计算机网络之（4）：DNS
文章目录
- DNS
- 必要性
- 要解决的问题
- DNS 域名结构
- 工作原理
- 主要目的
- Q1:DNS 命名空间
- 域名
- 域名管理
- Q2 : 解析问题
- 单个 DNS 服务器的问题
- 权威名字服务器（authoritative record）
- 资源记录（resource records)
- TTL 生存时间
- Domain 域名： Value 值
- Type 类别
- 资源记录实例
- DNS 大致工作原理
- 递归查询
- 迭代查询
- 提高性能：缓存
- DNS 协议 & 报文
- Q3: 维护问题：如何新增一个域
DNS
- DNS 是给其他应用提供服务的，不是直接给人提供服务的（不直接给人提供服务）
- 将域名转化为 IP 地址
必要性
- DNS 为应用层的应用提供服务，得到了 IP 地址之后，应用层向传输层提交的是 IP 地址，因为 域名 是应用层的事情， IP 地址才是下层能够理解的
要解决的问题
- 如何命名设备（如何避免重名）—— 分层化的命名方式
- 如何解决域名到 iP 地址的转化问题——一台设备专门负责解析，要使用的人提供域名，服务器返回对应的 ip 地址（理论上可行，现实不行，因为设备太多，这种过于中心化的操作可能会导致很严重的问题）——分布式的解决思路（分布式的维护和解析域名）
- 如何维护：增加或者删除一个域名或子域名
DNS 域名结构
- NDS：域名
工作原理
- 分层式的，基于域的命名机制
- 若干分布式的数据库完成名字到 IP 地址的转换
- 运行在 UDP 的 53 端口的应用服务
- DNS 是一个互联网的核心功能，但是在网络边缘的客户端上进行处理（以应用层协议的方式实现）
主要目的
- 实现主机名—IP 地址的转换（name / IP translate)
- 其他目的：
- 主机别名到规范名字的转换：Host aliasing
- 邮件服务器别名到邮件服务器正规名字的转换：Mail server aliasing
- 负载均衡：load distribution
Q1:DNS 命名空间
域名
- 域名有两种，一种是从树的叶子节点向上找到树根（这表示的是一台机器的 域名）
- 第二种是从树的树枝起向树根找（这表示的是一个域的域名）
- 例如 ustc.edu.cn 表示的是一个域的域名；而 auto.ustc.edu.cn 表示的是一个服务器主机的域名
域名管理
- 一个域管理其下的子域，例如 .cn 这个域是中国的域名，那么它可以负责子域的命名，例如 edu 表示教育网站，edu.cn 就是 .cn 的一个子域；在其他国家，教育网站未必叫 edu，这要看那个国家如何指定这个子域的名称
- 域的划分是逻辑上的，而不是物理上的，比如美国有中国的大使馆，大使馆的域名还是属于 .cn 的
Q2 : 解析问题
单个 DNS 服务器的问题
- 如果只有一个域名服务器容易出现下面的问题：
权威名字服务器（authoritative record）
- 如何解决这个问题（分布式的方法）：
- 将互联网的名字空间划分成一个个的 zone，zone 之间相互不重叠
- 在每个 zone 内部安排一个 权威名字服务器（authoritative record） 来维护这个 zone 内部的名字和 ip 地址的对应关系
- 每个权威名字服务器都要维护一个数据库，数据库内容包括：
- 内部的子域
- 内部的域名到 iP 地址的对应关系
- 所有的这些内容，统称 资源记录（resource records）
资源记录（resource records)
- 记录的是权威名字服务器中需要维护的内容；
- 资源记录的内容再数据库中存储的时候使用下面几个字段：
- Domain 域名
- ttl time to live 生存时间（权威，缓冲记录）
- Class 级别，Internet 的 class 是 IN
- Value 值， 可以是数字，域名，或者 ASCII 串
- Type 类别， 资源记录的类型
TTL 生存时间
- 如果 ttl 维护的是是一个权威记录，那么它的生存时间就是无限大，如果是一个缓存记录，那么生存时间可能是几天；
- 例如上海交大要访问中科大，那么上交大要去中科大的权威服务器查询中科大的 IP 与 域名的对应关系，然后将中科大的域名和 ip 的对应关系维护在上交大自己的服务器中，这个记录是一个缓存记录，过几天就删掉了
