DNS是什么？

DNS 的详细介绍

一、域名系统（DNS）

1、定义：域名系统（Domain Name System，简称 DNS）是互联网的一项核心服务，是一种可以将域名和 IP 地址相互映射的分布式数据库系统，它允许终端用户设备将给定的人类可读的 URL 转换为网络可以理解的机器可用 IP 地址，从而更方便地访问互联网。

2、作用：在互联网中，每一台主机都需要有一个唯一的 IP 地址来进行标识和通信，IP 地址是由四段以“.”分开的数字组成，对于普通用户来说难以记忆，DNS 的出现解决了这个问题，它通过域名与 IP 地址的映射关系，让用户可以通过易于记忆的域名来访问网站和服务，而无需关心背后的复杂 IP 地址。

3、历史背景：早期因特网上仅有数百台主机时，域名与 IP 地址的对应只需简单地记录在一个 hosts.txt 文件中，由网络信息中心（NIC）负责维护，随着互联网的快速发展，主机数量不断增加，这种方式无法满足需求，于是出现了 DNS 域名系统。

二、DNS 的基本组成部分

1、域名空间和资源记录

域名空间：是一个层次结构的树状结构，类似于 Windows 的文件名系统，域名系统不区分树内节点和叶子节点，统称为节点，不同节点可以使用相同的标记，所有节点的标记只能由英文字母（a z）、数字（0 9）和英文连词号（）组成，并且标记的长度不得超过 22 个字符，一个节点的域名是由从该节点到根的所有节点的标记连接组成的，中间以点分隔，最上层节点的域名称为顶级域名（TLD），如 .com、.org、.net 等；第二层节点的域名称为二级域名，依此类推。

资源记录：是 DNS 数据库中的核心数据，用于描述域名的各种属性和相关信息，常见的资源记录类型包括 A 记录（将域名指向对应的 IP 地址）、CNAME 记录（别名记录，将一个域名指向另一个域名）、MX 记录（邮件交换记录，指定邮件服务器的域名）等。

2、域名服务器：是存储和管理域名与 IP 地址映射关系的计算机系统，当客户端发起域名解析请求时，域名服务器负责查询并返回相应的 IP 地址，域名服务器分为多种类型，包括根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器和本地域名服务器等，根域名服务器位于域名空间的最顶层，负责管理整个域名系统的根域；顶级域名服务器负责管理特定的顶级域名，如 .com、.net 等；权威域名服务器则是针对特定域名具有最终解释权的服务器；本地域名服务器通常由用户的网络服务提供商（ISP）或企业内部网络管理员设置，用于缓存常用域名的解析结果，以提高解析速度。

3、解析器：是客户端计算机上的一个应用程序或进程，负责向域名服务器发起域名解析请求，并处理返回的解析结果，当用户在浏览器中输入一个域名时，解析器首先会检查本地缓存，如果找不到相应的解析结果，则会代表客户端向首选的域名服务器发送解析请求，解析器根据域名服务器的响应，将域名解析为对应的 IP 地址，然后将结果提供给应用程序进行后续的网络通信。

三、DNS 的工作原理

1、域名查询过程

当用户在浏览器中输入一个域名并尝试访问时，浏览器会首先检查本地缓存，看是否已经解析过该域名，如果本地缓存中有对应的 IP 地址，则直接使用该 IP 地址与目标服务器建立连接。

如果本地缓存中没有该域名的解析结果，浏览器会向本地配置的首选域名服务器发送解析请求。

首选域名服务器接收到请求后，会先检查自己的缓存，如果缓存中有该域名的解析结果，则直接返回给客户端；如果没有，则会向根域名服务器发起查询。

根域名服务器收到查询请求后，会根据域名的顶级域名部分，告诉本地域名服务器该顶级域名服务器的 IP 地址。

本地域名服务器得到顶级域名服务器的 IP 地址后，向其发起查询请求，顶级域名服务器会根据域名的二级域名部分，返回相应的二级域名服务器的 IP 地址。

本地域名服务器继续向二级域名服务器发起查询，直到得到最终的解析结果，即目标主机的 IP 地址。

本地域名服务器将解析结果返回给客户端浏览器，浏览器使用该 IP 地址与目标服务器建立连接，完成访问请求。

2、递归查询与迭代查询

递归查询：是指 DNS 服务器为客户机完全解析域名（直到获得最终的 IP 地址）的过程，DNS 服务器无法直接回答一个查询，它会代表客户端向其他 DNS 服务器进行查询，直到得到答案，然后才将结果返回给客户端。

