DNS协议详解

DNS协议是互联网的核心技术之一。DNS（Domain Name System，域名系统），万维网上作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住IP。通过域名，最终得到该域名对应的IP地址的过程叫做域名解析（或主机名解析）。

一、DNS的定义

DNS( Domain Name System)是“域名系统”的英文缩写，是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统，它用于TCP/IP网络，它所提供的服务是用来将主机名和域名转换为IP地址的工作。

DNS (Domain Name System) 域名系统 是一个将ip地址映射成为域名或者将域名映射成为ip的一种服务。域名长度限制255。

端口 53 使用TCP/UDP 域名请求查询时是UDP协议 数据包小于512字节，但是如果返回的请求大小大于512字节，交互双方会协商使用TCP协议。

二、DNS的域名空间结构

域名系统作为一个层次结构和分布式数据库，包含各种类型的数据，包括主机名和域名。DNS数据库中的名称形成一个分层树状结构称为域命名空间。

根域：DNS域名使用中规定由尾部句点'.'来指定名称位于根或者更高层次的域层次结构。

顶级域：用来指示某个国家、地区或者组织。采用三个字符，如com -> 商业公司，edu -> 教育机构，net -> 网络公司，gov -> 非军事政府机构等等。

二级域：个人或者组织在Internet使用的注册名称。采用两个字符，如：cn -> 代表中国，jp -> 日本，uk -> 英国，hk -> 香港等等。

主机：主机名处于域名空间结构中的最底层，主机名和域名结合构成FQDN，主机名是FQDN最左端的部分。

三、DNS的获取流程

DNS是应用层协议，事实上他是为其他应用层协议工作的，包括不限于HTTP和SMTP以及FTP，用于将用户提供的主机名解析为IP地址。

具体过程如下：

1、用户主机上运行着DNS的客户端，就是我们的PC机或者手机客户端运行着DNS客户端了。

2、浏览器将接收到的url中抽取出域名字段，就是访问的主机名，比如http://www.baidu.com/，并将这个主机名传送给DNS应用的客户端。

3、DNS客户机端向DNS服务器端发送一份查询报文，报文中包含着要访问的主机名字段（中间包括一些列缓存查询以及分布式DNS集群的工作）。

4、该DNS客户机最终会收到一份回答报文，其中包含有该主机名对应的IP地址。

5、一旦该浏览器收到来自DNS的IP地址，就可以向该IP地址定位的HTTP服务器发起TCP连接。

四、DNS服务的体系架构

DNS服务的作用：把域名解析为IP地址，将IP地址解析为域名。

假设运行在用户主机上的某些应用程序（如Web浏览器或者邮件阅读器）需要将主机名转换为IP地址。这些应用程序将调用DNS的客户机端，并指明需要被转换的主机名。（在很多基于UNIX的机器上，应用程序为了执行这种转换需要调用函数gethostbyname（））。用户主机的DNS客户端接收到后，向网络中发送一个DNS查询报文。所有DNS请求和回答报文使用的UDP数据报经过端口53发，经过若干ms到若干s的延时后，用户主机上的DNS客户端接收到一个提供所希望映射的DNS回答报文。这个查询结果则被传递到调用DNS的应用程序。因此，从用户主机上调用应用程序的角度看，DNS是一个提供简单、直接的转换服务的黑盒子。但事实上，实现这个服务的黑盒子非常复杂，它由分布于全球的大量DNS服务器以及定义了DNS服务器与查询主机通信方式的应用层协议组成。

五、DNS采取分布式集群工作方式

DNS的一种简单的设计模式就是在因特网上只使用一个DNS服务器，该服务器包含所有的映射，在这种集中式的设计中，客户机直接将所有查询请求发往单一的DNS服务器，同时该DNS服务器直接对所有查询客户机做出响应。尽管这种设计方式非常诱人，但它不适用当前的互联网。因为当今的因特网有着数量巨大并且在持续增长的主机，这种集中式设计会有单点故障，通信容量，远距离的时间延迟，维护开销大等问题。

DNS服务器一般分三种，根DNS服务器，顶级DNS服务器，权威DNS服务器。

六、DNS工作过程

当 DNS 客户机需要查询程序中使用的名称时，它会查询本地DNS 服务器来解析该名称。客户机发送的每条查询消息都包括3条信息，以指定服务器应回答的问题。

● 指定的 DNS 域名，表示为完全合格的域名 (FQDN) 。

● 指定的查询类型，它可根据类型指定资源记录，或作为查询操作的专门类型。

● DNS域名的指定类别。

对于DNS 服务器，它始终应指定为 Internet 类别。例如，指定的名称可以是计算机的完全合格的域名，如im.qq.com，并且指定的查询类型用于通过该名称搜索地址资源记录。

DNS 查询以各种不同的方式进行解析。客户机有时也可通过使用从以前查询获得的缓存信息就地应答查询。DNS 服务器可使用其自身的资源记录信息缓存来应答查询，也可代表请求客户机来查询或联系其他 DNS 服务器，以完全解析该名称，并随后将应答返回至客户机。这个过程称为递归。

