網絡協議 16 - DNS 協議：網絡世界的地址簿

時間 2020-07-03

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【前五篇】系列文章傳送門：html

爲何在地址欄輸入域名，就能直接訪問到對應服務器？全局負載均衡和內部負載均衡又是什麼？這些都和 DNS 解析息息相關，讓咱們一塊兒來解密 DNS 解析。數據庫

其實提及 DNS 解析，應該都知道它很像地址簿。就像咱們去一家新開的沃爾瑪超市，經過地址簿查出來沃爾瑪在哪條路多少號，而後再去找。編程

在網絡世界中，也是這樣的。咱們能夠記住網站的名稱，可是很難記住網站的 IP 地址，所以須要一個「地址簿」，幫咱們將網站名稱轉換成 IP。這個「地址簿」就是 DNS 服務器。緩存

DNS 服務器

對於 DNS 服務器而言，全球每一個人上網，都須要訪問它。而全球的網民數，據最新統計，已經有 40 億，每一個人都訪問它，可想而知 DNS 服務器會有很大的訪問流量壓力（高併發）。並且，它還很是重要，一旦出了故障，整個互聯網都將癱瘓（高可用）。此外，上網的人分佈在全世界各地，若是你們都去同一個地方的某一臺服務器，時延將會很是的（分佈式）。服務器

所以，DNS 服務器必定要具有高可用、高併發、分佈式的特色。網絡

基於此，DNS 服務器設計成樹狀的層次結構。以下圖：併發

根 DNS 服務器：返回頂級域 DNS 服務器的 IP 地址；
頂級域 DNS 服務器：返回權威 DNS 服務器的 IP 地址；
權威 DNS 服務器：返回相應主機的 IP 地址。

DNS 解析流程

上面說了 DNS 服務器面臨大流量訪問的壓力，所以，爲了提升 DNS 的解析性能，不少網站都會就近部署 DNS 緩存服務器。因此，咱們常見的 DNS 解析流程就變成了：負載均衡

客戶端發出 DNS 請求給本地域名服務器。咱們訪問博客園，客戶端會問本地域名服務器， www.cnblogs.com 的 IP 是什麼？（本地域名服務器，若是網絡是經過 DHCP 配置，本地 DNS 是由你的網絡服務商，如電信、聯通等自動分配，它一般就在網絡服務商的機房裏）；
本地 DNS 收到來自客戶端的請求，查找「地址簿」，返回 IP 或請求根域名服務器。咱們能夠理解爲服務器上緩存了一張域名與 IP 對應的大表，若是能找到 www.cnblogs.com，就直接返回對應的 IP 地址。若是沒有找到，本地 DNS 會去問它的根域名服務器；
根 DNS 收到來自本地 DNS 的請求，返回 .com 對應的頂級域名服務器的地址。根域名服務器是最高層次的，全球共有 13 套，它不直接用於域名解析，而是指明怎樣去查找對應 IP。它發現請求的域名後綴是 .com，就會返回 .com 對應的頂級域名服務器的地址；
本地 DNS 服務器收到頂級 DNS 服務器地址，請求頂級 DNS 服務器查詢域名 IP；
頂級 DNS 服務器返回權威 DNS 服務器地址。頂級域名服務器就是大名鼎鼎的，負責 .com、.net、.org 這些二級域名，好比 cnblogs.com，它會返回對應的權威 DNS 服務器地址；
本地 DNS 服務器收到權威 DNS 服務器地址，請求權威 DNS 服務器查詢域名 IP。而 cnblogs.com 的權威 DNS 服務器就是域名解析結果的原出處；
權威 DNS 服務器返回對應 IP。權威 DNS 服務器查詢「地址簿」，獲取到域名對應 IP 地址，返回給本地 DNS 服務器；
本地 DNS 服務器收到 IP，返回給客戶端；
客戶端與目標創建鏈接。

至此，咱們完成了 DNS 的解析過程，整個過程以下圖：分佈式

負載均衡

站在客戶端角度，上述過程是一次 DNS 遞歸查詢過程。由於本地 DNS 全權爲它代勞，它只要坐等結果就行了。在這個過程當中，DNS 除了能夠經過名稱映射爲 IP 地址外，它還能夠作另一件很重要的事 - 負載均衡。高併發

仍是拿咱們逛沃爾瑪超市爲例。它可能在一個城市裏會有多家店，咱們要逛沃爾瑪，能夠就近找一家，而不用都去同一家，這就是負載均衡。

DNS 作負載均衡也有花樣能夠玩。 1）DNS 作內部負載均衡 所謂的內部負載均衡，其實很好理解。就像咱們的應用訪問數據庫，在應用裏配置的數據庫地址。若是配置成 IP 地址，一旦數據庫換到了另一臺機器，咱們就要修改配置。若是咱們有不少臺應用同時連一個數據庫，一換 IP，就須要將這些應用的配置所有修改一遍，是否是很麻煩？因此，咱們能夠將數據地址配置成域名。在更換數據庫位置時，只要在 DNS 服務器裏，將域名映射爲新的 IP 地址就能夠了。

