网络：DNS
DNS原理及其解析過程
為什么需要DNS解析域名為IP地址？
網絡通訊大部分是基于TCP/IP的，而TCP/IP是基于IP地址的，所以計算機在網絡上進行通訊時只能識別如“202.96.134.133”之類的IP地址，而不能認識域名。我們無法記住10個以上IP地址的網站，所以我們訪問網站時，更多的是在瀏覽器地址欄中輸入域名，就能看到所需要的頁面，這是因為有一個叫“DNS服務器”的計算機自動把我們的域名“翻譯”成了相應的IP地址，然后調出IP地址所對應的網頁。
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具體什么是DNS？
DNS( Domain Name System)是“域名系統”的英文縮寫，是一種組織成域層次結構的計算機和網絡服務命名系統，它用于TCP/IP網絡，它所提供的服務是用來將主機名和域名轉換為IP地址的工作。DNS就是這樣的一位“翻譯官”，它的基本工作原理可用下圖來表示。
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DNS 的過程？
關于DNS的獲取流程：
DNS是應用層協議，事實上他是為其他應用層協議工作的，包括不限于HTTP和SMTP以及FTP，用于將用戶提供的主機名解析為ip地址。
具體過程如下：
①用戶主機上運行著DNS的客戶端，就是我們的PC機或者手機客戶端運行著DNS客戶端了(所以說我們的手機和電腦都是在后臺運行著DNS客戶端的)
②瀏覽器將接收到的url中抽取出域名字段，就是訪問的主機名，比如
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http://www.baidu.com/, 并將這個主機名傳送給DNS應用的客戶端
③DNS客戶機端向DNS服務器端發送一份查詢報文，報文中包含著要訪問的主機名字段（中間包括一些列緩存查詢以及分布式DNS集群的工作）
④該DNS客戶機最終會收到一份回答報文，其中包含有該主機名對應的IP地址
⑤一旦該瀏覽器收到來自DNS的IP地址，就可以向該IP地址定位的HTTP服務器發起TCP連接
DNS服務的體系架構是怎樣的？
DNS domain name system 主要作用就是將主機域名轉換為ip地址
假設運行在用戶主機上的某些應用程序（如Webl瀏覽器或者郵件閱讀器）需要將主機名轉換為IP地址。這些應用程序將調用DNS的客戶機端，并指明需要被轉換的主機名。（在很多基于UNIX的機器上，應用程序為了執行這種轉換需要調用函數gethostbyname（））。用戶主機的DNS客戶端接收到后，向網絡中發送一個DNS查詢報文。所有DNS請求和回答報文使用的UDP數據報經過端口53發送（至于為什么使用UDP，請參看為什么域名根服務器只能有13臺呢？ - 郭無心的回答）經過若干ms到若干s的延時后，用戶主機上的DNS客戶端接收到一個提供所希望映射的DNS回答報文。這個查詢結果則被傳遞到調用DNS的應用程序。因此，從用戶主機上調用應用程序的角度看，DNS是一個提供簡單、直接的轉換服務的黑盒子。但事實上，實現這個服務的黑盒子非常復雜，它由分布于全球的大量DNS服務器以及定義了DNS服務器與查詢主機通信方式的應用層協議組成。
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DNS為什么不采用單點的集中式的設計方式，而是使用分布式集群的工作方式？
DNS的一種簡單的設計模式就是在因特網上只使用一個DNS服務器，該服務器包含所有的映射，在這種集中式的設計中，客戶機直接將所有查詢請求發往單一的DNS服務器，同時該DNS服務器直接對所有查詢客戶機做出響應，盡管這種設計方式非常誘人，但他不適用當前的互聯網，因為當今的因特網有著數量巨大并且在持續增長的主機，這種集中式設計會有單點故障（嗝屁一個，全球著急），通信容量（上億臺主機發送的查詢DNS報文請求，包括但不限于所有的HTTP請求，電子郵件報文服務器，TCP長連接服務），遠距離的時間延遲（澳大利亞到紐約的舉例），維護開銷大（因為所有的主機名-ip映射都要在一個服務站點更新）等問題
DNS服務器一般分三種，根DNS服務器，頂級DNS服務器，權威DNS服務器。
使用分布式的層次數據庫模式以及緩存方法來解決單點集中式的問題。
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DNS域名稱
域名系統作為一個層次結構和分布式數據庫，包含各種類型的數據，包括主機名和域名。DNS數據庫中的名稱形成一個分層樹狀結構稱為域命名空間。域名包含單個標簽分隔點，例如：
完全限定的域名 (FQDN) 唯一地標識在 DNS 分層樹中的主機的位置，通過指定的路徑中點分隔從根引用的主機的名稱列表。 下圖顯示與主機稱為 im 內
