看這位“翻譯官-DNS”如何轉換域名和IP地址

DNS( Domain Name System)是“域名系統”的英文縮寫，是一種組織成域層次結構的計算機和網路服務命名系統，它用於TCP/IP網路，它所提供的服務是用來將主機名和域名轉換為IP地址的工作。你可以把它想象成一本巨大的電話簿。

DNS( Domain Name System)是“域名系統”的英文縮寫，是一種組織成域層次結構的計算機和網路服務命名系統，它用於TCP/IP網路，它所提供的服務是用來將主機名和域名轉換為IP地址的工作。你可以把它想象成一本巨大的電話簿。

舉例來說，如果你要訪問域名math.stackexchange.com，首先要透過DNS查出它的IP地址是151.101.129.69。

DNS就是這樣的一位“翻譯官”，它的基本工作原理可用下圖來表示：

域名系統作為一個層次結構和分散式資料庫，包含各種型別的資料，包括主機名和域名。DNS資料庫中的名稱形成一個分層樹狀結構稱為域名稱空間。

根域：DNS域名使用中規定由尾部句點'.'來指定名稱位於根或者更高層次的域層次結構。

頂級域：用來指示某個國家、地區或者組織。採用三個字元，如com -> 商業公司，edu -> 教育機構，net -> 網路公司，gov -> 非軍事政府機構等等。

二級域：個人或者組織在Internet使用的註冊名稱。採用兩個字元，如：cn -> 代表中國，jp -> 日本，uk -> 英國，hk -> 香港等等。

主機：主機名處於域名空間結構中的最底層，主機名和域名結合構成FQDN，主機名是FQDN最左端的部分。

DNS是應用層協議，事實上他是為其他應用層協議工作的，包括不限於HTTP和SMTP以及FTP，用於將使用者提供的主機名解析為IP地址。

具體過程如下：

①使用者主機上執行著DNS的客戶端，就是我們的PC機或者手機客戶端執行著DNS客戶端了。

②瀏覽器將接收到的url中抽取出域名欄位，就是訪問的主機名，比如，並將這個主機名傳送給DNS應用的客戶端。

③DNS客戶機端向DNS伺服器端傳送一份查詢報文，報文中包含著要訪問的主機名欄位(中間包括一些列快取查詢以及分散式DNS叢集的工作)。

④該DNS客戶機最終會收到一份回答報文，其中包含有該主機名對應的IP地址。

⑤一旦該瀏覽器收到來自DNS的IP地址，就可以向該IP地址定位的HTTP伺服器發起TCP連線。

DNS服務的作用：把域名解析為IP地址，將IP地址解析為域名。

假設執行在使用者主機上的某些應用程式(如Webl瀏覽器或者郵件閱讀器)需要將主機名轉換為IP地址。這些應用程式將呼叫DNS的客戶機端，並指明需要被轉換的主機名。(在很多基於UNIX的機器上，應用程式為了執行這種轉換需要呼叫函式gethostbyname())。使用者主機的DNS客戶端接收到後，向網路中傳送一個DNS查詢報文。所有DNS請求和回答報文使用的UDP資料包經過埠53傳送(至於為什麼使用UDP，請參看為什麼域名根伺服器只能有13臺呢? - 郭無心的回答)經過若干ms到若干s的延時後，使用者主機上的DNS客戶端接收到一個提供所希望對映的DNS回答報文。這個查詢結果則被傳遞到呼叫DNS的應用程式。因此，從使用者主機上呼叫應用程式的角度看，DNS是一個提供簡單、直接的轉換服務的黑盒子。但事實上，實現這個服務的黑盒子非常複雜，它由分佈於全球的大量DNS伺服器以及定義了DNS伺服器與查詢主機通訊方式的應用層協議組成。