在這個基礎上，咱們能夠更進一步。例如，某個應用要訪問另一個應用，若是配置另一個應用的 IP 地址，那麼這個訪問就是一對一的。可是當被訪問的應用因流量過大撐不住的時候，咱們就須要部署多個應用。這時候，咱們就不能直接配置成 IP，而是要配置域名了。只要在域名解析的時候，配置好策略，此次返回一個 IP，下次返回第二個 IP，就實現了負載均衡。

2）DNS 作全局負載均衡 爲了保證咱們應用的高可用性，每每會將應用部署在多個機房，每一個地方都會有本身的 IP 地址。當用戶訪問某個域名的時候，這個 IP 地址能夠輪詢訪問多個數據中心。若是一個數據中心由於某種緣由掛了，只要將這個 IP 地址從 DNS 服務器中刪掉就能夠了，用戶不會訪問到宕機的服務器，保證了應用的可用性。

另外，咱們確定但願用戶能訪問就近的數據中心。這樣客戶訪問速度就會快不少，體驗也會好不少，也就實現了全局負載均衡的概念。

負載均衡示例

咱們經過 NDS 訪問數據中心對象存儲上的靜態資源爲例，來看一看整個過程。

假設全國有多個數據中心，託管在多個運營商，每一個數據中心有三個可用區。對象存儲能夠經過跨可用區部署，實現高可用性。在每一個數據中心中，都至少部署兩個內部負載均衡器，內部負載均衡器後面對接多個對象存儲的前置服務器（Proxy-server）。那麼，請求過程以下圖：

當一個客戶端要訪問 object.yourcompany.com 的時候，須要將域名轉換爲 IP 地址進行訪問，因此它要請求本地 DNS 解析器；
本地 DNS 解析器先查看本地的緩存是否有這個記錄。若是有，就直接用，省略後續查詢步驟，提升相應時間；
若是本地無緩存，就須要請求本地的 DNS 服務器；
本地 DNS 服務器通常部署在數據中心或者你所在的運營商網絡中。本地 DNS 服務器也須要看本地是否有緩存，若是有，就直接返回；
本地沒有，經過第五、六、7 步驟獲取到 IP 地址，緩存到本地 DNS 解析器中，而後在返回給客戶端。

對於不須要作全局負載均衡的簡單應用來說，yourcompany.com 的權威 DNS 服務器能夠直接將 object.yourcompa.com 這個域名解析爲一個或者多個 IP 地址，而後客戶端能夠經過多個 IP 地址，進行簡單的輪詢，實現簡單的負載均衡。

可是對於複製的應用，尤爲是跨地域跨運營商的大型應用，就須要更加複雜的全局負載均衡機制，於是須要專門的設備或者服務器來作這件事情，這就是全局負載均衡器（GSLB，Global Server Load Balance）。

在 yourcompany.com 的 DNS 服務器中，通常是經過配置 CNAME 的方式，給 object.yourcompany.com 起一個別名。例如 object.vip.yourcompany.com，而後告訴本地 DNS 服務器，讓它請求 GSLB 解析這個域名，GSLB 就能夠在解析這個域名的過程當中，經過本身的策略實現負載均衡。

上圖中畫了兩層的 GSLB，是由於分運營商和地域。咱們但願不一樣運營商的客戶，能夠訪問對應運營商機房中的資源，這樣不跨運營商訪問，有利於提升吞吐量，減小時延。兩層 GSLB 的過程以下：

第一層 GSLB，經過查看請求它的本地 DNS 服務器所在的運營商，就知道用戶所在的運營商。假設是移動，經過 CNAME 的方式，經過另外一個別名 object.yd.yourcompany.com，告訴本地 DNS 服務器去請求第二層的 GSLB；
第二層 GSLB，經過查看請求它的本地 DNS 服務器的地址，知道用戶所在的地理位置，而後將距離用戶位置比較近的一個 Region 的六個內部負載均衡的地址，返回給本地 DNS 服務器；
本地 DNS 服務器將結果返回給本地 DNS 解析器；
本地 DNS 解析器將結果緩存後，返回給客戶端；
客戶端開始訪問屬於相同運營商的，且距離比較近的 Region1 中的對象存儲。固然，客戶端獲得了六個 IP 地址，它能夠經過負載均衡的方式，隨機或者輪詢選擇一個可用區進行訪問。對象存儲通常會有三個備份，從而實現對存儲讀寫的負載均衡。