[计算机网络]DNS（域名系统）：网络的招待员（因特网的目录服务）

域名系统（Domain Name System， DNS）是计算机网络中至关重要的枢纽之一，本篇博客将带你全方位，深入浅出的了解计算机网络中的域名系统（Domain Name System， DNS）。

目录

1 文章简述

2.1DNS提供的服务

2.1.1 DNS是什么

2.1.2 为何要实现行主机名和IP地址的转换

2.1.3 DNS提供的其他重要服务

2.2 DNS的工作机理

2.2.1 分布式、层次数据库

2.2.2 DNS实现查询的两种方式

1. 递归查询

2. 迭代查询

2.2.3 DNS缓存

2.3 DNS记录

2.3.1 资源记录

2.4 DNS的脆弱性

---

1文章简述

        为什么称DNS是招待员呢？这可以从他最关键的任务中体现。这里将直接给出DNS最为核心的任务：进行主机名到IP地址转换的目录服务。本片博客将先介绍DNS所提供的服务，再根据服务进一步解析DNS工作机理，最后介绍实现DNS机理所需的数据配置。我们将通过这三个不同又彼此相关联的视角介绍这位招待员。

2.1DNS提供的服务 2.1.1DNS是什么

        1.DNS是一个由分层的DNS服务器实现的分布式数据库（存放了很多主机名和对应的IP地址）。

        2.DNS是一个使得主机能够查询分布式数据库的应用层协议。DNS是应用层协议，运行在UDP之上，端口号为53。它通常为其他应用层协议提供服务，如HTTP,SMTP等。

2.1.2为何要实现行主机名和IP地址的转换？

        简述中说到，DNS所提供最核心的任务就是：进行主机名到IP地址转换的目录服务。我们不妨先思考这样一个问题，为什么要转换？其实这就像我们编程一样，我们习惯于使用C++，Python这类语言，而计算机却只能理解二进制数。同理，我们在网络中习惯了主机名，如www.baidu.com。但是这些主机名提供的信息少之又少，而且长短不一，导致路由器难以处理。通常主机通过IP地址进行标识，如121.7.106.83（一个IP地址由4个字节组成，有着严格的层次结构），但是又不方便人们记忆。比如：你好，我是121.7.106.83，我找马冬梅（这不比夏洛难记多了哈哈哈）。所以DNS就此诞生。

2.1.3DNS提供的其他重要服务

作为计算机网络中至关重要的角色，DNS还提供了以下几个关键服务。

1.获取主机别名对应的规范主机名及IP地址：一个名为realy2. west-coast.enterprise.com的主机还可能存在别名，比如www.enterprise.com。我们也能调用DNS来实现转换。

2.邮件服务器别名：显而易见，和上面的情况相似，我们也希望邮件服务器地址十分好记（Bob的邮箱：bob@yahoo.com）。

3.负载分配：既然我们通过主机名访问其他主机时都要调用DNS，那用它来调解网络的拥堵情况岂不美哉？。例如，当我们通过主机名访问一个Web网站时，DNS将可以访问这个网站并且较为空闲的Web服务器的IP地址以集合的方式返回给客户主机，这样就将可以将冗余的服务器利用起来了。

2.2DNS的工作机理

        这一小节将是本篇博客的重点，希望我们都有耐心(写)看完哈。上一小节介绍了DNS所提供的服务，那么这一节就将具体介绍这些服务是如何实现的。我们先来看一下最最最简单的版本流程，当客户主机上的某些系统（Web浏览器）要将主机名转化为IP地址时：

        （1）:   这些应用将调用DNS客户端，并指明要被转换的主机名（DNS客户端在客户主机内）。

        （2）：用户主机上的DNS客户端接收到之后，向DNS服务端中发送一个DNS查询报文（所有的DNS请求和回答报文都使用UDP数据报经端口53发送）。

        （3）：DNS服务端返回该主机名对应的IP地址。

这是通过我们客户端的视角看到的DNS简易服务流程，DNS就像一个提供简单、直接的转换服务的黑盒子。但是事实上DNS内部是非常复杂的（当然请放心，本篇博客不会研究太深，我们将有趣的走完全程）。

2.2.1分布式、层次数据库

        我们将通过了解DNS的结构组成为起点，进一步丰富上述简易流程的版本。DNS使用了大量的DNS服务器，它们以层次的方式组织（即存在上下级）。我们将DNS服务器划分为以下三类，这也是DNS服务器的层级结构（树状结构）：

        （1）：根DNS服务器：提供顶级域DNS服务器（TLD）的IP地址

        （2）：顶级域DNS服务器（TLD）：提供权威DNS服务器的IP地址

        （3）：权威DNS服务器：将因特网上具有公共可访问主机的主机名映射为IP地址

         除此之外，我还要介绍另一类重要的DNS服务器，名为本地DNS服务器。严格来说，我们通常不将它划分为DNS服务器结构，因为它是我们与DNS服务器层次结构之间的代理（本地DNS服务器通常离本地客户相隔不超过几台路由器），本地DNS服务器先接收本地客户发出的请求，再请求传入DNS服务器层级结构中。