- 缓存是为了提高效率，删除是为了一致性，因为 ip 和 域名的对应关系可能会变，如果迁到另外一个 ip 那么就变了
Domain 域名： Value 值
- 域名和 ip 地址的对应关系就分别保存在 domain 字段和 value 字段中
Type 类别
控制了记录的方式，不同的字段应该记录什么内容
当 type=A 的时候，这时候的 domain 和 value 字段中分别存储的就是域名和 ip 地址
type=NS 的时候，domain 存的是域名，value 存的是该域名的权威服务器的域名
- 例如下图中，如果 yale 大学 cs 学院的域名为 cs.yale.edu 那么这个域在维护资源记录（RR）的时候就需要维护一条 type=NS 的记录，这条记录的 domain 是 cs.yale.edu，value 是 yale.edu 因为这个是他的权威服务器（父亲服务器）
- 例如下图中，如果 yale 大学 cs 学院的域名为 cs.yale.edu 那么这个域在维护资源记录（RR）的时候就需要维护一条 type=NS 的记录，这条记录的 domain 是 cs.yale.edu，value 是 yale.edu 因为这个是他的权威服务器（父亲服务器）
type=CNAME 的时候，Name 为规范名字的别名， value 记录的是规范名字
- 例如 www.ibm.com 是个别名，并不是规范的名字，其规范的名称是：servereast.backup2.ibm.com
type=MX 的时候，Value 为 Name 对应的邮件服务器的名字
资源记录实例
- 记录格式：domain, tll, class, type, value
- 图中内容的 domain 是 flits.cs.vu.nl； tll=86400s； class=IN; type=A; value=192.31.231.165
- 下面的例子中，tll 没有标记，代表这些是权威，生存时间无限大
DNS 大致工作原理
应用application 首先向解析器 resolver；
解析器作为客户向 local name server 发送查询报文
name server 返回响应报文（域名name/ip)
解析器将结果返回给应用程序
每台主机都需要主动或者通过协议自动设置将哪台 local name server 作为他查询的时候的对象。
如果 local name server 中找不到对应的信息怎么办？
递归查询
如果美国某台设备想访问 www.ustc.edu.cn 的网站，首先回去找 local name server，发现本地的名字服务器没有缓存，因此 local name server 会向 cn 的根域名服务器发出请求，cn 服务器会逐步向下查找 cn -> edu -> ustc 就找到了，然后跳到 中科大的权威名字服务器，找到 www.ustc.edu.cn 与其 ip 地址的对应关系
迭代查询
- 因为递归查询对于根服务器的负担太重了
- 通过 cn 得到 edu 的服务器线索，返回 edu 的地址，然后 local name 服务器再向 edu.cn 的权威名字服务器发出查询请求，然后再返回 ustc.edu.cn 的域名和 ip 地址对应的信息给 local name 服务器。
提高性能：缓存
DNS 协议 & 报文
- 查询和响应报文格式相同
- 标识符（ID）16 位：谁发出的查询请求，例如我和小明分别向 DNS 服务器发出了请求，如果不使用 ID 标志我和小明，那么 DNS 只能先向目标的名字服务器发送请求得到结果后把结果给我，然后才能处理小明的解析请求。但是如果用 ID 标志了我和小明，那么我们的请求就可以被同时发出去，DNS 得到解析结果后只要分别的找到我和小明的 ID 并给我们结果就行了。
- flags：
- 查询 / 应答
- 希望递归
- 递归可用
- 应答是否需要权威
Q3: 维护问题：如何新增一个域
- 首先新增一个域，它的顶级域肯定得知道并且维护这个信息，所以首先在其上级域中增加两条记录：
- 指向这个新增的子域的域名
- 指向这个新增的子域的服务器的地址
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