DNS服务工作原理

　　　　　　　　　DNS服务工作原理

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：尹正杰

一.名称解析介绍

1>.FQDN

　　Fully Qualified Domain Name的简称是"FQDN"，表示全限定域名，即同时带有主机和域名使用点号(".")来分割。

　　如下图所示，我在互联网购买了自己的域名："yinzhengjie.com"，我们可以为该域名添加对应的主机名，假设某主机名为"www"，其域名为"yinzhengjie.com"，那么FQDN就是:"www.yinzhengjie.com"

　　FQDN有啥作用呢?
　　　　身为IT人大家都知道无论是ISO七层模型还是TCP/IP协议族，均没有域名这个概念，网络层的数据报文中记录的原地址和目标地址都是IP地址。
　　　　综上所述，那还要这个FQDN有啥用呢？我个人理解主要就是方便咱们人类记忆，比如让你记住百度的网站你肯能一口就能说出来，即"www.baidu.com"，但是让你说百度的服务器IP地址你可能就蒙了。
　　　　当然，它的功能可不仅仅是方便我们人类记忆哟~这里允许我先买个关子！

　　那什么是名称解析呢?
　　　　其实很简单，就是就是将我们上面提到的FQDN解析为对应的IP地址，因为大家都知道百度的网站地址为"www.baidu.com"，而TCP/IP数据报文中仅有IP地址的信息，所以必须将FQDN解析为IP地址方能通信。
　　　　而将FQDN解析为IP地址的解析方式我们称为"正向解析"，将IP地址解析成域名方式我们称为"反向解析"。可能你会问，正向解析能理解，那为什么要有反向解析呢？请允许我再卖个关子，连同上面的疑问，让我们带着疑问去学习会事半功倍!

2>.本地文件解析顺序

　　如下图所示：
　　　　Linux的本地名称解析默认配置文件位置: 
　　　　　　/etc/hosts
　　　　Windows的本地名称解析默认配置文件位置： 
　　　　　　C:\Windows\System32\drivers\etc

　　温馨提示:
　　　　我们可以指定Linux的文件解析顺序，默认是先从本地文件进行解析，而后再通过DNS进行解析的哟~

3>.分散式解析，集中式解析和分布式解析

　　分散式解析:
　　　　就是我们上面提到的，每个节点都可以修改自己的hosts文件，从而自定义解析记录。
　　　　优点：
　　　　　　(1)无需部署服务，直接编辑本地文件即可，Windows和Linux均可。
　　　　　　(2)配置起来比较简单;
　　　　缺点:
　　　　　　当服务器数量过多时，不利于维护解析记录的管理。
　　　　　　比如：某互联网公司有300多万台服务器，其中有10万台用作大数据集群，你身为大数据运维工程师，需要对现有集群做域名解析，请思考你会如何做呢？

　　集中式解析:
　　　　就是找一台服务器，所有的客户端都去找这台服务器进行解析。
　　　　优点：
　　　　　　无需为每台服务器单独配置解析记录，仅需维护DNS服务器的解析记录即可;
　　　　缺点:
　　　　　　(1)需要单独部署一台专用于名称解析的服务器;
　　　　　　(2)存在单点故障的风险，因此生产环境中需要引入高可用解决方案，或者部署一台备用的服务器;
　　
　　分布式解析:
　　　　这种解析方式它是集合了分散式解析与集中式解析的优点于一身。典型代表就是我们今天要介绍的DNS服务器，互联网上各大公司有很多解决方案，但比较出名且开源的DNS方案，其中ISC公司的bind软件系列就是典型的代表。
　　　　这个服务器的功能我们称之为Domain Name Service(检查"DNS")服务器，是应用层协议，基于C/S架构。默认的使用的端口和协议为: 53/tcp,53/udp。

　　温馨提示:
　　　　如下图所示，我们会使用Internetr Systems Consortium(简称"ISC")公司的Bekerley Internat Name Domain(简称"BIND")产品来搭建一台DNS服务器。
　　　　官网地址：https://www.isc.org/

二.DNS服务工作原理

1>.DNS域名分级策略

　　我们通常把域名分为三类，即组织域，国家域和反向域。

　　域名是有分级策略的，从根域，一级域名，二级域名，三级域名，......，最多有127级域名。

　　Internet Corporation for Assigned Names and Number(简称："ICANN")是互联网名称与数字地址分配机构，负责在全球范围内对互联网通用顶级域名(gTLD)以及国家和地区域名(ccTLD)系统的管理，以及根服务器系统的管理。