qq.comDNS 樹的示例。 主機的 FQDN 是
im.qq.comDNS 域的名稱層次結構
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DNS域名稱空間的組織方式
按其功能命名空間中用來描述 DNS 域名稱的五個類別的介紹詳見下表中，以及與每個名稱類型的示例。
例如：
www.uestc.edu.cnDNS 和 Internet 域
互聯網域名系統由名稱注冊機構負責維護分配由組織和國家/地區的頂級域在 Internet 上進行管理。 這些域名按照國際標準 3166。 一些很多現有縮寫，保留以供組織中，以及兩個字母和三個字母的國家/地區使用的縮寫使用下表所示。一些常見的DNS域名稱如下圖：
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資源記錄
DNS 數據庫中包含的資源記錄 (RR)。 每個 RR 標識數據庫中的特定資源。我們在建立DNS服務器時，經常會用到SOA,NS,A之類的記錄，在維護DNS服務器時，會用到MX，CNAME記錄。?
常見的RR見下圖：
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Dns服務的工作過程
當 DNS 客戶機需要查詢程序中使用的名稱時，它會查詢本地DNS 服務器來解析該名稱。客戶機發送的每條查詢消息都包括3條信息，以指定服務器應回答的問題。
● 指定的 DNS 域名，表示為完全合格的域名 (FQDN) 。
● 指定的查詢類型，它可根據類型指定資源記錄，或作為查詢操作的專門類型。
● DNS域名的指定類別。
對于DNS 服務器，它始終應指定為 Internet 類別。例如，指定的名稱可以是計算機的完全合格的域名，如
，并且指定的查詢類型用于通過該名稱搜索地址資源記錄。
DNS 查詢以各種不同的方式進行解析。客戶機有時也可通過使用從以前查詢獲得的緩存信息就地應答查詢。DNS 服務器可使用其自身的資源記錄信息緩存來應答查詢，也可代表請求客戶機來查詢或聯系其他 DNS 服務器，以完全解析該名稱，并隨后將應答返回至客戶機。這個過程稱為遞歸。
另外，客戶機自己也可嘗試聯系其他的 DNS 服務器來解析名稱。如果客戶機這么做，它會使用基于服務器應答的獨立和附加的查詢，該過程稱作迭代，即DNS服務器之間的交互查詢就是迭代查詢。
DNS 查詢的過程如下圖所示。
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1、在瀏覽器中輸入www . qq .com 域名，先查瀏覽器的緩存看是否有映射，如果有，就先調用這個IP地址映射，完成域名解析。
? 沒有的話操作系統會檢查自己本地的hosts文件是否有這個網址映射關系，如果有，就先調用這個IP地址映射，完成域名解?析。
2、如果hosts里沒有這個域名的映射，則查找本地DNS解析器緩存（路由過程中還會在路由器的緩存中查找）是否有這個網址映射關系，如果有，直接返回，完成域名解析。
3、如果hosts與本地DNS解析器緩存都沒有相應的網址映射關系，首先會找TCP/ip參數中設置的首選DNS服務器，在此我們叫它本地DNS服務器（運行商的基站），此服務器收到查詢時，如果要查詢的域名，包含在本地配置區域資源中，則返回解析結果給客戶機，完成域名解析，此解析具有權威性。
4、如果要查詢的域名，不由本地DNS服務器區域解析，但該服務器已緩存了此網址映射關系，則調用這個IP地址映射，完成域名解析，此解析不具有權威性。
5、（根提示模式）如果本地DNS服務器本地區域文件與緩存解析都失效，則根據本地DNS服務器的設置（是否設置轉發器）進行查詢，如果未用轉發模式，本地DNS就把請求發至13臺根DNS，根DNS服務器收到請求后會判斷這個域名(.com)是誰來授權管理，并會返回一個負責該頂級域名服務器的一個IP。本地DNS服務器收到IP信息后，將會聯系負責.com域的這臺服務器。這臺負責.com域的服務器收到請求后，如果自己無法解析，它就會找一個管理.com域的下一級DNS服務器地址(http://qq.com)給本地DNS服務器。當本地DNS服務器收到這個地址后，就會找http://qq.com域服務器，重復上面的動作，進行查詢，直至找到www . qq .com主機。
6、（轉發模式）如果用的是轉發模式，此DNS服務器就會把請求轉發至上一級DNS服務器，由上一級服務器進行解析，上一級服務器如果不能解析，或找根DNS或把轉請求轉至上上級，以此循環。不管是本地DNS服務器用是是轉發，還是根提示，最后都是把結果返回給本地DNS服務器，由此DNS服務器再返回給客戶機。?
