DNS原理及其解析過程

爲何須要DNS解析域名爲IP地址？

網絡通信大部分是基於TCP/IP的，而TCP/IP是基於IP地址的，因此計算機在網絡上進行通信時只能識別如「202.96.134.133」之類的IP地址，而不能認識域名。咱們沒法記住10個以上IP地址的網站，因此咱們訪問網站時，更多的是在瀏覽器地址欄中輸入域名，就能看到所須要的頁面，這是由於有一個叫「DNS服務器」的計算機自動把咱們的域名「翻譯」成了相應的IP地址，而後調出IP地址所對應的網頁。

具體什麼是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，它用於TCP/IP網絡，它所提供的服務是用來將主機名和域名轉換爲IP地址的工做。DNS就是這樣的一位「翻譯官」，它的基本工做原理可用下圖來表示。

 

DNS 的過程？

關於DNS的獲取流程：
DNS是應用層協議，事實上他是爲其餘應用層協議工做的，包括不限於HTTP和SMTP以及FTP，用於將用戶提供的主機名解析爲ip地址。
具體過程以下：
①用戶主機上運行着DNS的客戶端，就是咱們的PC機或者手機客戶端運行着DNS客戶端了
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，好比

http://www.baidu.com/

, 並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，報文中包含着要訪問的主機名字段（中間包括一些列緩存查詢以及分佈式DNS集羣的工做）
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，就能夠向該IP地址定位的HTTP服務器發起TCP鏈接

DNS服務的體系架構是怎樣的？

DNS domain name system 主要做用就是將主機域名轉換爲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）須要將主機名轉換爲IP地址。這些應用程序將調用DNS的客戶機端，並指明須要被轉換的主機名。（在不少基於UNIX的機器上，應用程序爲了執行這種轉換須要調用函數gethostbyname（））。用戶主機的DNS客戶端接收到後，向網絡中發送一個DNS查詢報文。全部DNS請求和回答報文使用的UDP數據報通過端口53發送（至於爲何使用UDP，請參看爲何域名根服務器只能有13臺呢？ - 郭無意的回答）通過若干ms到若干s的延時後，用戶主機上的DNS客戶端接收到一個提供所但願映射的DNS回答報文。這個查詢結果則被傳遞到調用DNS的應用程序。所以，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很是複雜，它由分佈於全球的大量DNS服務器以及定義了DNS服務器與查詢主機通訊方式的應用層協議組成。

DNS爲何不採用單點的集中式的設計方式，而是使用分佈式集羣的工做方式？

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，該服務器包含全部的映射，在這種集中式的設計中，客戶機直接將全部查詢請求發往單一的DNS服務器，同時該DNS服務器直接對全部查詢客戶機作出響應，儘管這種設計方式很是誘人，但他不適用當前的互聯網，由於當今的因特網有着數量巨大而且在持續增加的主機，這種集中式設計會有單點故障（嗝屁一個，全球着急），通訊容量（上億臺主機發送的查詢DNS報文請求，包括但不限於全部的HTTP請求，電子郵件報文服務器，TCP長鏈接服務），遠距離的時間延遲（澳大利亞到紐約的舉例），維護開銷大（由於全部的主機名-ip映射都要在一個服務站點更新）等問題

DNS服務器通常分三種，根DNS服務器，頂級DNS服務器，權威DNS服務器。

使用分佈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。

DNS域名稱
域名系統做爲一個層次結構和分佈式數據庫，包含各類類型的數據，包括主機名和域名。DNS數據庫中的名稱造成一個分層樹狀結構稱爲域命名空間。域名包含單個標籤分隔點，例如：

im.qq.com

徹底限定的域名 (FQDN) 惟一地標識在 DNS 分層樹中的主機的位置，經過指定的路徑中點分隔從根引用的主機的名稱列表。 下圖顯示與主機稱爲 im 內

qq.com

DNS 樹的示例。 主機的 FQDN 是

im.qq.com

DNS 域的名稱層次結構

 

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，以及與每一個名稱類型的示例。

例如：

www.uestc.edu.cn

DNS 和 Internet 域
互聯網域名系統由名稱註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。 一些不少現有縮寫，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域名稱以下圖：

 

資源記錄
DNS 數據庫中包含的資源記錄 (RR)。 每一個 RR 標識數據庫中的特定資源。咱們在創建DNS服務器時，常常會用到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：

