《tcp/ip详解》 难点记录

一、DNS系统概述

详细的英文文档可参见https://www.freesoft.org/CIE/RFC/，其中domain names相关的部分。

相较于IP这种数字形式的数据，人们更容易接受和记忆有意义的字符，因此互联网初期就使用hosts文件构建 名字 ----> IP 的映射关系，以便人们使用互联网。但是一开始，名字由各个机构自行决定再向管理机构注册，因此整个名字空间是平面的，不存在层级的区分，这在互联网初期没什么问题，但是在IP资源越来越多的被使用，由于名称空间是平面，即取名字是没有特定的规则的，使得很难在保证富含意义的情况下不出现重复，扩展性极为限制。

DNS系统为了解决这一问题，构建了一个立体的名称空间，空间的形状就像一棵树，以无名的（空）label 作为根节点（往往省略不写），根节点下有多个TLD（top-level domain）节点（树叶），每个TLD下又各自有多个子节点。例如www.baidu.com从右往左，节点越来越详细，由（空）、com、baidu、www四个label组成，空节点覆盖所有的名称，com是最常见的TLD，baidu 由百度公司（一种组织）管理，www则详细到应用层级（web server）。

DNS系统构建了一个分布式系统用于更效率的提供名称解析服务，同时也避免了超负荷的中心服务器。但是为了保证信息的正确，每个服务器都有他负责的一片名称区域，他保证拥有这片区域全部的即时且正确的相关信息，这片区域称为zone，这些信息称为该服务器的权威信息。根据DNS标准，一个DNS服务器管理一个label及其下所有的sub label作为需要管理的zone。举例，"xx.com"以及"com"构成一个zone，全部的信息将由一台DNS服务器管理。当然一个DNS服务器需要能够提供足够信息能够解析所有域名，它就必须包含与zone外名称相关的信息，这些数据同称为缓存数据 （cache data），由该服务器定时向其他DNS服务器查询并缓存获得。一般情况下，权威数据相较于缓存数据更加准确即时，但是一般缓存数据改变较小，也是可以使用的。

DNS服务器存储数据的格式是Resource Record，（RR）的结构如下，但是其中RDATA（存储详细的数据）的具体结构由其中的type决定。最为常见的就是type为A，RDATA表示host address（IP）的RR。

一个zone包含的数据（或者说权威数据包含）大约有三种： zone的最上层域名（上限），zone的已分配子域名（下限），缔结数据（glue data）。举例来说，如果一个zone包含 "example.com"及其下的所有名称空间，最上层域名就是"exmaple.com"，已分配的子域名包括所有"xx.example.com"，详细解释如下：

• 其中下限数据只延伸到"xx.example.com"不延伸到更下一级，例如"hire.hr.example.com"不属于"example.com"zone，而是属于"hr.example.com"zone，所以他的数据并不是在管理"example.com"的DNS服务器中存储，而是在管理"hr.example.com"的DNS服务器中存储，这种情况也称为责任下放。
• 但是有特殊情况，由于DNS服务器作为一个主机（host），必然占据一个IP，IP又对应一个域名，因此DNS服务器的域名是可能归他自己管理的。例如假设"dns.hr.example.com"是管理"hr.example.com"zone的DNS服务器的域名，那么"dns.hr.example.com"属于这个zone，所以对应的IP必然由该服务器自己管理，此时如果"dns.hr.example.com"对应的IP没有同时存在在其他DNS服务器上，就会导致要找到该DNS服务器，必须解析该DNS服务器的域名，而要解析该DNS服务器的域名，又必须先找到该DNS服务器，···的死循环。
• 显然，解决方法就是将该DNS服务器的域名和IP数据存在另一个服务器上面，由于DNS服务器需要知道关于其管理的zone的所有信息，因此管理"example.com"zone的DNS服务器（简称eS）应该知道如何找到管理"xx.example.com"zone的DNS服务器（简称xeS），因此管理eS必然有一条数据包含xeS域名("dns.xx.example.com")对应的IP。这部分数据就称为结缔数据（glue data）。就是说eS包含xeS的域名对应的IP信息。图示如下

　　管理 "example.com" zone的DNS服务器 ，权威数据中包含的域名映射数据包括

Name	IP
example.com	xx.xx.xx.xx
xx.example.com	xx.xx.xx.xx
管理"xx.example.com"zone 的DNS服务器的域名 (例子中的dns.hr.example.com)	xx.xx.xx.xx

DNS message的结构如下，左边为整体结构，右边为header结构，question一般包括name,type,class（name和type构成RR的唯一索引，从而找到NS中的唯一记录）而其余的部分结构都是以RR的格式呈现。

在DNS message中正常字符串由一般字符（有63种字符，字节首两位一定为00）以及结尾的空字符（0x00）组成。而为了节约空间，DNS提供一种offset指针压缩的方式用来代替相同的字符串。指针的长度为两个字节，且第一个字节首两位为11（以示区别，因此最小为0xc0），之后的14位表示从DNS message开始的offset值，如果为0代表DNS message header的第一个字符开始，直到正常域名的结尾（一个空字符0x00）。

• offset指针不需要以空字符结尾。
• 只要有一个字节值>=0xc0，那么他一定与后一个字节构成一个offset指针。
• 由于header的长度确定是12个字节长因此0xc00c往往代表header之后的第一个字符开始到空字符出结尾的字符（如一个query的name）。