　　常见的一级域名如下所示:
　　　　.COM
　　　　　　注册于1985年1月1日，设计用于营利性机构，现通用。
　　　　.NET
　　　　　　注册于1985年1月1日，设计用于网络服务机构，现通用。
　　　　.ORG
　　　　　　注册于1985年1月1日，设计用于非营利性组织，现通用。
　　　　.EDU
　　　　　　注册于1985年1月1日，用于美国教育机构。
　　　  .GOV
　　　　　　注册于1985年1月1日，用于美国政府机构。
　　　　.MIL
　　　　　　注册于1985年1月1日，用于美国军事机构。
　　　　.ARPA
　　　　　　注册于1985年1月1日，用于DNS反向地址解析。

　　常见的国家域名如下所示:
　　　　.CN
　　　　　　国家代码中国科学院计算机网络中心
　　　　.US
　　　　　　国家代码美国纽斯达公司劳顿技术中心
　　　　.HK
　　　　　　国家代码香港香港互联网注册有限公司
　　　　.TW
　　　　　　国家代码台湾网络信息中心（TWNIC）

　　光看上面的定义可能有点蒙，接下来我们来看下面的3个案例来加深一些理解(建议搭配下图一起看，这样更容易理解): 　　　　
　　　　(1)devops.yinzhengjie.com 　　　　　　
　　　　　　首先，我们先把上面的根域补上，则写成:"devops.yinzhengjie.com."，你没有看错，就在上面的域名最后加了一个点号(".")，只不过专业术语交根域。
　　　　　　接下来我们就开始对号入座:
　　　　　　　　根域:
　　　　　　　　　　上述域名中最后一个"."，就是我们上面手动添加的"."，请不要和该域名的前两个点号(".")混淆，因为只有最后一个点号才是根域，其他的点号仅做域名或主机名的分隔符使用。
　　　　　　　　一级域名:
　　　　　　　　　　".com"
　　　　　　　　二级域名:
　　　　　　　　　　".yinzhengjie"
　　　　　　　　主机名:
　　　　　　　　　　"devops"
 
　　　　(2)www.chsi.com.cn
　　　　　　同上，我们先把上面的根域补上，则写成:"www.chsi.com.cn"，你没有看错，就在上面的域名最后加了一个点号(".")，只不过专业术语交根域。
　　　　　　接下来我们就开始对号入座:
　　　　　　　　根域:
　　　　　　　　　　上述域名中最后一个"."，就是我们上面手动添加的"."，请不要和该域名的前两个点号(".")混淆，因为只有最后一个点号才是根域，其他的点号仅做域名或主机名的分隔符使用。
　　　　　　　　一级域名:
　　　　　　　　　　".cn"
　　　　　　　　二级域名:
　　　　　　　　　　".com"
　　　　　　　　三级域名:
　　　　　　　　　　".chsi"
　　　　　　　　主机名:
　　　　　　　　　　"www"

　　　　(3)www.baidu.com 　　　　　　
　　　　　　同上，我们先把上面的根域补上，则写成:"www.baidu.com."，你没有看错，就在上面的域名最后加了一个点号(".")，只不过专业术语交根域。 　　
　　　　　　接下来我们就开始对号入座:
　　　　　　　　根域:
　　　　　　　　　　上述域名中最后一个"."，就是我们上面手动添加的"."，请不要和该域名的前两个点号(".")混淆，因为只有最后一个点号才是根域，其他的点号仅做域名或主机名的分隔符使用。
　　　　　　　　一级域名:
　　　　　　　　　　".com"
　　　　　　　　二级域名:
　　　　　　　　　　".baidu"
　　　　　　　　主机名:
　　　　　　　　　　"www"

　　参考链接: 　　　　
　　　　https://baike.baidu.com/item/%E5%9F%9F%E5%90%8D%E4%BD%93%E7%B3%BB/6385147

2>.13个逻辑根域服务器(截止2020年12月29日晚上9:18，实际上由1367台服务器为咱们全球70亿用户来做域名解析，可能后续还会增加服务器实例数量)

