DNS的原理

原创 2018-12-31 00:27 阅读(106)次

域名(Domain Name),是由一串用点分隔的名字组成的互联网上某台计算机或某组计算机的标识,它的目的是为了方便人们更简单便捷地访问互联网上的服务。在实际的系统实现中,域名通过DNS(Domain Name System)系统转化为服务器的IP地址,以方便机器通过IP进行寻址和通信。上述行为,我们称之为域名解析。

DNS( Domain Name System)是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统,使用的是UDP协议的53号端口,它用于TCP/IP网络,它所提供的服务是用来将主机名和域名转换为IP地址的工作。DNS就是这样的一位“翻译官”

一、基本概念

在介绍DNS服务器工作原理之前我们先来了解几个DNS相关的概念:

1、FQDN:Full Qualified Domain Name,完全限定域名,即每个域在全球网络都是唯一的;另外值得提到的一点是域并不是指诸如www.google.com这样的域名,而google.com才是域;

2、域的分类

根域:标识为(.)点 ,全球13组根域名服务器以英文字母A到M依序命名,域名格式为“字母.root-servers.net”。其中有11个是以任播技术在全球多个地点设立镜像站。比如中国大陆在北京有两台编号为L的镜像,编号为F、I、J的镜像各一台,共5台;香港有编号为D、J的镜像各2台,编号为A、F、I、L的镜像各一台,共8台;台湾则有编号为F、I、J各一台,共3台。

通俗点就是"."这个根域名服务器组。为什么只有13组,这也是有学问的。下回再聊。

顶级域:顶级域(Top Level Domain,简称TLD)分为三类

      1> 通用顶级域:诸如 .com(商业机构) .org(非营利性组织) .net(网络服务机构)等。
      2> 国家顶级域:诸如 .cn(中国) .uk(英国) .us(美国) .jp(小日本)
      3> 反向域(基础建设顶级域):.arpa,即从IP到FQDN的反向解析。


  3、DNS服务器查询的类型:


    (1)递归:客户端仅发出一次请求,让DNS服务器去查询返回结果;

主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。所谓递归查询就是:如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询的域名的IP地址,那么本地域名服务器就以DNS客户的身份,向其它根域名服务器继续发出查询请求报文(即替主机继续查询),而不是让主机自己进行下一步查询。因此,递归查询返回的查询结果或者是所要查询的IP地址,或者是报错,表示无法查询到所需的IP地址。

(2)迭代:要发出多次请求去分别查询不同的DNS服务器;

本地域名服务器(local DNS)向根域名服务器的查询就是迭代查询。迭代查询的特点:当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时,要么给出所要查询的IP地址,要么告诉本地服务器:“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地服务器进行后续的查询。根域名服务器通常是把自己知道的顶级域名服务器的IP地址告诉本地域名服务器,让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询。顶级域名服务器在收到本地域名服务器的查询请求后,要么给出所要查询的IP地址,要么告诉本地服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询。最后,知道了所要解析的IP地址或报错,然后把这个结果返回给发起查询的主机。

前者是一种大包大揽的方式包办了解析过程。后者是根据每次的结果由发起者多次询问不同的服务器。两种方式在一次解析过程中都存在,只是相对于客户端和local 域名服务器的角度看,是两种不同的查询类型。

所以Local DNS也称为递归DNS,它没有域名解析结果的决定权,但代理了用户向权威DNS获取域名解析结果的过程。递归DNS上有缓存模块,当目标域名存在缓存解析结果并且TTL未过期时(每个域名都有TTL时间,即有效生存时间,若域名解析结果缓存的时间超过TTL,需要重新向权威DNS获取解析结果),递归DNS会返回缓存结果,否则,递归DNS会一级一级地查询各个层级域名的权威DNS直至获取最终完整域名的解析结果。关于域名解析的具体流程下文会举例说明。

在实际的使用过程中,我们通常不需要手工指定自己的Local DNS地址。运营商会通过DHCP协议在系统网络初始化阶段将Local DNS地址分配给我们的计算机。当我们需要使用公共DNS服务时,我们就必须手工指定这些服务的地址。以Linux为例,我们可以通过在'/etc/resolv.conf'中添加Local DNS地址项来改变本机Local DNS的地址。

公共DNS是递归DNS的一种特例,它是一种全网开放的递归DNS服务,而传统的递归DNS信息一般由运营商分发给用户。一个比较典型的公共DNS即Google的8.8.8.8,我们可以通过在操作系统配置文件中配置公共DNS来代替Local DNS完成域名解析流程。这个步骤我相信很多人设置过。

