TCP/IP学习笔记：DNS

概述

DNS：Domain Name System，域名系统。它是：

1. 一个由分层的DNS服务器（DNS Server）实现的分布式数据库；
2. 一个使得主机能够查询分布式数据库的应用层协议。

它运行在UDP之上，使用53号端口。

它提供的服务：

1. 主机名到IP地址转换的目录服务。
2. 主机别名。有着复杂主机名的主机能拥有一个或多个别名。复杂主机名也称为规范主机名。如果存在主机别名，主机别名比规范主机名更加容易记忆。应用程序可以调用DNS来获得主机别名对应的规范主机名以及主机的IP地址。
3. 邮件服务器别名。电子邮件应用程序可以调用DNS，对提供的主机名别名（如yahoo.com）进行解析，已获得该主机的规范主机名（如relay1.west-coast.hotmail.com）及其IP地址。
4. 负载分配。DNS也用在冗余的服务器（如冗余的Web服务器）之间进行负载分配。繁忙的站点被冗余分布在多台服务器上，每台服务器均运行在不同的端系统上，每个都有着不同的IP地址。由于这些冗余的Web服务器，一个IP地址集合因此与同一个规范主机名相联系。DNS数据库中存储着这些IP地址集合。当客户对映射到某地址集合的名字发出一个DNS请求时，该服务器用IP地址的整个集合进行响应，但在每个回答中循环这些地址次序。因为客户通常总是向IP地址排在最前面的服务器发送HTTP请求报文，所以DNS就在所有这些冗余的Web服务器之间循环分配了负载。

域名空间

图源：《TCP/IP详解 卷1：协议》

DNS的分布式、层次数据库

大致说来，在DNS服务器的层次结构中有3种类型的DNS服务器：

• 根DNS服务器：提供TLD服务器的IP地址。
• 顶级域名（Top-Level-Domain, TLD）DNS服务器：提供权威DNS服务器的IP地址。
• 权威DNS服务器：在因特网上具有公共可访问主机（如Web服务器和邮件服务器）的每个组织机构必须提供公共可访问的DNS记录，这些记录将这些主机的名字映射为IP地址。一个组织机构的权威DNS服务器收藏了这些DNS记录。

还有一类重要的DNS服务器，严格而言它不属于DNS服务器的层次结构，但它对DNS层次结构至关重要。这一类DNS服务器是本地DNS服务器。每个ISP（如一个居民区的ISP或一个机构的ISP）都有一台本地DNS服务器（也叫默认名字服务器）。当主机与某个ISP连接时，该ISP提供一台主机的IP地址，该主机具有一台或多台其本地DNS服务器的IP地址（通常通过DHCP）。主机的本地DNS服务器通常“临近”本主机：对某机构ISP而言，本地DNS服务器可能就与主机在同一局域网中；对于某居民区ISP来说，本地DNS服务器通常与主机相隔不超过几台路由器。当主机发出DNS请求时，该请求被发往本地DNS服务器，它起着代理的作用，并将该请求转发到DNS服务器层次结构中。

查询分为递归查询与迭代查询。

（具体例子见 《计算机网络：自顶向下方法（原书第7版）》P86-88）

DNS缓存

在一个请求链中，当某DNS服务器接收一个DNS回答（如包含某主机名到IP地址的映射）时，它能将映射缓存在本地存储器中。由于主机和主机名与IP地址间的映射不是永久的，所以DNS服务器在一段时间后（通常设置为两天）将丢弃缓存的信息。

本地DNS服务器也能够缓存TLD服务器的IP地址，因而允许本地DNS绕过查询链中的根DNS服务器。事实上，因为缓存，除了少数DNS查询以外，根服务器基本都被绕过了。

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。资源记录是一个包含了以下字段的4元组：

• TTL

  该记录的生存时间，它决定了资源记录应当从缓存中删除的时间。

• Name、Value、Type

  • 若Type=A，则Name是主机名，Value是该主机名对应的IP地址。该类型的资源记录提供了标准的主机名到IP地址的映射。如(relay1.bar.foo.com, 145.37.93.126, A)。
  • 若Type=NS，则Name是个域（如foo.com），而Value是个知道如何获得该域中主机IP地址的权威DNS服务器的主机名。这个记录用于沿着查询链来路由DNS查询。如(foo.com, dns.foo.com, NS)。
  • 若Type=CNAME，则Value是别名为Name的主机对应的规范主机名。该记录能够向查询的主机提供一个主机名对应的规范主机名，例如(foo.com, relay1.bar.foo.com, CNAME)。
  • 若Type=MX，则Value是个别名为Name的邮件服务器的规范主机名。如(foo.com, mail.bar.foo.com, MX)。通过使用MX记录，一个公司的邮件服务器和其他服务器（如Web服务器）可以使用相同的别名。为了获得邮件服务器的规范主机名，DNS客户应当请求一条MX记录；而为了获得其他服务器的规范主机名，DNS客户应当请求CNAME记录。

参考资料

《计算机网络：自顶向下方法（原书第7版）》P83-92