在此過程中，DNS充當正向代理的角色
從客戶端到本地DNS服務器是屬于遞歸查詢，而DNS服務器之間就是的交互查詢就是迭代查詢。
附錄：
本地DNS配置轉發與未配置轉發數據包分析
新建一DNS，具體怎么建我這里就不再描述了，見我的上一篇博文《在Win2003中安裝bind【部署智能DNS】》
1、DNS服務器不設轉發
在192.168.145.228服務器上安裝上wireshark軟件，并打開它，設置數據包為UDP過濾，在192.168.145.12客戶機上用nslookup命令查詢一下http://www.sohu.com/，馬上可以看到本地DNS服務器直接查全球13臺根域中的某幾臺，然后一步步解析，通過遞代的方式，直到找到www .sohu .com對應的IP為220.181.118.87。
本地DNS服務器得到搜狐的IP后，它把這個IP返回給192.168.145.12客戶機，完成解析。
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2、DNS服務器設置轉發
因搜狐域名在第一步的驗證中使用過，有緩存，為了不受上步實驗干擾，我們在客戶機上192.168.145.12上nslookup?百度一下，你就知道。從圖上看，本地DNS把請求轉發至192.168.133.10服務器，133.10服務器把得到的IP返回給本地DNS，然后本地DNS再把IP告訴DNS客戶機，完成解析。
解析順序
1）?瀏覽器緩存
當用戶通過瀏覽器訪問某域名時，瀏覽器首先會在自己的緩存中查找是否有該域名對應的IP地址（若曾經訪問過該域名且沒有清空緩存便存在）；
2）?系統緩存
當瀏覽器緩存中無域名對應IP則會自動檢查用戶計算機系統Hosts文件DNS緩存是否有該域名對應IP；
3）?路由器緩存
當瀏覽器及系統緩存中均無域名對應IP則進入路由器緩存中檢查，以上三步均為客服端的DNS緩存；
4）?ISP（互聯網服務提供商）DNS緩存
當在用戶客服端查找不到域名對應IP地址，則將進入ISP DNS緩存中進行查詢。比如你用的是電信的網絡，則會進入電信的DNS緩存服務器中進行查找；
5）?根域名服務器
當以上均未完成，則進入根服務器進行查詢。全球僅有13臺根域名服務器，1個主根域名服務器，其余12為輔根域名服務器。根域名收到請求后會查看區域文件記錄，若無則將其管轄范圍內頂級域名（如.com）服務器IP告訴本地DNS服務器；
6）?頂級域名服務器
頂級域名服務器收到請求后查看區域文件記錄，若無則將其管轄范圍內主域名服務器的IP地址告訴本地DNS服務器；
7）?主域名服務器
主域名服務器接受到請求后查詢自己的緩存，如果沒有則進入下一級域名服務器進行查找，并重復該步驟直至找到正確紀錄；
8）保存結果至緩存
本地域名服務器把返回的結果保存到緩存，以備下一次使用，同時將該結果反饋給客戶端，客戶端通過這個IP地址與web服務器建立鏈接。
總結
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