DNS的一種簡單的設計模式就是在因特網上只使用一個DNS伺服器，該伺服器包含所有的對映，在這種集中式的設計中，客戶機直接將所有查詢請求發往單一的DNS伺服器，同時該DNS伺服器直接對所有查詢客戶機做出響應。儘管這種設計方式非常誘人，但它不適用當前的網際網路。因為當今的因特網有著數量巨大並且在持續增長的主機，這種集中式設計會有單點故障，通訊容量(上億臺主機傳送的查詢DNS報文請求，包括但不限於所有的HTTP請求，電子郵件報文伺服器，TCP長連線服務)，遠距離的時間延遲(澳大利亞到紐約的舉例)，維護開銷大(因為所有的主機名-IP對映都要在一個服務站點更新)等問題。

DNS伺服器一般分三種，根DNS伺服器，頂級DNS伺服器，權威DNS伺服器。

當 DNS 客戶機需要查詢程式中使用的名稱時，它會查詢本地DNS 伺服器來解析該名稱。客戶機傳送的每條查詢訊息都包括3條資訊，以指定伺服器應回答的問題。

指定的 DNS 域名，表示為完全合格的域名 (FQDN) 。
指定的查詢型別，它可根據型別指定資源記錄，或作為查詢操作的專門型別。
DNS域名的指定類別。
對於DNS 伺服器，它始終應指定為 Internet 類別。例如，指定的名稱可以是計算機的完全合格的域名，如im.qq.com，並且指定的查詢型別用於透過該名稱搜尋地址資源記錄。

DNS 查詢以各種不同的方式進行解析。客戶機有時也可透過使用從以前查詢獲得的快取資訊就地應答查詢。DNS 伺服器可使用其自身的資源記錄資訊快取來應答查詢，也可代表請求客戶機來查詢或聯絡其他 DNS 伺服器，以完全解析該名稱，並隨後將應答返回至客戶機。這個過程稱為遞迴。

另外，客戶機自己也可嘗試聯絡其他的 DNS 伺服器來解析名稱。如果客戶機這麼做，它會使用基於伺服器應答的獨立和附加的查詢，該過程稱作迭代，即DNS伺服器之間的互動查詢就是迭代查詢。

DNS的查詢過程如下所示：

1、在瀏覽器中輸入www . qq .com 域名，作業系統會先檢查自己本地的hosts檔案是否有這個網址對映關係，如果有，就先呼叫這個IP地址對映，完成域名解析。

2、如果hosts裡沒有這個域名的對映，則查詢本地DNS解析器快取，是否有這個網址對映關係，如果有，直接返回，完成域名解析。

3、如果hosts與本地DNS解析器快取都沒有相應的網址對映關係，首先會找TCP/ip引數中設定的首選DNS伺服器，在此我們叫它本地DNS伺服器，此伺服器收到查詢時，如果要查詢的域名，包含在本地配置區域資源中，則返回解析結果給客戶機，完成域名解析，此解析具有權威性。

4、如果要查詢的域名，不由本地DNS伺服器區域解析，但該伺服器已快取了此網址對映關係，則呼叫這個IP地址對映，完成域名解析，此解析不具有權威性。

5、如果本地DNS伺服器本地區域檔案與快取解析都失效，則根據本地DNS伺服器的設定(是否設定轉發器)進行查詢，如果未用轉發模式，本地DNS就把請求發至13臺根DNS，根DNS伺服器收到請求後會判斷這個域名(.com)是誰來授權管理，並會返回一個負責該頂級域名伺服器的一個IP。本地DNS伺服器收到IP資訊後，將會聯絡負責.com域的這臺伺服器。這臺負責.com域的伺服器收到請求後，如果自己無法解析，它就會找一個管理.com域的下一級DNS伺服器地址(http://qq.com)給本地DNS伺服器。當本地DNS伺服器收到這個地址後，就會找http://qq.com域伺服器，重複上面的動作，進行查詢，直至找到www . qq .com主機。

6、如果用的是轉發模式，此DNS伺服器就會把請求轉發至上一級DNS伺服器，由上一級伺服器進行解析，上一級伺服器如果不能解析，或找根DNS或把轉請求轉至上上級，以此迴圈。不管是本地DNS伺服器用是是轉發，還是根提示，最後都是把結果返回給本地DNS伺服器，由此DNS伺服器再返回給客戶機。

從客戶端到本地DNS伺服器是屬於遞迴查詢，而DNS伺服器之間就是的互動查詢就是迭代查詢。

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