DNS协议是如何将域名转换为IP地址的？

1、域名系统

域名系统（Domain Name System，简称DNS）是一个将域名和IP地址相互映射的分布式数据库系统，能够使人更方便地访问互联网。

在DNS系统中，每一级域名长度的限制是63个字符，域名总长度则不能超过253个字符。

域名系统采用递归查询请求的方式来响应用户的查询，为互联网的运行提供关键性的基础服务。

2、DNS报文格式

DNS定义了两种报文，一种为查询报文；另一种是对查询报文的响应，称为响应报文，无论是查询报文还是响应报文，都有12个字节的头和查询问题。

标识：占两个字节，同一个问题的查询和响应标识必须相同。

标志：占两个字节，包括QR、Opcode、AA、TC、RD、RA、Rcode等字段，用于表示查询类型、操作码、授权回答、可截断、期望递归、可用递归、结果代码等信息。

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。

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（代表IP地址）、NS（代表名字服务器）、PTR（代表指针记录）等；查询类占两个字节，通常为IN，指互联网地址。

资源记录：只出现在响应报文中，它们有一种统一的格式，DNS报文解析时，会分析一个正向解析的查询和响应报文，即已知主机名www.safepro.com.cn查询其对应的IP值。

3、工作原理

客户端首先向首选域名服务器查询，首选域名服务器检查本地资源记录，如果存在则作权威回答；如果不存在，则检查本地缓存，如果有记录则直接返回结果；若本地资源记录和缓存记录都不存在，则向根域名服务器查询。

根域名服务器返回相应顶级域的权威域名服务器的地址，首选域名服务器继续向该顶级权威域名服务器查询。

顶级权威域名服务器返回次级域的权威域名服务器地址，首选域名服务器如此迭代查询，直到得到对查询域名的权威回答，保存在本地缓存中并返回给客户端，完成此次查询。

4、DNS分层结构

根DNS服务器：位于DNS层次结构的顶层，负责管理顶级域名服务器的信息。

顶级域名服务器：负责管理特定顶级域（如.com、.org、.net等）下的域名信息。

权威域名服务器：存储着特定域名的官方解析记录，是域名解析的最终权威来源。

本地DNS服务器：通常由互联网服务提供商提供，是用户发起域名查询请求的首个接触点。

5、DNS记录

共同实现DNS分布式数据库的所有DNS服务器存储了资源记录（Resource Record, RR），RR提供了主机名到IP地址的映射。

每个DNS的响应报文都会包含一条或多条RR，资源记录是一个包含了下列字段的4元数组：（Name，Value,Type,TTL），TTL记录了生存时间，即缓存中资源记录的过期时间；Type表示记录类型；Value表示具体的数据值；Name表示域名。

6、通信流程

假设本地机器访问域名networkutopoa.com，其详细的协议通讯过程如下：浏览器地址栏中输入networkutopoa.com；浏览器从url地址中获取域名networkutopoa.com,然后将域名传递给本机的DNS应用的客户端；DNS客户端向本地DNS服务器发送一个包含域名networkutopoa.com的请求；本地DNS服务器先查看本地缓存有没有要查询的域名，如果没有在查看本地缓存中的TLD服务器有没有与域名匹配的服务器地址，如果有直接向TLD服务器发送请求，如果没有则向根服务器请求TLD服务器地址；TLD服务器直接向本地DNS服务器发送回答，回答中包含了域名对应的ip地址；浏览器收到ip地址之后，将请求发送到对应的ip地址上。

7、查询方式

递归查询：要求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，如果某个DNS服务器无法完成解析，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：每次请求返回的是具有更多信息的提示，告诉客户端下一步应该查询哪个DNS服务器，客户端需要根据这个提示再次发起查询请求，直到得到最终答案。

8、DNS数据库

主文件（区域文件）：是DNS服务器上的文本文件，它包含了该DNS服务器所管辖区域内的所有主机的DNS记录，这些记录以特定的格式编写，每条记录包含一个主机名和一个对应的IP地址，当需要添加或修改DNS记录时，必须编辑主文件。

插入记录：需要向专门的注册登记机构注册域名，由注册登记机构验证域名的唯一性，在注册时还需要提供基本和辅助权威DNS服务器的名字和IP地址，然后注册登记机构会将相应的资源记录插入到该DNS系统中。

9、实际应用

提高用户体验：通过提供易于记忆的域名，降低了用户访问网络资源的门槛。

负载均衡：可以根据网络流量和服务器负载情况，将访问请求分发到不同的服务器上，提高网站的响应速度和稳定性。

安全防护：DNS服务器可以通过设置黑名单和白名单等规则，限制对恶意域名的访问，保护用户免受网络攻击。

网站内容分发：结合CDN技术，DNS可以实现网站内容在全球范围内的快速分发。

相关问题与解答

1、为什么需要DNS协议？

答：因为计算机网络中的通信是基于IP地址进行的，但IP地址是数字形式，不便于人们记忆和使用，而域名是由字母和数字组成的字符串，更易于人们理解和使用，所以需要DNS协议来将域名转换为对应的IP地址，以便人们能够更方便地访问互联网资源。

2、DNS服务器是如何确定要查询的下一个目标服务器的？

答：当本地DNS服务器无法回答一个查询时，它会代表客户端向其他DNS服务器进行查询，首先会向根域名服务器查询，根域名服务器会返回顶级域名服务器的地址；然后向顶级域名服务器查询，顶级域名服务器会返回次级域名服务器的地址；依此类推，直到得到最终的答案，这个过程是基于DNS的层次结构和域名的命名规则来确定的。