　　根服务器就是域名解析系统中最上层的服务器，对最终域名解析进行服务， 它记录了所有的一级域名所指向的DNS服务器。

　　全球从逻辑上来讲有13个根域名服务器。13个根名称服务器由12个独立组织运营。
　　
　　如下图所示，截至2020年12月29日晚上9:18，根服务器系统由12个独立的根服务器操作员操作的1367个实例组成。

　　温馨提示:
　　　　全球有70亿用户，包括每个用户的电脑，笔记本，手机均可以访问互联网，但不是每次请求记录都得访问各地区的根域，运营商肯定会用到相应的缓存技术，比如典型的LRU算法。
　　　　全球有13个根服务器指的是IPV4地址的DNS解析，而IPV6的根服务器有25台，其中中国和美国都有一台主服务器，中国有一主三辅，身为一个中华人民共和国的公民，我们心里都在默默说了一句："真香~"　　

　　参考链接:
　　　　https://root-servers.org/
　　　　https://root-servers.org/faq/
　　　　https://zhuanlan.zhihu.com/p/41975349

3>.DNS解析流程分析-递归查询和迭代查询

　　接下来我们分析一个场景：
　　　　假设你在家里玩手机，我们也假设你的手机可以正常连接到家里的路由器，并且是可以正常上网的，这个时候你访问"www.cnblog.com"这个域名时，它是访问的呢？
　　　　
　　前提说明:
　　　　我们不会在家上网不会去搭建DNS服务器，而是使用网络上公开的DNS地址，通常情况下是运行时给我们指定的地址，比如你家拉的是移动，电信，联通的网络，那他们的工程师会给你配上对应运营商的DNS地址。

　　综上所述，接下来我们分析一下访问"www.cnblog.com"这个域名，域名的解析流程如下所示:
　　　　(1)首先访问的是域名，因此需要访问DNS进行请求，此时通过网关地址会路由到运营商的DNS服务器地址，并请求解析"www.cnblog.com."这个域名(此时，请先忽略运营商DNS服务器有缓存的情况);
　　　　(2)运营商的DNS服务器本地假设是没有缓存的，因此它会请求访问根域服务器，请求"www.cnblog.com."这个域名对应的IP地址;
　　　　(3)当根域"www.cnblog.com."这个域名时傻眼了，说这个域名我解析不了，但我知道你访问的域名的一级域名指向的DNS服务器，这个时候回返回".com"服务器所指向的DNS服务器的IP地址给运营商的DNS服务器;
　　　　(4)运营商的DNS服务器拿到根域返回的".com"所指向的一级域名服务器，就继续向".com"所在的DNS服务器发送请求，询问"www.cnblog.com."的解析记录;
　　　　(5)当".com"的DNS服务器拿到这个域名的时候也傻眼了，说这个域名我解析不了，但我这里有".cnblog"的DNS服务器记录，你可以询问一下它;
　　　　(6)这个时候运营商的DNS服务器拿到".cnblog"所指向二级域名服务器，就继续向".cnblog"所在的DNS服务器发送请求，询问"www.cnblog.com."的解析记录;
　　　　(7)当".cnblog"的DNS服务器拿到这个域名的时候，发现自己有"www"主机名对应的IP地址是"45.76.29.156"，于是就将该IP地址返回给运营商的DNS服务器;
　　　　(8)此时，DNS服务器终于拿到了你想要请求的"www.cnblog.com."的IP地址了，然后将该记录直接返回给你的手机端(注意哈，上述过程解析的IP地址解析记录基本上会在本地缓存一段时间哟~你猜猜这是为啥?);
　　　　(9)拿到DNS解析的IP地址后，你手机的浏览器就开始访问"www.cnblog.com"对应所指向的服务器地址"45.76.29.156"，这接下来就是建立TCP连接过程，此过程我就省略了哈，不是本篇博客的讨论重点;
　　　　(10)当TCP建立好连接后，你可以可以基于HTTPS协议和博客的服务端进行通信了。

　　通过上面的案例，存在两种查找类型，即递归查询和迭代查询:
　　　　递归查询:
　　　　　　对最终的查询结果负责到底。本案例指的是你想运营商的DNS发起的查询。当你的手机访问"www.cnblog.com"域名时，运营商的DNS会将最终的解析IP("45.76.29.156")地址返回给你。
　　　　迭代查询:
　　　　　　不对最终的结果负责。本案例指的是运营商的DNS向根域DNS服务器，".com"一级域名服务器，".blog"二级域名服务器发起的三次查询。

