DNS原理及其解析过程【精彩剖析】

DNS原理及其解析过程
精彩剖析
 

    网络通讯大部分是基于TCP/IP的，而TCP/IP是基于IP地址的，所以计算机在网络上进行通讯时只能识别如“202.96.134.133”之类的 IP地址，而不能认识域名。我们无法记住10个以上IP地址的网站，所以我们访问网站时，更多的是在浏览器地址栏中输入域名，就能看到所需要的页面，这是 因为有一个叫“DNS服务器”的计算机自动把我们的域名“翻译”成了相应的IP地址，然后调出IP地址所对应的网页。

什么是DNS？
    DNS( Domain Name System)是“域名系统”的英文缩写，是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统，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”，它的基本工作原理可用下图来表示。

DNS域名称
    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域命名空间。域名包含单个标签分隔点，例如：im.qq.com。
完全限定的域名 (FQDN) 唯一地标识在 DNS 分层树中的主机的位置，通过指定的路径中点分隔从根引用的主机的名称列表。 下图显示与主机称为 im 内 qq.com DNS 树的示例。 主机的 FQDN 是 im.qq.com。
DNS 域的名称层次结构

DNS域名称空间的组织方式
    按其功能命名空间中用来描述 DNS 域名称的五个类别的介绍详见下表中，以及与每个名称类型的示例。

DNS 和 Internet 域
    互联网域名系统由名称注册机构负责维护分配由组织和国家/地区的顶级域在 Internet 上进行管理。 这些域名按照国际标准 3166。 一些很多现有缩写，保留以供组织中，以及两个字母和三个字母的国家/地区使用的缩写使用下表所示。一些常见的DNS域名称如下图：

资源记录
    DNS 数据库中包含的资源记录 (RR)。 每个 RR 标识数据库中的特定资源。我们在建立DNS服务器时，经常会用到SOA,NS,A之类的记录，在维护DNS服务器时，会用到MX，CNAME记录。
常见的RR见下图：

Dns服务的工作过程
当 DNS 客户机需要查询程序中使用的名称时，它会查询本地DNS 服务器来解析该名称。客户机发送的每条查询消息都包括3条信息，以指定服务器应回答的问题。
● 指定的 DNS 域名，表示为完全合格的域名 (FQDN) 。
● 指定的查询类型，它可根据类型指定资源记录，或作为查询操作的专门类型。
● DNS域名的指定类别。
    对于DNS 服务器，它始终应指定为 Internet 类别。例如，指定的名称可以是计算机的完全合格的域名，如im.qq.com，并且指定的查询类型用于通过该名称搜索地址资源记录。
    DNS 查询以各种不同的方式进行解析。客户机有时也可通过使用从以前查询获得的缓存信息就地应答查询。DNS 服务器可使用其自身的资源记录信息缓存来应答查询，也可代表请求客户机来查询或联系其他 DNS 服务器，以完全解析该名称，并随后将应答返回至客户机。这个过程称为递归。
    另外，客户机自己也可尝试联系其他的 DNS 服务器来解析名称。如果客户机这么做，它会使用基于服务器应答的独立和附加的查询，该过程称作迭代，即DNS服务器之间的交互查询就是迭代查询。
DNS 查询的过程如下图所示。

1、在浏览器中输入www.qq.com域名，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。

    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。

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DNS解析原理及过程。

　　当用户访问我们网站一个网页时，他需要经过以下步骤：

　　1）找到这个网页的存放服务器；

　　2）服务器将用户的请求信息接入；

　　3）服务器通过文件路径（URL）查找用户请求网页；

　　4）用户将该网页内容下载到自己电脑上。

　　我们所讲的DNS解析主要是第一个步骤，即让用户通过URL找到文件存放的服务器。

　1、为什么要有DNS解析？

　　让用户电脑和服务器（网页存放电脑）连接起来并不是靠域名进行，网络上计算机之间实现连接是通过每台计算机在网络中拥有的惟一的IP地址来完成的。但 IP地址并不便于记忆，这样就需要在用户容易记忆的地址和计算机能够识别的地址之间有一个解析，用户容易记忆的地址就是域名，而DNS服务器便充当了将用 户请求的域名“翻译”成相应IP地址以便于计算机之间相互连接的角色。