另外，客户机自己也可尝试联系其他的 DNS 服务器来解析名称。如果客户机这么做，它会使用基于服务器应答的独立和附加的查询，该过程称作迭代，即DNS服务器之间的交互查询就是迭代查询。

DNS查询过程如下：

1、在浏览器中输入www . qq .com 域名，操作系统会先检查自己本地的hosts文件是否有这个网址映射关系，如果有，就先调用这个IP地址映射，完成域名解析。

2、如果hosts里没有这个域名的映射，则查找本地DNS解析器缓存，是否有这个网址映射关系，如果有，直接返回，完成域名解析。

3、如果hosts与本地DNS解析器缓存都没有相应的网址映射关系，首先会找TCP/ip参数中设置的首选DNS服务器，在此我们叫它本地DNS服务器，此服务器收到查询时，如果要查询的域名，包含在本地配置区域资源中，则返回解析结果给客户机，完成域名解析，此解析具有权威性。

4、如果要查询的域名，不由本地DNS服务器区域解析，但该服务器已缓存了此网址映射关系，则调用这个IP地址映射，完成域名解析，此解析不具有权威性。

5、如果本地DNS服务器本地区域文件与缓存解析都失效，则根据本地DNS服务器的设置（是否设置转发器）进行查询，如果未用转发模式，本地DNS就把请求发至13台根DNS，根DNS服务器收到请求后会判断这个域名(.com)是谁来授权管理，并会返回一个负责该顶级域名服务器的一个IP。本地DNS服务器收到IP信息后，将会联系负责.com域的这台服务器。这台负责.com域的服务器收到请求后，如果自己无法解析，它就会找一个管理.com域的下一级DNS服务器地址(http://qq.com)给本地DNS服务器。当本地DNS服务器收到这个地址后，就会找http://qq.com域服务器，重复上面的动作，进行查询，直至找到www . qq .com主机。

6、如果用的是转发模式，此DNS服务器就会把请求转发至上一级DNS服务器，由上一级服务器进行解析，上一级服务器如果不能解析，或找根DNS或把转请求转至上上级，以此循环。不管是本地DNS服务器用是是转发，还是根提示，最后都是把结果返回给本地DNS服务器，由此DNS服务器再返回给客户机。

从客户端到本地DNS服务器是属于递归查询，而DNS服务器之间就是的交互查询就是迭代查询。

七、DNS报文格式

(1) 16位标识: 标记一堆DNS查询和应答，以区分哪一个DNS应答对应哪个DNS查询的回应

(2) 16位标志: 协商具体的通信方式和反馈通信状态。具体位如下：

 

a. QR: 查询/应答标志位，0表这是一个查询报文，1表示应答报文

b. opcode: 定义查询/应答的类型，0表标准查询，1表反向查询(由IP地址获得主机域名)，2表请求服务器状态

c. AA: 授权应答标志，仅被应答报文使用。1表示该DNS服务商是授权服务器

d. TC: 截断标志，仅被应答报文使用。因为UDP数据报是有长度限制的，过长的DNS报文将被截断。为1表DNS报文超过512字节并被截断

e. RD: 递归查询标志，1表执行递归查询：若目标DNS服务器无法解析某个主机名，则它将向其他DNS服务器继续查询，如此递归，直至获得结果并返回给客户端；0表示迭代查询：若目标DNS服务器无法解析某个主机名，则将它自己知道的其他DNS服务器的IP地址返回给客户端，让客户端决定是否继续往向其他DNS发送请求。

f. RA：允许递归标志，仅被应答报文使用。1表示DNS支持服务器递归查询

g. ZERO: 这3位未使用，须设置为0

h. rcode: 4位返回码，表应答状态。0表无错误，3表域名不存在

对于查询报而言：

(3) 16位问题个数: 一般包含一个查询问题

(4) 16位应答资源个数、16位授权资源记录数目、16位额外资源记录数据: 查询报中至少为1；

对于应答报而言：

(3) 应答报文的应答资源记录数：至少为1，

(4) 授权资源、额外资源记录数据：可为0或非0

(5) 查询问题的格式为：

查询名以一定的格式封装了要查询的主机名，查询类型表如何执行查询操作：

a. 类型A，值是1：表获取目的主机的IP地址

b. 类型CNAME，值是5：表获得目标主机的别名

c. 类型PTR，值为12，表反向查询(通过IP地址获取域名)

查询类一般为1，表获取IP地址。

(6) 应答、授权和额外信息字段都使用资源记录(Resource Record, RR)格式：

(7) 域名、类型、类：资源对应的名字，格式和查询问题的格式一样

(8) 生存时间: 表该查询记录结果可被本地客户端缓存多长时间，单位是S

(9) 资源数据长度、资源数据：取决于类型字段。对于类型A，资源数据是32位的IPv4地址，资源数据长度为4字节

DNS查询报文格式：

 

 

DNS响应报文格式

 

 

参考链接：

https://blog.csdn.net/zhengqijun_/article/details/53811229

https://www.cnblogs.com/anyhoo/p/10369589.html

https://blog.csdn.net/qq_29344757/article/details/78417000

https://blog.csdn.net/qq_43679416/article/details/119972018