迭代查询：是指 DNS 服务器为客户机部分解析域名（直到获得一个可能不含最终信息的临时信息）的过程，DNS 服务器无法直接回答一个查询，它会代表客户端向其他 DNS 服务器进行查询，直到得到一个临时的答案，然后将这个临时答案返回给客户端，由客户端继续向其他 DNS 服务器进行查询，直到得到最终答案。

四、DNS 报文结构

1、标识：占两个字节，用于匹配查询和响应报文，同一个问题的查询和响应标识必须相同。

2、标志：占两个字节，包含多个标志位，如 QR（查询/响应标志）、Opcode（操作码）、AA（授权回答标志）、TC（截断标志）、RD（递归查询标志）、RA（支持递归查询标志）等。

3、问题数、回答资源记录数、授权资源记录数、附加资源记录数：分别描述各自的记录数目，对于查询报文，问题数通常是 1，而其他三项则均为 0；响应报文随问题不同而变化。

4、查询问题：由查询名、查询类型、查询类三部分组成，查询名是要查找的名字，它是一个或多个标识符的序列；查询类型占两个字节，常用的有 A 记录（代表 IP 地址）、NS 记录（代表名字服务器）、PTR 记录（代表指针记录）等；查询类占两个字节，通常为 IN 类，指互联网地址。

5、资源记录：只出现在响应报文中，它们有一种统一的格式，包括名称、类型、类别、生存时间、数据长度和资源记录数据等字段。

五、基于 CH394 的 DNS 实现示例

1、初始化 CH394 并创建 UDP socket：通过调用相关函数初始化 CH394 库，并创建一个 UDP socket 用于与 DNS 服务器进行通信。

2、发送查询报文：构造一个符合 DNS 协议标准的查询报文，包括事务 ID、标志位、问题数、查询问题等信息，然后通过 UDP socket 发送给 DNS 服务器。

3、解析回答报文：接收 DNS 服务器返回的回答报文，根据报文的各个字段进行解析，提取出域名对应的 IP 地址等信息。

六、DNS 的重要性及发展趋势

1、重要性：DNS 是互联网的基础设施之一，对于互联网的正常运行至关重要，它使得用户能够方便地通过域名访问各种网络资源，而无需记忆复杂的 IP 地址，DNS 也为网络安全提供了一定的保障，例如通过域名过滤可以阻止用户访问恶意网站。

2、发展趋势：随着互联网的不断发展，DNS 也在不断演进和完善，新的顶级域名不断涌现，满足了不同领域和用户的需求；DNS 安全面临着越来越多的挑战，如 DNS 劫持、DDoS 攻击等，因此需要不断加强 DNS 安全防护技术的研究和应用，随着物联网的发展，DNS 将在设备发现和寻址方面发挥更加重要的作用。

相关问题与解答

1、什么是 DNS 缓存？：DNS 缓存是指将之前查询过的域名与 IP 地址的映射关系保存在本地的一种机制，当再次查询相同的域名时，可以直接从缓存中获取结果，而无需再次向 DNS 服务器发起查询，从而提高了域名解析的速度和效率。

2、如何修改本地 DNS 服务器地址？：在不同的操作系统中，修改本地 DNS 服务器地址的方法略有不同，可以在网络连接设置中找到相应的选项进行修改，在 Windows 系统中，可以通过打开 “控制面板”>“网络和共享中心”>“更改适配器设置”，右键点击当前的网络连接，选择 “属性”，在弹出的窗口中找到 “Internet 协议版本 4（TCP/IPv4）” 或 “Internet 协议版本 6（TCP/IPv6）”，点击 “属性”，在弹出的窗口中即可设置 DNS 服务器地址。