DNS是几？—— 揭秘域名系统的基本概念与作用

DNS介绍

一、定义与作用

DNS，即域名系统（Domain Name System），是互联网的一项基础服务，它允许终端用户将人类可读的域名转换为网络可以理解的机器可用IP地址，DNS就是让计算机能够通过域名找到对应的服务器，从而访问网站或使用网络服务，当用户在浏览器中输入“www.baidu.com”时，DNS会帮助将这个域名解析为百度服务器的实际IP地址，使用户的设备能够连接到该服务器并获取网页内容。

二、工作原理

DNS的工作原理基于层次结构的分布式数据库系统，主要包括递归查询和迭代查询两种方式。

递归查询：客户端向首选DNS服务器发出查询请求后，若该服务器无法直接回答，则代表客户端向其他DNS服务器进行完全解析直到获得最终答案为止。

迭代查询：客户端向首选DNS服务器发出查询请求后，若该服务器无法直接回答，则由该服务器代表客户端向其他DNS服务器进行查询直到得到答案为止。

三、组成部分

DNS系统主要由以下三个部分组成：

域名空间和资源记录：这是DNS的核心数据结构，以层次结构的方式组织和管理域名信息，每个域名都对应一个或多个资源记录，这些记录包含了与域名相关的各种信息，如IP地址、邮件服务器等。

域名服务器：负责存储、管理和提供域名信息，当收到客户端的查询请求时，域名服务器会根据请求的域名在其数据库中查找相应的资源记录，并将结果返回给客户端。

解析器：负责处理客户端的域名解析请求，当客户端需要解析一个域名时，解析器会代表客户端向域名服务器发送查询请求，并等待服务器的响应，一旦收到响应，解析器会将结果返回给客户端，使客户端能够使用得到的IP地址与目标服务器建立连接。

四、域名结构

域名采用层次结构，从右到左依次为顶级域名、二级域名、三级域名等，各级域名之间用点号分隔。“www.tsinghua.edu.cn”中，“cn”是顶级域名，代表中国；“edu”是二级域名，代表教育机构；“tsinghua”是三级域名，表示清华大学；“www”则是主机名，提供了web服务。

五、常见顶级域名

顶级域名分为通用顶级域名、国家顶级域名和反向域等几类。

通用顶级域名：如“.com”（商业机构）、“.org”（非营利性组织）、“.net”（网络服务机构）等。

国家顶级域名：如“.cn”（中国）、“.uk”（英国）、“.us”（美国）等，这些域名通常用于表示特定的国家或地区。

反向域：如“.arpa”，主要用于从IP地址到域名的反向解析。

六、DNS报文结构

DNS报文结构分两部分：查询报文和应答报文。

DNS查询报文：包含标识、标志、查询记录数、查询部分等问题数目、查询类型、查询类别等信息。

DNS应答报文：包含标识、标志、回答记录数、授权回答记录数、附加信息记录数、回答部分、权威部分、附加部分等信息。

七、基于CH394的DNS实现示例

以下是一个简单的基于CH394的DNS实现示例代码片段，用于向DNS服务器发送查询报文并解析回答报文：

// 初始化CH394并创建1个UDP的socket;
// link成功后可通过CH394向DNS服务器发查询报文，DNS服务器ip要与路由器DNS服务器IP一致，目的端口为53.
CH394发送查询报文：
// Domain Name System (query)
// Transaction ID: 0x1101 * 11 01
// Flags: 0x0100 Standard query * 01 00
// Questions: 1 * 00 01
// Answer RRs: 0 * 00 00
// Authority RRs: 0 * 00 00
// Additional RRs: 0 * 00 00
// Queries
// Name: www.wch.cn * 03 77 77 77 03 77 63 68 02 63 6e 00
// Type: A (1) (Host Address) * 00 01
// Class: IN (0x0001) * 00 01
// CH394解析回答报文：
// Domain Name System (response)
// Transaction ID: 0x1102 * 11 02
// Flags: 0x8180 Standard query response, No error * 81 80
// Questions: 1 * 00 01
// Answer RRs: 1 * 00 01
// Authority RRs: 0 * 00 00
// Additional RRs: 0 * 00 00
// Queries
// Name: www.wch.cn * 03 77 77 7703 77 63 68 02 63 6e 00
// Type: A (1) (Host Address) * 00 01
// Class: IN (0x0001) * 00 01
// Answers
// Name: www.wch.cn * c0 0c
// Type: A (1) (Host Address) * 00 01
// Class: IN (0x0001) * 00 01
// Time to live: 2710 (45 minutes, 10 seconds) * 00 00 0a 96
// Data length: 4 * 00 04
// Address: www.wch.cn (58.213.45.186) * 3a d5 2d ba

