DNS 域名解析流程

DNS 基本概述

DNS（Domain Name System）域名系统是一个将ip地址映射称为域名或者将域名映射成为ip地址的一种服务。DNS协议是应用层协议，运行在UDP之上，使用53端口。DNS使用客户 - 服务器模式运行在通信的端系统之间，在通信的端系统之间通过端到端的传输协议来传送DNS报文。

下面通过一个示例来简单描述DNS的解析过程，例如，你在浏览器中输入了 “mail.qq.com”，实际会发生以下操作：

同一台用户主机上运行着 DNS 应用的客户端

浏览器将主机名 “mail.qq.com” 发送给 DNS应用的客户端

DNS 客户端向 DNS 服务端发送一个包含主机名的请求

DNS 客户端最终会收到一份回答报文，其中包含该目标主机的IP地址

一旦浏览器收到目标主机的IP地址后，它就能够向位于该IP地址80端口的HTTP服务器进程发起一个TCP连接

除了提供IP地址到主机名的转换，DNS还提供了下面几个重要的服务

主机别名（host aliasing）,有着复杂的主机名的主机能够拥有一个或者多个其他别名，比如说一台名为 aaabbbcdef.com 的主机，同时会拥有 a.com 和 b.com 两个主机别名，在这种情况下 aaabbbcdef.com 也称为规范主机名，而主机别名比规范主机名更加容易记忆。应用程序可以调用 DNS 来获得主机别名对应的规范主机名以及对应的IP地址。
邮件服务器别名（mail server aliasing），同样的，电子邮件的应用程序也可以调用 DNS 对提供的主机名进行解析。
负载均衡（load distribution），DNS也用于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，每台服务器运行在不同的端系统之间，每个都有着不同的IP地址。由于这些冗余的Web服务器，一个IP地址集合因此与同一个规范主机名联系。DNS数据库中存储着这些IP地址的集合。由于客户端每次都会发起 HTTP 请求，所以DNS就会在所有这些冗余的Web服务器之间循环分配了负载。

DNS的域名空间结构

域名系统作为一个层次结构和分布式数据库，包含各种类型的数据，包括主机名和域名。DNS数据库中的名称形成一个分层树状结构称为命名空间

domain-name-layer

了解域名结构

以mail.qq.com域名为例，com为顶级域名，qq.com 为二级域名， mail.qq.com为三级域名

顶级域名服务器

顶级域名为最后一个.右侧部分的内容，如mail.qq.com的com就是顶级域名，顶级域名对应的服务器称之为顶级域名服务器

二级域名服务器

域名 mail.qq.com中的倒数第二个.右侧部分qq.com成为二级域名

根域名服务器

在2016年之前全球一共拥有13台根服务器，1台主根服务器在美国，其他12台为辅根服务器，其中美国9台，英国1台，瑞典1台，日本1台，这13台根服务器主要管理互联网的主目录，主要作用IPV4。 2016年，中国下一代互联网工程中心领衔发起雪人计划，旨在为下一代互联网(IPV6)提供更多的根服务器解决方案，该计划于2017年完成，其中包含3台主根服务器，中国1台，美国1台，日本1台，22台辅根服务器，中国3台，美国2台，印度和法国分别有3台，德国2台，俄罗斯、意大利、西班牙、奥地利、智利、南非、澳大利亚、瑞士、荷兰各1台，共22台，从此形成了13台原有根加25台IPV6根服务器的新格局

本地域名服务器

本地域名服务器的范围非常广，没有一个详细的定位，可能是某个运营商部署在该城市的一台服务器，也可能是某个公司的一台服务器，甚至可能是某个学校的服务器

根域名

DNS 域名使用中规定由尾部句点 . 来指定名称位于根或者更高层次的域层次结构

顶级域名

用来表示国家、地区或者组织。采用三个字符，如 com 表示商业公司，edu 表示教育机构，net 表示网络公司， gov 表示非军事政府机构等等。

二级域名

表示归属于某个公司或组织的域名

DNS 工作概述

假设运行在用户主机上的某些应用程序（如Web浏览器或邮件阅读器）需要将主机名转换成 IP 地址。这些应用程序将调用 DNS 的客户端，并指明需要被转换的主机名。用户主机上的 DNS 收到后，会使用 UDP 通过 53 端口向网络上发送一个 DNS 查询报文，经过一段时间后，用户主机以上的 DNS 会收到一个主机名对应的DNS回答报文。因此，从用户主机的角度来看，DNS就像是一个黑盒子，其内部的操作你无法看到。但是实际上，实现DNS这个服务的黑盒子非常复杂，它由分布于全球的大量DNS服务器以及定义了DNS服务器与查询主机通信方式的应用层协议组成。

DNS 最早的设计是只有一台 DNS 服务器。这台服务器会包含所有的 DNS 映射。这是一种集中式的设计，这种设计并不适用于当今的互联网，因为互联网有着数量巨大并且持续增长的主机，这种集中式的设计会存在以下几个问题：

单点故障（a single point of failure），如果 DNS 服务器崩溃，那么整个网络随之瘫痪。

通信容量(traffic volume)，单个 DNS 服务器不得不处理所有的DNS查询，这种查询级别可能是百万、千万级

远距离集中式数据库（distant centralized databases），单个 DNS 服务器不可能邻近所有的用户，假设在美国的 DNS 服务器不可能邻近让澳大利亚的查询使用，其中查询请求势必会经过低速和拥堵的链路，造成严重的时延。

维护（maintenance），维护成本巨大，而且需要频繁更新。

存放地址

浏览器缓存
系统缓存
本地域名服务器
根域名服务器
顶级域名服务器
二级域名服务器 … …

查询顺序

检查浏览器缓存中是否存在改域名与IP地址的映射关系，如果有则解析结束，没有则继续
到系统本地查找映射关系，一般存在 hosts 文件中，如果有则解析结束，否则继续
本地域名服务器去查询根域名服务器，该过程不会返回映射关系，只会告诉你去下级服务器（顶级域名服务器）查询
到本地域名服务器去查询，有则结束，否则继续
本地域名服务器查询顶级域名服务器（即 com 服务器），同样不会返回映射关系，只会引导你去二级域名服务器查询
本地域名服务器查询二级域名服务器（即 qq.com 服务器），引导去三级域名服务器
本地域名服务器查询三级域名服务器（即 mail.qq.com），此时已经是最后一级，如果有则返回映射关系，并且本地服务器加入自身的映射表中，方便下次查询，同时返回给用户的计算机，没有找到则网页报错