这里如果没看懂,去看下面的具体分析会明白的。

  4、DNS名称解析方式:


    (1)正向解析:即将FQDN转化为IP。

    (2)反向解析:即将IP转化为FQDN。


5、DNS服务器类型:


    (1)主DNS服务器:负责解析至少一个域。

    (2)辅助(从)DNS服务器:负责解析至少一个,是主DNS服务器的辅助。

    (3)缓存DNS服务器:不负责解析域,只是缓存域名解析结果。


6、DNS返回的结果类型:

    (1)肯定答案:查询的域存在,会被缓存下来。
    (2)否定答案:不存在查询的域名,因此不存在与其查询的域名对应的IP;会被缓存下来。
    (3)权威答案:所查询的域名的结果是由负责解析这个域的DNS服务器所返回的答案。
    (4)非权威答案:在缓存中查询的结果。

7、DNS的监听端口:udp的53号端口。

二、解析原理



(1)当用户在浏览器中输入www.qq.com域名访问该网站时,操作系统会先检查自己本地的hosts文件是否有这个网址映射关系,如果有,就先调用这个IP地址映射,完成域名解析。 


(2)如果hosts里没有这个域名的映射,则查找本地DNS解析器缓存,是否有这个网址映射关系,如果有,直接返回,完成域名解析。 


(3)如果hosts与本地DNS解析器缓存都没有相应的网址映射关系,首先会找TCP/ip参数中设置的首选DNS服务器,在此我们叫它本地DNS服务器,此服务器收到查询时,如果要查询的域名,包含在本地配置区域资源中,则返回解析结果给客户机,完成域名解析,此解析具有权威性。 


(4)如果要查询的域名,不由本地DNS服务器区域解析,但该服务器已缓存了此网址映射关系,则调用这个IP地址映射,完成域名解析,此解析不具有权威性。 


(5)如果本地DNS服务器本地区域文件与缓存解析都失效,则根据本地DNS服务器的设置(是否设置转发器)进行查询,如果未用转发模式,本地DNS就把请求发至13台根DNS,根DNS服务器收到请求后会判断这个域名(.com)是谁来授权管理,并会返回一个负责该顶级域名服务器的一个IP。本地DNS服务器收到IP信息后,将会联系负责.com域的这台服务器。这台负责.com域的服务器收到请求后,如果自己无法解析,它就会找一个管理.com域的下一级DNS服务器地址(qq.com)给本地DNS服务器。当本地DNS服务器收到这个地址后,就会找qq.com域服务器,重复上面的动作,进行查询,直至找到www.qq.com主机。 


(6)如果用的是转发模式,此DNS服务器就会把请求转发至上一级DNS服务器,由上一级服务器进行解析,上一级服务器如果不能解析,或找根DNS或把转请求转至上上级,以此循环。不管是本地DNS服务器用是是转发,还是根提示,最后都是把结果返回给本地DNS服务器,由此DNS服务器再返回给客户机。
提示:从客户端到本地DNS服务器是属于递归查询,而DNS服务器之间的交互查询就是迭代查询。

结合这个原理分析,再看上面的内容,就明白了。从客户端到本地DNS服务器是属于递归查询,而DNS服务器之间就是的交互查询就是迭代查询。

三、重点

由于域名到地址的绑定并不经常改变,为保持告诉缓存中的内容正确,域名服务器应为每项内容设置计时器并处理超过合理时间的项(例如每个项目两天)。当域名服务器已从缓存中删去某项信息后又被请求查询该项信息,就必须重新到授权管理该项的域名服务器绑定信息。当权限服务器回答一个查询请求时,在响应中都指明绑定有效存在的时间值。增加此时间值可减少网络开销,而减少此时间值可提高域名解析的正确性。


        不仅在本地域名服务器中需要高速缓存,在主机中也需要。许多主机在启动时从本地服务器下载名字和地址的全部数据库,维护存放自己最近使用的域名的高速缓存,并且只在从缓存中找不到名字时才使用域名服务器。维护本地域名服务器数据库的主机应当定期地检查域名服务器以获取新的映射信息,而且主机必须从缓存中删除无效的项。由于域名改动并不频繁,大多数网点不需花精力就能维护数据库的一致性。

从上面的过程我们也可以看到,由于一次查询可能涉及多次请求,所以选用UDP而非TCP是为了减少包的传递。

本文完。


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