　2、DNS解析原理是什么？

　　DNS解析主要有递归查询，就是在某个DNS服务器缓存中查找不到相应的域名与IP地址对应关系时，自动跳转到到下一步骤通过下一个DNS服务器进行查找。具体可见如下两图：

　3、DNS解析过程是什么？

　　DNS解析过程是重点也是难点，下面我按自己的理解一步步来解释，可能有错误之处，欢迎指正。

　　以下步骤中，将DNS缓存中存在域名对应IP则DNS解析成功，用户计算机将直接访问服务器，若DNS服务器缓存中不存在域名对应IP，则自动进入下一步。

　　1） 浏览器缓存

　　当用户通过浏览器访问某域名时，浏览器首先会在自己的缓存中查找是否有该域名对应的IP地址（若曾经访问过该域名且没有清空缓存便存在）；

　　2） 系统缓存

　　当浏览器缓存中无域名对应IP则会自动检查用户计算机系统Hosts文件DNS缓存是否有该域名对应IP；

　　3） 路由器缓存

　　当浏览器及系统缓存中均无域名对应IP则进入路由器缓存中检查，以上三步均为客服端的DNS缓存；

　　4） ISP（互联网服务提供商）DNS缓存

　　当在用户客服端查找不到域名对应IP地址，则将进入ISP DNS缓存中进行查询。比如你用的是电信的网络，则会进入电信的DNS缓存服务器中进行查找；

　　5） 根域名服务器

　　当以上均未完成，则进入根服务器进行查询。全球仅有13台根域名服务器，1个主根域名服务器，其余12为辅根域名服务器。根域名收到请求后会查看区域文件记录，若无则将其管辖范围内顶级域名（如.com）服务器IP告诉本地DNS服务器；

　　6） 顶级域名服务器

　　顶级域名服务器收到请求后查看区域文件记录，若无则将其管辖范围内主域名服务器的IP地址告诉本地DNS服务器；

　　7） 主域名服务器

　　主域名服务器接受到请求后查询自己的缓存，如果没有则进入下一级域名服务器进行查找，并重复该步骤直至找到正确纪录；

　　8）保存结果至缓存

　　本地域名服务器把返回的结果保存到缓存，以备下一次使用，同时将该结果反馈给客户端，客户端通过这个IP地址与web服务器建立链接。

　4、DNS优化如何实现？

　　一般域名商或服务器商都会提供免费的DNS服务，然而，很多情况下这些免费的DNS服务器速度较慢，故可做一定优化，具体可从以下几方面：

　　1）增加DNS服务器数量

　　减小服务器压力，当单位服务器需要处理的DNS请求数量较少时速度会更快；

　　2）全国多地分布DNS服务器

　　用户网络访问速度跟用户计算机到服务器的距离有关，若可以让用户就近访问所在省份的服务器便可以加速DNS解析速度；

　　3）识别用户线路反馈相应线路IP

　　当用户网络线路跟服务器网络线路一致时速度较快，而不一致时则较慢，如：用户使用电信的线路但服务器是联通的线路，这样就会造成用户访问网站速度下降，如果可以识别用户访问线路并反馈相应IP则会加速网站访问。

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附录：
本地DNS配置转发与未配置转发数据包分析
    新建一DNS，具体怎么建我这里就不再描述了，见我的上一篇博文《在Win2003中安装bind【部署智能DNS】》
1、DNS服务器不设转发
    在192.168.145.228服务器上安装上wireshark软件，并打开它，设置数据包为UDP过滤，在192.168.145.12客户机上用 nslookup命令查询一下www.sohu.com，马上可以看到本地DNS服务器直接查全球13台根域中的某几台，然后一步步解析，通过递代的方 式，直到找到www.sohu.com对应的IP为220.181.118.87。
    本地DNS服务器得到www.sohu.com的IP后，它把这个IP返回给192.168.145.12客户机，完成解析。

2、DNS服务器设置转发

    因www.sohu.com域名在第一步的验证中使用过，有缓存，为了不受上步实验干扰，我们在客户机上192.168.145.12上nslookup www.baidu.com。从图上看，本地DNS把请求转发至192.168.133.10服务器，133.10服务器把得到的IP返回给本地DNS， 然后本地DNS再把IP告诉DNS客户机，完成解析。

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