八、DNS配置文件

在Linux系统中，DNS的主要配置文件通常位于/etc/resolv.conf目录下，该文件包含了DNS服务器的IP地址、搜索域等配置信息。

nameserver 8.8.8.8
nameserver 8.8.4.4
domain localdomain

上述配置指定了两个首选的DNS服务器（Google的公共DNS服务器）和一个默认的搜索域。

九、资源记录的类型

DNS中的资源记录包含了与域名相关的各种信息，常见的资源记录类型包括：

A记录：将主机名映射到IPv4地址。

AAAA记录：将主机名映射到IPv6地址。

CNAME记录：别名记录，允许将多个名字映射到同一台计算机。

MX记录：邮件交换记录，用于电子邮件系统。

NS记录：域名服务器记录，指定该域名由哪个DNS服务器来进行解析。

十、DNS服务器类型

根据功能和用途的不同，DNS服务器可以分为多种类型：

主DNS服务器：负责解析至少一个域。

辅助DNS服务器：作为主DNS服务器的辅助，提供冗余和负载均衡。

缓存DNS服务器：不负责解析域，只缓存域名解析结果以提高查询速度。

十一、DNS名称解析方式

DNS名称解析方式主要有正向解析和反向解析两种：

正向解析：即将FQDN（完全限定域名）转化为IP地址的过程，这是最常见的解析方式，用于将用户输入的域名转换为对应的IP地址以便进行网络通信。

反向解析：即将IP地址转化为FQDN的过程，这种解析方式通常用于日志分析、网络安全等方面以便追踪IP地址的来源。

十二、DNS服务器查询的类型

DNS服务器查询的类型主要包括递归查询和非递归查询两种：

递归查询：客户端仅发出一次请求给DNS服务器要求完全解析域名（直到获得最终的IP地址）的过程，如果DNS服务器无法直接回答该查询，它会代表客户端向其他DNS服务器进行完全解析直到获得最终答案为止。

非递归查询：客户端发出查询请求后，DNS服务器如果无法直接回答该查询，它会返回一个指示该域名可能位于何处的参考答案给客户端，然后客户端可以根据这个参考答案继续向其他DNS服务器进行查询直到得到最终答案为止。

十三、DNS监听端口

DNS服务使用的端口号是UDP协议的53号端口，这意味着当设备需要解析域名时，它会通过UDP协议向目标DNS服务器的53号端口发送查询请求并接收响应，为了确保数据传输的可靠性，在某些情况下也会使用TCP协议进行查询（如区域传送）。

十四、DNS的重要性及应用场景

DNS在互联网中扮演着至关重要的角色，它不仅使得用户能够更方便地访问网站和服务，还提高了网络的可用性和安全性，DNS的重要性体现在以下几个方面：

提高用户体验：通过将易于记忆的域名转换为IP地址，DNS使得用户能够更方便地访问互联网资源而无需记住复杂的IP地址。

分布式管理：DNS采用分布式架构，即使单个DNS服务器出现故障也不会影响整个系统的正常运行从而提高了系统的可靠性和可用性。

负载均衡：通过合理配置多个A记录或使用CDN技术可以将流量分散到不同的服务器上从而提高网站的访问速度和稳定性。

安全防护：通过配置适当的访问控制列表和防火墙规则可以限制对特定域名或IP地址的访问从而增强网络的安全性，一些高级的DNS服务还提供了防DDoS攻击等功能以进一步保护网络安全。