【计算机网络】DNS域名系统

DNS域名系统

域名系统（Domain Name System, DNS）是互联网使用的命名系统，用来把熟知的域名转换为IP地址。
DNS被设计为一个联机分布式数据库系统，DNs使大多数解析都在本地进行，仅有少量的解析请求需要通过互联网通信，因此DNS的效率很高。同时因为DNS是分布式的，即使单个计算机出现故障，也不会影响DNS系统的整体运行。

当某一个应用进程需要解析主机名时，就调用相应的解析程序，并成为DNS的一个客户。把带解析的域名放在DNS请求报文中，以UDP数据包的方式发送给本地域名服务器（节省开销），本地域名服务器进行解析，应用进程获得目的主机的ip地址后就可以通信了。如果本地域名服务器不能回答请求，那么就继续向其他域名服务器发出请求，直到找到能回答该请求的域名服务器为止。

互联网采用了层次树状结构的命名方法，任何一个互联网上的主机或路由器，都有一个唯一的域名。这里的域指的是一种可被管理的划分。在语法上，每个域名由标号（label）序列组成，标号之间用.隔开。DNS规定，每个标号都由数字和字母组成，每一个标号不超过63个字符，不区分大小写字母，标号中只能使用-标点符号，完整的域名长度不超过255个字符。级别最低的域名写在左边，级别最高的域名写在右边。如mail.cctv.com，从左到右依次是三级域名、二级域名、顶级域名。各级域名由上一级的域名管理机构管理，最高级的顶级域名由ICANN管理。

顶级域名共分为三大类：

(1) 国家顶级域名nTLD：如cn表示中国，us表示美国，uk表示英国等等。在国家顶级域名下注册的二级域名均由该国家自行确定。我国把二级域名划分为“类别域名”和“行政区域名”两大类。类别域名共7个，ac:科研机构，com:工商金融企业，edu中国的教育机构，gov中国的政府机构，mil中国的国防机构，net提供互联网络服务的机构，org:非营利性的组织。行政区划名共34个，适用我国的各省自治区直辖市。如bj:北京市，js:江苏省。

(2) 通用顶级域名gTLD：最先确定的通用顶级域名有7个，如com:公司企业，net:网络服务机构，org:非营利性组织，int:国际组织，edu:美国专用的教育机构，gov:美国的政府部门，mil:美国的军事部门。此后又增加了13个通用顶级域名，如aero, asia, biz, cat, coop, info, jobs, mobi, museum, name, pro, tel, travel等。

(3) 基础结构域名infrastructure domain：arpa用于反向域名解析。

一旦一个单位拥有了一个域名，就可以自己决定是否划分下一级域名，而不必经过上一级域名管理机构批准。

具体实现层次树状结构的DNS系统，则需要分布在各地的域名服务器。如果每台服务器一一对应层次树状结构的每个域名，那么域名服务器的数量就会过多。因此DNS采用分区的办法来减少域名服务器的数量。一个服务器负责管辖的范围称作区，域名服务器实际是以区为管辖范围的。每一个区设置相应的权限域名服务器，用来保存该区中所有主机域名到ip地址的映射。区可能小于或等于域，但不能大于域。例如abc公司划分了两个区，abc.com, y.abc.com，因此有两台权限域名服务器，这两个区都是隶属于abc.com域的。

在更高级的域名服务器则按照层次结构划分。根据域名服务器所起的作用，可以把域名服务器划分为几种类型：

(1) 根域名服务器：管理所有的顶级域名服务器。根域名服务器是最重要的域名服务器，如果一个本地域名服务器自己不能解析，则必须要求助于根域名服务器。全世界588个根域名服务器仅使用13个不同ip地址的域名，即a.rootservers.net，b.rootservers.ne,…,m.rootservers.net。根域名服务器使用了任播(anycase)技术，因此当本地域名服务器向根域名服务器发出请求时，会找到离客户最近的根域名服务器。

(2) 顶级域名服务器：管理在该服务器注册的所有二级域名。

(3) 权限域名服务器：管理一个区的域名服务器。

(4) 本地域名服务器：本地域名服务器不属于域名服务器层次结构。当一台主机发出域名解析请求时，请求首先就发送给本地域名服务器。一个互联网服务提供者ISP，或者一个大学，一个大学里的系，都可以拥有一台本地域名服务器。

为了提高域名服务器的可靠性，采用主从结构，把数据复制到几个域名服务器来保存。当主域名服务器故障时，从域名服务器可以保证正常查询请求。主域名服务器定时把数据复制到从域名服务器中，保证了数据的一致性。

域名的解析过程：主机向本地域名服务器请求，一般是递归查询。即如果本地域名服务器不知道如何解析，那么由本地域名服务器来继续向其他域名服务器请求。本地域名服务器向其他域名服务器请求，一般是迭代查询。即如果根域名服务器给出下一步要查询的域名服务器地址，下一步由本地域名服务器继续请求。

为了提高域名解析效率，在域名服务器中使用到了“高速缓存”，用来存储最近已经解析过的域名到ip地址的映射。如果当前请求的域名已经在高速缓存中发现了，那么直接返回高速缓存中的记录。如果高速缓存中没有，但是高速缓存存储了顶级域名服务器的ip地址，那么本地域名服务器也可以不请求根，直接请求顶级域名服务器。不但本地域名服务器需要高速缓存，主机中也需要。许多主机在启动时就向本地域名服务器下载域名和ip的所有记录，并维护主机自己最近访问的高速缓存，只有在缓存查不到时才使用域名服务器。使用高速缓存的情况下，需要设置一个定期的时间用来重新从域名服务器中获取最新的记录，而大多数情况下域名到ip地址的映射是不轻易变化的，因此大多数情况下缓存，或者说域名服务器的记录都是一致的。

参考文章：

Windows查看和清楚DNS缓存

Linux使用nscd做dns缓存

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