一篇让你彻底了解DNS原理及其解析过程

1.序

TCP/IP网络中要求每一个互连的计算机都具有其唯一的IP地址,如39.1xx.20.58。并基于这个IP地址进行通信。然而,直接使用IP地址有很多不便之处。例如,在进行应用操作时,用户必须指定对端的接收地址,此时如果使用IP地址的话应用就会有很多不便之处。因为IP地址是由一串数据序列组成,并不好记。

从人类的角度看。我们平常在访问某个网站时不使用IP地址,而是用一串由罗马字和点号组成的字符串。如 www.baidu.com。能够这样做是因为有了DNS( Domain Name System)功能的支持。DNS可以将那串字符串自动转换为具体的IP地址。因为与 IP 地址的一组纯数字相比，用字母配合数字的表示形式来指定计算机名更符合人类的记忆习惯。

从计算机的角度看。但要让计算机去理解名称，相对而言就变得困难了。因为计算机更擅长处理一长串数字。为了解决上述的问题，DNS 服务应运而生。DNS 协议提供通过域名查找 IP 地址，或逆向从 IP 地址反查域名的服务。

这种DNS不仅适用于IPv4,还适用于IPv6。

2.问题

为此,TCP/IP世界中从一开始就已经有了一个叫做主机识别码的东西。这种识别方式是指为每台计算机赋以唯一的主机名,在进行网络通信时可以直接使用主机名称而无需输入一大长串的IP地址。并且此时,系统必须自动将主机名转换为具体的IP地址。为了实现这样的功能,主机往往会利用一个叫做hosts的数据库文件。类似于下：

主机名 IP地址

Host1 192.462.12.1

Host2 192.422.12.2

Host3 192.422.12.3

在互联网的起源 ARPANET中,起初由互联网信息中心(SRI-NIC)整体管理一份 hosts文件。如果新增一台计算机接入到 ARPANET网或者已有的某台计算机要进行IP地址变更,中心的这个 hosts文件就得更新,而其他计算机则不得不定期下载最新的 hosts文件才能正常使用网络。

然而,随着网络规模的不断扩大、接入计算机的个数不断增加,使得这种集中管理主机名和IP地址的登录、变更处理的可行性逐渐降低。

3.DNS产生

基于以上背景，DNS（Domain Name System）由此产生。在DNS中主机的管理机构可以对数据进行变更和设定。也就是说,它可以维护一个用来表示组织内部主机名和IP地址之间对应关系的分布式数据库。从而提供域名到 IP 地址之间的解析服务。能够使人更方便地访问互联网。

DNS服务是和 HTTP 协议一样位于应用层的协议。

在应用中,当用户输入主机名(域名)时,DNS会 自动检索那个注册了主机名和IP地址的数据库, 并迅速定位对应的IP地址,如果主机名和IP地址需要进行变更时,也 只需要在组织机构内部进行处理即可。有了DNS,不论网络规模变得多么庞大,都能通过DNS进行管理。可以说DNS充分地解决了 ARPANET初期遇到的问题。

4.域名的构成

域名是指为了识别主机名称和组织机构名称的一种具有分层的名称。例如，日本仓敷艺术科学大学的域名是

blog. csdn. net

域名由几个英文字母(或英文字符序列)用点号连接构成。在上述域名中最左边的“blog”表示博客。而“. csdn”是中国IT社区CSDN。最后边的“. net”则代表网络提供商。

DNS的分层如下：

名称类型	说明	示例
根域名	用来管理互联网的主目录	.
顶级域名（一级域名）	用来表示某个国家/地区或者组织机构使用的名称的类型名称	.com
二级域名	公司/个人或者组织在Internet上使用的注册名称	baidu.com
子域名	网站名称	www.baidu.com
主机名	主机名	xingkong.www.baidu.com

也叫做树形结构。如果说顶点是树的根(root),顶点的下一层叫做顶级域名,它包括中国是cn，日本是jp等；还有就是通用顶级域名（generic top-level domains，简称gTLDs），例如:

