DNS域名解析

相较于由数字构成的IP地址，域名更容易被理解和记忆，所以我们通常更习惯通过域名的方式来访问网络中的资源。但是，网络中的计算机之间只能基于IP地址来相互识别对方的身份，而且要想在互联网中传输数据，也必须基于外网的IP地址来完成。

为了降低用户访问网络资源的门槛，DNS（Domain Name System）域名系统技术应运而生。这是一项用于管理和解析域名与IP地址对应关系的技术，简单来说，就是能够接受用户输入的域名或IP地址，然后自动查找与之匹配（或者说具有映射关系）的IP地址或域名，即将域名解析为IP地址（正向解析），或将IP地址解析为域名（反向解析）。这样一来，只需要在浏览器中输入域名就能打开想要访问的网站了。DNS域名解析技术的正向解析也是最常使用的一种工作模式。

鉴于互联网中的域名和IP地址对应关系数据库太过庞大，DNS域名解析服务采用了类似目录树的层次结构来记录域名与IP地址之间的对应关系，从而形成了一个分布式的数据库系统，如图13-1所示。

图13-1  DNS域名解析服务采用的目录树层次结构

域名后缀一般分为国际域名和国内域名。原则上来讲，域名后缀都有严格的定义，但在实际使用时可以不必严格遵守。目前最常见的域名后缀有.com（商业组织）、.org（非营利组织）、.gov（政府部门）、.net（网络服务商）、.edu（教研机构）、.pub（公共大众）、.cn（中国国家顶级域名）等。

当今世界的信息化程度越来越高，大数据、云计算、物联网、人工智能等新技术不断涌现，全球网民的数量据说也超过了53亿，而且每年还在以7%的速度迅速增长。这些因素导致互联网中的域名数量进一步激增，被访问的频率也进一步加大。假设全球网民每人每天只访问一个网站域名，而且只访问一次，也会产生53亿次的查询请求，如此庞大的请求数量肯定无法被某一台服务器全部处理掉。DNS技术作为互联网基础设施中重要的一环，为了为网民提供不间断、稳定且快速的域名查询服务，保证互联网的正常运转，提供了下面三种类型的服务器。

主服务器：在特定区域内具有唯一性，负责维护该区域内的域名与IP地址之间的对应关系。 从服务器：从主服务器中获得域名与IP地址的对应关系并进行维护，以防主服务器宕机等情况。 缓存服务器：通过向其他域名解析服务器查询获得域名与IP地址的对应关系，并将经常查询的域名信息保存到服务器本地，以此来提高重复查询时的效率。

简单来说，主服务器是用于管理域名和IP地址对应关系的真正服务器，从服务器帮助主服务器“打下手”，分散部署在各个国家、省市或地区，以便让用户就近查询域名，从而减轻主服务器的负载压力。缓存服务器不太常用，一般部署在企业内网的网关位置，用于加速用户的域名查询请求。

DNS域名解析服务采用分布式的数据结构来存放海量的“区域数据”信息，在执行用户发起的域名查询请求时，具有递归查询和迭代查询两种方式。所谓递归查询，是指DNS服务器在收到用户发起的请求时，必须向用户返回一个准确的查询结果。如果DNS服务器本地没有存储与之对应的信息，则该服务器需要询问其他服务器，并将返回的查询结果提交给用户。而迭代查询则是指，DNS服务器在收到用户发起的请求时，并不直接回复查询结果，而是告诉另一台DNS服务器的地址，用户再向这台DNS服务器提交请求，这样依次反复，直到返回查询结果。

由此可见，当用户向就近的一台DNS服务器发起对某个域名的查询请求之后（这里以www.linuxprobe.com为例），其查询流程大致如图13-2所示。

图13-2  向DNS服务器发起域名查询请求的流程

当用户向网络指定的DNS服务器发起一个域名请求时，通常情况下会有本地由此DNS服务器向上级的DNS服务器发送迭代查询请求；如果该DNS服务器没有要查询的信息，则会进一步向上级DNS服务器发送迭代查询请求，直到获得准确的查询结果为止。其中最高级、最权威的根DNS服务器总共有13台，分布在世界各地，其管理单位、具体的地理位置，以及IP地址如表13-1所示。

表13-1                                        13台根DNS服务器的具体信息

名称

管理单位

地理位置

IP地址

A

INTERNIC.NET

美国-弗吉尼亚州

198.41.0.4

B

美国信息科学研究所

美国-加利弗尼亚州

128.9.0.107

C

PSINet公司

192.33.4.12

D

马里兰大学

美国-马里兰州

128.8.10.90

E

美国航空航天管理局

美国加利弗尼亚州

192.203.230.10

F

因特网软件联盟

192.5.5.241

G

美国国防部网络信息中心

美国弗吉尼亚州

192.112.36.4

H

美国陆军研究所

128.63.2.53

I

Autonomica公司

瑞典-斯德哥尔摩

192.36.148.17

J

VeriSign公司

192.58.128.30

K

RIPE NCC

英国-伦敦

193.0.14.129

L

IANA

199.7.83.42

M

WIDE Project

日本-东京

202.12.27.33

我们所提到的13台根域服务器并非真的是指只有13台服务器，没有那台服务器能独立承受住如此大的请求量，这是技术圈习惯的叫法而已。实际上用于根域名的服务器总共有504台，它们从A到M进行了排序，共用13个IP地址以此进行负载均衡，抵抗分布式拒绝服务***（DDoS）的影响。

随着互联网接入设备数量增长，原有 IPv4 体系已经不能满足需求，IPv6 协议在全球开始普及。基于 IPv6 的新型地址结构为新增根服务器提供了契机。下一代互联网国家工程中心于2013 年联合日本和美国相关运营机构和专业人士发起“雪人计划”，提出以 IPv6 为基础、面向新兴应用、自主可控的一整套根服务器解决方案和技术体系，在全球完成25台 IPv6(互联网协议第六版) 根服务器架设。

此文章仅记录自己的一个学习过程； 逆水行舟