2.2.2DNS实现查询的两种方式

        接下来我们将通过两种查询方式了解各类DNS服务器之间是如何运作的。

1.递归查询

         2.迭代查询

         理论上任何DNS查询既可以是迭代的也可以是递归的。但是实际上，网络中查询通常是如迭代查询的图解中所示。我们在客户主机与本地域名服务器之间使用递归查询（未进入DNS服务器层级结构之前）。在进入DNS服务器层级结构之后，通常使用迭代查询。

        将这两种查询方式结合我们最初的DNS服务流程相结合，那么我们就会得到较为完整的DNS工作机理。当然这种流程还是存在较大的缺陷的，比如我们要实现一个主机名到IP地址的转换，竟然要发送8份报文。这是计算机网络无法接受的。

2.2.3DNS缓存

        学习完上一小节DNS两种查询方式之后，我们已经了解了DNS工作机理的大致流程。但是从上面的两幅图解中不难看出，如果我们要实现一个主机名到IP地址的转换，竟然要发送8份报文。这对于庞大的计算机网络来说无疑是巨大的负担。由此，我们将介绍DNS系统极为重要的特色：DNS的缓存功能。这就像Web缓存器一样，为整个计算机网络带来了极大的便利。

        在一个请求链中，当某个DNS服务器收到另一个DNS服务器的回答时，我们将其中映射的IP地址缓存到本地的存储器中。这样以来，当下一个请求报文任然向该DNS服务器请求被存储的主机名的IP地址时，该DNS服务器就可以直接从存储器中提取对应IP地址进行回复，即使它不是该IP地址对应主机的权威服务器。但是需要注意的是，DNS会自动更新自己的存储库（因为主机名与IP地址之间的映射并不是永久的），所以DNS服务器会在一段时间后丢弃某些缓存的信息。事实上，因为缓存，除了少数DNS查询以外，根服务器被绕过了。

        加上缓存功能，我们的大致流程就实现啦，当然这并不包括DNS服务器的内部实现，我们将在下文中简单介绍DNS内部记录数据的方式。

2.3DNS记录

        从DNS提供的服务，到DNS的工作机理。我们都没有提及DNS的内部实现，DNS是如何存储和构造资源记录（Resource Record，RR）的呢？DNS报文是如何确定客户的需求的呢？我们要如何存储备份来自其他DNS服务器的IP地址映射呢？我们的IP地址映射的缓存要存储多长时间呢？

        对这些问题的困惑都来源于没有对NDS的内部实现进行了解。看似复杂的背后，其实可以用较为简单的四个较为关键的数值进行学习。它们其实是资源记录字段中的4元组。（Name，Value，Type，TTL）。

2.3.1资源记录

TTL：该记录的生存时间。

Name和Value的值是有Type决定的

（1）：Type=A：Name为主机名，Value是主机名对应的IP地址。

（2）：Type=NS：Name：域名（foo.com），Value是知道如何获得该区域中主机IP地址的权威DNS服务器的主机名。

（3）：Type=CNAME：Value是别名为Name的主机对应的规范主机名。

（4）：Type=MX：Value是别名Name的邮件服务器的规范主机名。

        接下来我们通过举例说明进行解析：

        如果一台DNS服务器是某主机的权威DNS服务器，那么该DNS服务器就一定包含一条包含用于该主机名的类型A记录（但是拥有该A类型记录的不一定是该主机的权威服务器）。这样该NDS服务器就能直接找到它的本地客户。

        如果一台DNS服务器不是该主机的权威服务器，那么它应该包含一条可以找到该主机权威服务器名的记录，那么就是上方对应的NS记录，和一条获得该权威服务器IP的A记录。

2.4DNS的脆弱性

        大致了解了DNS的工作流程，那么在现实的网络中，既然我们通过主机名获取IP地址都要通过DNS，那DNS岂不是很容易遭受到不法分子的攻击吗？接下来我们简单了解一下DNS是否真的那么脆弱。

        针对DNS的攻击无非就大致的分为两种

        （1）：分布式拒绝攻击（DDoS），带宽洪泛攻击（说简单点就是向DNS发送大量的数据分组，导致DNS回复不过来而瘫痪）。

        （2）：不法分子通过截获来自主机的请求，将自己装扮成DNS服务器将带有病毒的恶意网站的IP地址返还给客户。

        我们先来看看第一种。攻击者确实可以将大量的分组指向根服务器（根服务器数量最少，就像斩首行动一样），但是大多数本地DNS服务器都缓存了顶级域名服务器（TDL），就直接绕开了根服务器。而TDL的缓存技术也可以对此进行保护（就像上面学习的那样）。更为保障的是DNS根服务器有一项功能是分组过滤保护，阻挡了所有指向根服务器的ICMP ping报文。

        第二种攻击其实也难以实现，因为不法分子要求截获分组或扼制住DNS服务器。这是极其困难的。

        总结来说，DNS具有令人惊讶的健壮性。我们大可放心，目前为止，没有一个攻击妨碍了DNS为我们服务。可见这位招待员身体十分硬朗哈。

        作为计算机网络的关键枢纽之一，DNS拥有十分重要的使命。我们通过学习了解DNS的服务流程可以发现，其实DNS的工作流程和计算机网络中的数据传输有着许多的类似之处。我们可以通过复习DNS的工作流程，回忆计算机网络中其他重要的知识。