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DNS原理基础

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DNS，又称为域名系统（Domain Names System），是一项互联网服务，用于进行域名和与之相对应的IP地址进行转化的服务器。

Domain Names System

一、定义

DNS用于将域名转换为IP地址。其中：

  1. IP地址：一组用点分隔的能唯一标识互联网中的计算机的数字组合
  2. 域名：一串用点分隔的名字，用来表示计算机的名称

根据《计算机网络》的定义：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

二、域名构成

域名是层次结构，从上到下（从书写上看是从右到左），分为根域名、顶级域名、二级域名、三级域名等等。

  1. 根域名：root

    1. 顶级域名：net, com, edu, org…

      1. 二级域名：ibm, baidu, alibaba, ….

        1. 三级域名：www, mail, …

注意：在域名的每一个层级都有一个域名服务器，如果顶级域名中，有edu域名服务器，com域名服务器。

从上面可以看出，DNS 系统是一个典型的树状结构，从根域名服务器开始一级一级的查询。根服务器用于一切域名的起始解释权，通过下图可以大致了解解释权机制（SOA）。

DNS

三、查询方式

  • 递归查询：A只请求B，直到B返回A想要的结果。
  • 迭代查询：A请求B，B返回结果告知A所需要请求的其他服务器，然后A再请求C、D、E等并拿到响应的返回结果。

四、域名缓存

  • 对于域名服务器而言：

    在首次进行解析域名时，会使用缓存保存域名和对应的IP地址映射。

  • 对于本地计算机而言：

    • 对于浏览器：

      浏览器会在获取网站域名的实际IP后，用缓存保存下来，以减少网络请求次数

    • 对于操作系统：

      操作系统的缓存就是用户自己配置的hosts文件

五、查询过程

大致有七个步骤：

  1. 首先搜索浏览器的DNS缓存，其缓存中维护了一张域名与IP地址的对应表，若有则返回，并结束操作

  2. 若没有找到，继续搜索操作系统的DNS缓存，若有则返回，并结束操作

  3. 若没找到，则操作系统把域名发给本地域名服务器，本地域名服务器在自己的DNS缓存中采用递归方式查找，若有则返回，并结束操作

  4. 若没找到，则本地服务器向上级域名服务器进行迭代查询

    1. 本地域名服务器向根域名服务器发送请求，其会返回顶级域名服务器地址
    2. 本地域名服务器再向顶级域名服务器发送请求，其会返回二级域名服务器地址
    3. 本地域名服务器再向二级域名服务器发送请求，最终返回该域名对应的IP地址

至此，请求阶段完成，接下来分三步返回结果至浏览器并缓存。

  1. 本地域名服务器将得到的IP地址返回给操作系统，同时缓存该域名与IP的映射
  2. 操作系统将得到的IP地址返回给浏览器，同时缓存该域名与IP的映射
  3. 浏览器得到该域名对应的IP地址，同时缓存该域名与IP的映射

六、DNS 负载均衡基本原理

DNS 也用于在冗余的服务器之间进行负载分配。繁忙的站点（例如cnn.com）被冗余分布在多台服务器上，每台服务器均运行在不同的端系统上，每个都有着不同的 IP 地址。

DNS 服务器为同一个主机名/域名配置了多个 IP 地址，在应答 DNS 查询时，DNS 服务器对每个查询将以 DNS 文件中主机记录对应的 IP 地址按顺序返回不同的解析结果，将客户端访问引导到不同的机器上去，使得不同的客户端访问不同的服务器，从而达到负载均衡的目的。