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关于DNS解析

jiezi

这篇文章在说什么

1、域名的结构
2、DNS 解析流程

前奏

在进入正题之前可以先适当的引入 IP 概念，以便下面的流畅阅读。

1、[什么是 IP 地址？](https://segmentfault.com/a/1190000022864573)
IP 地址相当于网络中的身份唯一认证 ID

正题

 DNS：(Domain Name System)域名解析系统

域名解析系统，听着还挺费解的，我们知道当我们浏览器输入网址的时候，输入的是一串域名，例如:www.google.com，但是我们在委托我们的操作系统发送消息时，却不是靠域名来找到对应的服务器，靠的的 IP 地址（这是 TCP/IP 协议的要求）。这个时候，所需要做的就是通过域名解析，来拿到我们的 IP 地址。

域名的结构

域名可以通过 . 拆分成几个部分，从右到左依次是：顶级域名、二级域名、三级域名 …

DNS 解析流程

所以当我们输入网址，去请求资源的话，那它又是如何办到的呢？

简单来说：DNS 解析过程属于应用层协议(不知道应用层也不影响解析流程)，当我们生成 http 报文之后，就会在查找浏览器 /host/ 本地 / 网关 / 本地 DNS 服务器 /IPS/ 根域名服务器等中是否有 DNS 缓存，如果有的话，优先取缓存数据，否则，会通过主机上运行的 DNS 客户端（我们的计算机上会有相应的 DNS 客户端，又称 DNS 解析器）向 DNS 服务器发送查询报文，DNS 服务器再根据查询消息返回响应内容。

查询报文

域名、类型（表示域名对应什么类型的记录，类型为 MX 时，表示域名对应的是邮件服务器，类型为 A 时，对应的 IP 地址）、以及 Class（Class 的值用来识别网络信息，现在互联网没有其他网络，所以永远是 IN）。DNS 服务器会根据查询消息来查询对应的消息记录。

邮件查询

邮件的记录类型是 MX，又称为邮件交换记录。它是通过邮件地址的”@“符号后面的域名，得到对应的邮件服务器。DNS 服务器会返回邮件服务器的域名和优先级。（邮件地址有可能对应多个邮件服务器，需要根据优先级来判断哪个服务器优先查询。数值越小越优先。）因为最终也需要得到邮件服务器的 IP 地址，所以拿到邮件的服务器域名后最终又会解析成 IP 地址返回客户端。

演示

光说没用，我们可以来演示一波，当我们查询 www.google.com 时：

DNS 客户端的请求报文

;; QUESTION SECTION:
;www.google.com.            IN    A

DNS 服务器返回的查询结果
只有 1 个 A 记录代表，只有一个 IP 地址。221 是缓存时间，代表 221s 内不用重新查询。

;; ANSWER SECTION:
www.google.com.        221    IN    A    8.7.198.45

NS 记录
即域名服务器记录（Name Server），用来指定该域名由那个 DNS 域名服务器解析。

;; AUTHORITY SECTION:
google.com.        51    IN    NS    ns4.google.com.
google.com.        51    IN    NS    ns3.google.com.
google.com.        51    IN    NS    ns1.google.com.
google.com.        51    IN    NS    ns2.google.com.

DNS 域名服务器的 IP 地址

;; ADDITIONAL SECTION:
ns1.google.com.        266    IN    A    216.239.32.10
ns1.google.com.        197    IN    AAAA    2001:4860:4802:32::a
ns2.google.com.        280    IN    A    216.239.34.10
ns2.google.com.        197    IN    AAAA    2001:4860:4802:34::a
ns3.google.com.        55    IN    A    216.239.36.10
ns3.google.com.        104    IN    AAAA    2001:4860:4802:36::a
ns4.google.com.        299    IN    A    216.239.38.10
ns4.google.com.        92    IN    AAAA    2001:4860:4802:38::a

邮件的 DNS 查询
可以看到 DNS 服务器返回了五个服务器域名以及优先级。

记录类型还有很多种

想了解的可以 => 记录类型

当浏览器发起请求

直接上图吧~ 说太多都没有用~

  • 当我们的浏览器发起 http 请求时，首先会先查询浏览器是否有 DNS 缓存
  • 浏览器没有缓存，则会找到计算机的本地 hosts 文件，是否存在映射关系。
hosts 文件地址
Mac：/etc/hosts
Windows 7: C:\\**Windows**\\System32\\drivers\\etc

我们可以看到，下图中有域名对应着 IP
就相当于告诉计算机，如果我访问这个域名，那你就去这个 ip 地址找资源吧~

  • 如果 hosts 文件不存在映射关系，那么会去找 DNS 的本地缓存。
  • 本地没有缓存的话，则会通过我们本地设置的 DNS 服务器地址，去找本地 DNS 服务器要资源。一般来说本地 DNS 服务器都会有一份缓存，如果有的话，就直接将缓存的内容传回去，没有的话，那么它就会去找根服务器。

