的意义取决于type。
【1】A记录，代表主机名到IP地址的映射（a.b.c.com -> 145.33.91.123）
【2】NS记录，代表顶层域到该域的权威DNS服务器主机名的映射（a.com -> dns.a.com），用于沿着查询链来路由能够解析域名的DNS服务器
【3】CNAME记录，将别名映射为一个主机名对应的规范主机名（a.com->aa.a.com）
【4】MX记录，返回邮件服务器的规范主机名（a.com -> mail.a.com）
【5】PTR反向解析，根据ip地址查询域名

DNS进行域名解析服务时，使用UDP协议，主要是为了效率（缩短整体的响应时间），而且报文的内容一般都不长，如果太长会被直接截断（因为DNS没有能够标识报文ID的字段，默认请求和应答都是使用一个报文）
一些TCP实现上，当收到一个截断的UDP响应包，一般会使用TCP重新请求发起DNS请求

如果需要防范DNS欺骗，需要对DNS报文进行数字签名，但是这造成DNS报文负载变大，不得不使用TCP进行传输（DNS over HTTPS）

由于DNS是一个分布式的系统，而且防止故障通常需要多台服务器搭建集群，一旦涉及数据同步就需要进行TCP传输数据（这个过程称为区域传送），因为数据同步要求数据的准确性和传输可靠性，而且数据量较多。

当一个区域的辅助域名服务器启动时，需要从主域名服务器传送区域信息，区域传输可能由计时器引起，也可能因DNS通知引起。完整区域传输通常使用UDP因为可能超过单个UDP报文上限。增量区域传输通常优先采用UDP，如果响应消息太大就会切换为TCP。
当使用UDP时，解析器和服务器应用程序必须在应用层保证可靠性。

DNS也是实现负载均衡的一种方案。
为了舒缓主服务的压力，部署一些从服务器，并且这些服务器具有不同的IP地址，这些IP地址与同一个规范主机名相关联，DNS数据库存储这些IP地址集合，当一个DNS请求过来，DNS服务器（或者使用一个缓存的DNS记录的代理服务器）根据某种算法，选取某个IP地址进行回应，以达到反向代理和负载均衡的效果。

一个URL 协议://域名:端口号/请求资源地址?参数
如果协议、端口、域名任何一个不同则认为跨域

理解CDN

CDN内容分发网络，本质上是一种缓存，CDN管理着多个不同地理位置主机的资源，大多数CDN基于截获和重定向本地域名服务器（LDNS）的DNS请求来实现。用户想要访问一个静态资源，它不必向源服务器请求资源，而是向一个地理上更近的CDN服务器去请求。

使用场景：
面向内部的网站，资源文件和业务代码比较耦合，script引用往往指向站内文件（相对地址）。这种方式的优点是发布简单、对服务器要求小。但是系统访问量增加后，为了减少服务器的压力，需要将服务器分离为资源服务器和应用服务器，这个时候各种静态资源的应用就需要改成绝对路径，指向对应的资源服务器。
提升用户发出请求后资源的响应速度、分担服务器压力、节省空间和流量。

<script src="http://apps.bdimg.com/libs/jquery/2.1.4/jquery.min.js"></script>

当服务器请求js的时候直接去最近的百度CDN服务器找，而不是当前自己的服务器

CDN流程

CDN的加速策略和通常域名绑定，通过域名访问资源，首先是通过DNS调度系统查找离用户地理上最近的CDN节点（边缘服务器）的ip地址。通过IP地址访问资源，如果CDN服务器上没有缓存资源，则会到源站请求资源，并缓存到CDN节点上。

大致流程：
用户向资源发出请求，首先会向本地DNS服务器（LDNS）发出DNS请求，本地域名服务在缓存中没有查询出结果后将递归查询，最终得到一个CNAME记录，这个CNAME最终会被解析到一台CDN专用的DNS服务器。
用户向CDN的全局负载均衡设备发出请求（递归），CDN全局负载均衡设备根据用户的IP地址、请求的URL选择一台用户所属区域的区域负载均衡设备，告诉用户向该设备发送请求，区域负载均衡设备向用户返回一台缓存服务器的IP地址。最终的结果就是，全局负载均衡设备向用户返回了一台CDN缓存服务器的IP地址。
如果该IP地址对应的服务器节点缓存了该资源，则会将数据直接返回给用户，请求结束。否则，该服务器节点将向源站发出对该资源的请求（当前缓存服务器依次向上一级服务器请求，直到请求达到源服务器）。获取资源后，结合用户（CDN服务购买者）自定义配置的缓存策略将资源缓存在该服务器节点。

总结：
DNS服务器可以根据用户IP地址（如分析地理位置）将域名解析到合适的缓存服务器IP地址，实现用户就近访问，而使用CDN服务，其实就是将域名解析的请求委托为CDN专用的DNS服务器，实现内容加速查询。（CDN实现多种多样，以上只是以DNS为例）