 

Dns服務的工做過程
當 DNS 客戶機須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，表示爲徹底合格的域名 (FQDN) 。
● 指定的查詢類型，它可根據類型指定資源記錄，或做爲查詢操做的專門類型。
● DNS域名的指定類別。
對於DNS 服務器，它始終應指定爲 Internet 類別。例如，指定的名稱能夠是計算機的徹底合格的域名，如

im.qq.com

，而且指定的查詢類型用於經過該名稱搜索地址資源記錄。
DNS 查詢以各類不一樣的方式進行解析。客戶機有時也可經過使用從之前查詢得到的緩存信息就地應答查詢。DNS 服務器可以使用其自身的資源記錄信息緩存來應答查詢，也可表明請求客戶機來查詢或聯繫其餘 DNS 服務器，以徹底解析該名稱，並隨後將應答返回至客戶機。這個過程稱爲遞歸。
另外，客戶機本身也可嘗試聯繫其餘的 DNS 服務器來解析名稱。若是客戶機這麼作，它會使用基於服務器應答的獨立和附加的查詢，該過程稱做迭代，即DNS服務器之間的交互查詢就是迭代查詢。
DNS 查詢的過程以下圖所示。

 

一、在瀏覽器中輸入www . qq .com 域名，操做系統會先檢查本身本地的hosts文件是否有這個網址映射關係，若是有，就先調用這個IP地址映射，完成域名解析。

二、若是hosts裏沒有這個域名的映射，則查找本地DNS解析器緩存，是否有這個網址映射關係，若是有，直接返回，完成域名解析。

三、若是hosts與本地DNS解析器緩存都沒有相應的網址映射關係，首先會找TCP/ip參數中設置的首選DNS服務器，在此咱們叫它本地DNS服務器，此服務器收到查詢時，若是要查詢的域名，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，此解析具備權威性。

四、若是要查詢的域名，不禁本地DNS服務器區域解析，但該服務器已緩存了此網址映射關係，則調用這個IP地址映射，完成域名解析，此解析不具備權威性。

五、若是本地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，若是未用轉發模式，本地DNS就把請求發至13臺根DNS，根DNS服務器收到請求後會判斷這個域名(.com)是誰來受權管理，並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信息後，將會聯繫負責.com域的這臺服務器。這臺負責.com域的服務器收到請求後，若是本身沒法解析，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後，就會找http://qq.com域服務器，重複上面的動做，進行查詢，直至找到www . qq .com主機。

六、若是用的是轉發模式，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，上一級服務器若是不能解析，或找根DNS或把轉請求轉至上上級，以此循環。不論是本地DNS服務器用是是轉發，仍是根提示，最後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。

從客戶端到本地DNS服務器是屬於遞歸查詢，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，具體怎麼建我這裏就再也不描述了，見個人上一篇博文《在Win2003中安裝bind【部署智能DNS】》
一、DNS服務器不設轉發
在192.168.145.228服務器上安裝上wireshark軟件，並打開它，設置數據包爲UDP過濾，在192.168.145.12客戶機上用nslookup命令查詢一下http://www.sohu.com/，立刻能夠看到本地DNS服務器直接查全球13臺根域中的某幾臺，而後一步步解析，經過遞代的方式，直到找到www .sohu .com對應的IP爲220.181.118.87。
本地DNS服務器獲得搜狐的IP後，它把這個IP返回給192.168.145.12客戶機，完成解析。

 

二、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，爲了避免受上步實驗干擾，咱們在客戶機上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服務器把獲得的IP返回給本地DNS，而後本地DNS再把IP告訴DNS客戶機，完成解析。

 

解析順序

　　1） 瀏覽器緩存

　　當用戶經過瀏覽器訪問某域名時，瀏覽器首先會在本身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，以上三步均爲客服端的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。好比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，其他12爲輔根域名服務器。根域名收到請求後會查看區域文件記錄，若無則將其管轄範圍內頂級域名（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後查看區域文件記錄，若無則將其管轄範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後查詢本身的緩存，若是沒有則進入下一級域名服務器進行查找，並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，客戶端經過這個IP地址與web服務器創建連接。

其中部份內容參考了下面的博客

http://369369.blog.51cto.com/
http://369369.blog.51cto.com/319630/812889