说到这里，那我们停一下，现在是不是有两个疑问
1、究竟什么是本地服务器呢？
2、如果本地有缓存又要怎么办？
留着最后回答~
我们先来解释图中本地 DNS 服务器与 DNS 服务器之间的关系，以及什么是根服务器。

DNS 服务器之间的联系

DNS 服务器相互之间的联系是：管理下一级域名的服务器会将自己注册到管理上级域名的 DNS 服务器上。


所以，当我们从根域名服务器一层层往下找，就可以找到当前域名所在的 DNS 服务器了。

什么是根域名服务器

前面说了域名的结构，但是在我们的互联网中，还有一个不为人知的地方，叫做根域。它处于一级域名（顶级域名）的上方，根域没有自己的名字（不配有姓名），我们在输入域名时经常省略了它。它是一个点，是的，就是一点”.”，如果要表明根域，那么域名就会写成这样：”www.youzan.com.”没在域名的最后加一个句号。一般都不会写句号。根域名服务器管理的不是所有的域名，而是管理一级域名的服务器所在地址，比如管理着 com 域名服务器的地址。

很多资料上说，全世界 IPv4 根域名服务器只有 13 台。13 台根域名服务器的名字是从 A -M。1 个主根服务器在美国，其余为 12 个辅根服务器，美国(9)，英国(1)，瑞典(1)，日本(1)。有人是不是想问为什么中国没有？嗯，就是没有。（因为互联网起源于美国，一开始只有美国有互联网，大部分在美国无可厚非。）但是中国有 IPv4 镜像根服务器。编号相同的镜像根服务器使用同一个 IP。所以，其实上面的说法是不精准的，根域名服务器其实有很多台，但是服务器的 IP 地址只有 13 个。题外话：IPv6 根服务器中国有 4 个，一个主根，三个辅根。

主根和辅根的区别：主根和辅根的数据是一致的，当有新的域名出现时，会先更新到主根服务器，再复制到辅根服务器。

镜像服务器：相当于镜子里的你，除了不是真正的你，也具有你的特征。就像你的桌面图标生成一个快捷方式的图标一样。

现在我们了解了 DNS 服务器之间的联系，那么我们回到流程图中：

  • 本地 DNS 服务器先是去根服务器找域名的 ip，根域名服务器没有，给了他 com 域名服务器的 ip。
  • 但是 com 域名服务器也不知道 www.test.com 的 ip，但是知道 test.com 在哪台域名服务器上。
  • 最终，找到了 www.test.com

QA 环节

1、究竟什么是本地服务器呢？
当我们打开网络配置的时候，会看到有一个 DNS IP 地址，这个 IP 地址则是我们指向的本地 DNS 服务器地址。
不同的操作系统设置方式不一样，DNS 服务器的地址可以是提前设置好的也可以是自动分配的，MacOS 的长这样：

在我们非手动设置的情况下：如果我们的网络是直连的运营商网络，一般而言那我们的本地 DNS 则是 ISP 运营商 IP 地址。
如果我们设置了转发(使用了路由器)，那我们的地址极有可能是 192.168.1.1（如上图），路由器本身，我们的路由器会将请求转发到上层 DNS，也就是 ISP 运营商 DNS 服务器。

2、如果本地有缓存又要怎么办？
所以以后如果页面打不开了，可以先清除浏览器或者电脑的 DNS 缓存试试，看是否是因为本地的缓存导致域名解析错误。

清除 DNS 缓存：Mac(10.13.6): sudo dscacheutil -flushcache
Window: ipconfig /flushdns
谷歌浏览器：chrome://net-internals/#events.

3、为什么服务器的 IP 地址只有 13 个？

因为 DNS 查询用的是 UDP，而不是 TCP。UDP 实现中能保证正常工作的最大包是 512 字节，所以只能 13 个根服务器地址。想要了解更多，请进入[传送门](https://jaminzhang.github.io/dns/The-Reason-of-There-Is-Only-13-DNS-Root-Servers/)

4、IPv4 与 IPv6 的区别

IPv4：由 32 位二进制数组成
IPv6：可由 128 位二进制组成
[详文可阅读](https://zhuanlan.zhihu.com/p/50747832)

5、为什么需要域名解析，而不直接是 IP？

1、域名好记，给你 ip，你可以记几个 ip 地址哇
2、不同域名可以对应同一个 IP
3、服务器 IP 变了咋办
4、TCP/IP 协议的需要

参考资料：
《网络是怎么连接的》

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