• .com用于商业机构。它是最常见的顶级域名。任何人都可以注册.COM 形式的域名。也是目前全球最流行的域名后缀，注册量早已破亿。
• .net是国际上广泛流行的通用域名，一般用于从事Internet相关的网络服务的机构或公司，是建立全球商业品牌，国际化形象的第一选择。最初是用于网络组织，例如因特网服务商和维修商，现在任何人都可以注册以.NET结尾的域名。
• .cn域名是由我国管理的国家顶级域名。.cn代表中国，是具有中国独特标识的域名。当前.cn域名在全球具有最大的市场。

其中根服务器主要用来管理互联网的主目录，全世界IPv4根服务器只有13台（这13台IPv4根域名服务器名字分别为“A”至“M”），1个为主根服务器在美国。其余12个均为辅根服务器，其中9个在美国，欧洲2个，位于英国和瑞典，亚洲1个位于日本。根服务器中有经美国政府批准的260个左右的互联网后缀（如.com、.net、.cn等）。

5.域名服务器

域名服务器是指管理域名的主机和相应的软件，它可以管理所在分层的域的相关信息。

• 各个域的分层上都有设有各自的域名服务器
• 各层域名服务器都了解该层以下分层中所有域名服务器的IP地址。因此它们从根域名服务器开始呈树状结构相互连接。
• 由于所有域名服务器都了解根域名服务器的IP地址,所以若从根开始按照顺序追踪,可以访问世界上所有域名服务器的地址。

  

DNS解析是分布式存储的，比如根域名服务器只存储260个顶级域名的DNS服务器的ip地址。顶级域名服务器如.com的DNS服务器，存储的则是一些一级域名的权威DNS服务器地址(如suning.com，qq.com，163.com的DNS)。而suning.com的权威DNS存储的才是具体的主机记录（如A记录，cname记录，txt记录）。

根域名服务器IP地址：http://www.internic.net/zones/named.root

6.DNS的查询

当发送一个url请求时，不管这个url是web页面的url还是web页面上的每个资源的url，浏览器都会开启一个线程处理该请求，同时在远程DNS服务器上启动一个DNS查询，这能使浏览器获得请求对应的IP地址．

1.浏览器缓存，浏览器会缓存DNS记录一段时间。 有趣的是，操作系统没有告诉浏览器储存DNS记录的时间，这样不同浏览器会储存个自固定的一个时间（2分钟到30分钟不等）。

2.系统缓存，如果在浏览器缓存里没有找到需要的记录，浏览器会做一个系统调用（windows里是gethostbyname）。这样便可获得系统缓存中的记录。

这里也可以是hosts缓存

3.路由器缓存，接着，前面的查询请求发向路由器，它一般会有自己的DNS缓存。

4.ISP DNS 缓存（本地DNS），接下来要check的就是ISP缓存DNS的服务器。在这一般都能找到相应的缓存记录。

前面所有步骤没有缓存的情况下，本地 DNS 服务器会将请求转发到互联网上的根域，你的ISP的DNS服务器从根域名服务器开始进行搜索，

5.根域名服务器

全球仅有13台根域名服务器，1个主根域名服务器，其余12为辅根域名服务器。根域名收到请求后会查看区域文件记录，若无则将其管辖范围内顶级域名（如.com）服务器IP告诉本地DNS服务器；

6.顶级域名服务器

顶级域名服务器收到请求后查看区域文件记录，若无则将其管辖范围内主域名服务器的IP地址告诉本地DNS服务器；

7.主域名服务器

主域名服务器接受到请求后查询自己的缓存，如果没有则进入下一级域名服务器进行查找，并重复该步骤直至找到正确纪录；把IP地址告诉本地DNS服务器。

8.保存结果至缓存

　本地域名服务器把返回的结果保存到缓存，以备下一次使用，同时将该结果反馈给客户端，客户端通过这个IP地址与web服务器建立链接。

下面这个图很好的诠释了整个流程：

简略图

详细图

参考链接

https://www.zhihu.com/question/23042131

https://blog.51cto.com/369369/812889

https://zhuanlan.zhihu.com/p/90160406

《图解http》 《图解TCP/IP》

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