　　反向解析:
　　　　我们想要将一个"www.yinzhengjie.com"解析IP地址为"172.200.1.201"时，可以这样写:"172.200.1.201 www.yinzhengjie.com"，那如果我要将通过IP地址来解析一个域名该如何操作呢?这就得用到反向解析技术！
　　　　在根域下面还有一个反向解析的一级域名，即".ARPA"，该域名下还有一个二级域名为".in-addr"，而这个二级域名下面就是反向解析的IP地址。
　　　　举个例子，我们想把"172.200.1.201"这个IP地址反向解析为"www.yinzhengjie.com"时，其实它是一个反向查询的过程如下所示。
　　　　　　(1)根域;　　
　　　　　　(2)".ARPR";
　　　　　　(3)".in-addr";
　　　　　　(4)"201";
　　　　　　(5)"1";
　　　　　　(6)"200";
　　　　　　(7)"172";
　　　　注意哈，写反向解析的IP地址应该反着来，即: "www.yinzhengjie.com 172.200.1.201.in-addr.ARPR."，看起来貌似很别扭，但我们域名其实也是这样写的呀~

　　温馨提示:
　　　　需要注意的是，我们在访问运营商的DNS服务器时，它并不会每次去都去像上面我那样访问哟，而是会先访问本地的缓存，若有对应的缓存记录就直接返回对应的缓存记录，无需在基于TCP/UDP的53端口进行访问了。
　　　　当然，也不是说你访问一次后这个缓存就会一直存在，通常每个运营商的缓存策略可能有所不同，不过大多数运营商的DNS缓存策略应该在10分钟左右就会时效。具体还得视实际情况而定哟~

三.家里电脑可以基于IP地址访问，但不能基于域名访问什么原因?

　　你是否遇到过类似的情况呢？你发现基于IP地址是可以访问某个公网的服务器，但就是不能基于域名访问。手动指定了一个自定义的DNS地址后，发现就好使了，这是为啥呀？

　　如果出现上述情况的话，很有可能就是你运营商提供的DNS服务器暂时存在问题，手动指向公网的IP地址是就好啦，下面有一系列的公网DNS，你可以自行选择:
　　　　(1)谷歌公司(不推荐使用，因为DNS服务器在美国)提供:
　　　　　　　　8.8.4.4
　　　　　　　　8.8.8.8
　　　　(2)阿里公司提供:
　　　　　　　　223.5.5.5
　　　　　　　　223.6.6.6
　　　　(3)腾讯公司提供:
　　　　　　　　119.29.29.29
　　　　(4)移动运营商提供:
　　　　　　参考链接:
　　　　　　　　https://zhidao.baidu.com/question/356944003.html
　　　　(5)电信运营商提供:
　　　　　　114.114.114.114(江苏南京)
　　　　　　219.141.136.10(北京)
　　　　　　219.141.140.10(北京)
　　　　　　参考链接:
　　　　　　　　https://zhidao.baidu.com/question/1732891267435593747.html
　　　　(6)联通运营商提供的DNS地址:
　　　　　　参考链接:
　　　　　　　　https://zhidao.baidu.com/question/988846985917716979.html

　　上面我写了很多有关公网的DNS地址，你们觉得运营商提供DNS情有可原，那谷歌，腾讯，阿里为啥要提供DNS呢？
　　　　现在是大数据时代，如果这些商业公司利用用户查询的记录，来对现有用户进行用户画像，从中可以找到相应的商机。
　　　　当然，这也是我瞎YY的哈，可能我以小人之心度君子之腹了，但也的确不能排除没有这样的可能性啊，毕竟现在的大数据技术相对来说在互联网已经落地了，技术也相对成熟了。比如典型"大数据杀熟"事件层出不穷，还好有国家管制这一块。

　　温馨提示:
　　　　不一定网站打不开就是DNS的问题，也有可能是出口路由策略的问题，也有可能是公司内部配置的有上网行为管理等设备设定了策略，甚至还有可能是服务端的服务本身就出问题了，具体原因我们要根据实际情况来分析哟~

posted @ 2020-12-29 00:04 尹正杰阅读(1028) 评论(0) 编辑收藏举报

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