文/朱季謙
本文主要想通過動手實際分析一下是如何通過DNS伺服器來解析域名獲取對應IP地址的，畢竟，紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。
域名與IP地址
當在瀏覽器上敲下“www.baidu.com”時，一鍵回車，很快，瀏覽器上就會重新整理出熟悉的百度搜尋頁面。以前剛接觸網路時，總以為這個過程是通過域名www.baidu.com來訪問遠端伺服器，其實不然，本質上，還是通過IP去遠端訪問伺服器獲取資源。
這時，聰明的小夥伴就會出現一個疑問，為啥不直接通過域名去尋找到相應的伺服器主機呢？
其實，若要實現通過域名的方式去尋找伺服器主機，也不是不行，但沒這個必要。
先來對比一下域名方式與IP地址方式兩者的最關鍵差異在哪裡，就知道為啥沒這個必要了。
我們日常工作接觸的IPv4地址一般都是以十進位制的方式表示，例如，192.168.200.111，但在計算機當中，它其實是以二進位制形式存在，192.168.200.111的二進位制為1100 0000 1010 1000 1100 1000 0110 1111，總共32位，也就是32位元。眾所周知，1個位元組佔了8位元，那麼就意味著，一個32位元的IP地址長度也就4個位元組。
在網路傳輸過程中，4個位元組的長度，可以說，微不足道，但，若換成域名呢？
目前，域名最大長度可達：63個字元，每個char字元就佔了2位元組，63字元佔了126位元組，可見，若要用域名當成傳輸的地址，是多麼耗效能，但若用IP地址就不一樣了，32位也就只佔4位元組。
事實上，在瀏覽器上通過IP同樣可以訪問到對應域名的網址，但IP地址是一長串數字，難以記住，更難以理解這一堆數字代表了啥，但域名就不一樣了，像百度的域名www.baidu.com，很直觀就知道，這是訪問百度的網址。
按照百度百科的說法，設計域名的作用，就是為了讓使用者更好理解。
當在瀏覽器上敲下“www.baidu.com”，在這個過程當中，會做一步域名解析成IP地址的操作，這裡就涉及到一個叫做DNS的概念。DNS，全稱Domain Name System，即域名系統，它提供的作用是將域名和IP地址相互對映。最通俗的理解，它就像是Java裡key-value形式的Map，key是域名，value是對應對映的IP地址，通過map.get(域名)，可得到域名對應的IP地址。
這裡值得多提一點是，與DNS相反的另一個相似概念，是ARP(Address Resolution Protocol，地址解析協議)，它是根據已知的IP地址，可獲得MAC地址，當然，MAC這塊已是資料鏈路層的知識，DNS則是應用層的東西了。
域名解析IP的步驟
域名解析出其對映的IP地址，主要有以下幾個步驟：
首先，會根據域名從瀏覽器快取當中獲取，若能獲取到，直接返回對應的IP地址；若獲取失敗，會嘗試獲取作業系統本地的域名解析系統，即在hosts檔案檢查是否有對應的域名對映，若能找到，直接獲取其對映的IP地址返回。其中，關於這一步，作為程式設計師，可能多少都做過相關操作。例如，網上有一些關於Windows系統如何加快訪問Github網站的教程，其中有一個方式，就是將Github的域名與對應的IP地址，新增到Windows的C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts檔案當中，隨後再瀏覽Github，發現速度確實快了不少。這是因為，直接本地DNS解析出IP地址，可以減少遠端網路方式去DNS伺服器上獲取域名對應的IP地址操作，也就意味著，域名解析IP速度將更快。
在hosts檔案裡儲存的域名與IP地址對映，一般都是針對IP比較穩定且經常用的，例如工作當中的一些線上開發環境或者測試環境等域名，如果是IP變化比較頻繁或者是根本就不知道IP是啥的，這類情況就無法通過hosts檔案進行配置獲取，只能通過網路訪問DNS伺服器去獲取。
首先，會先去本地區域的DNS伺服器找，我們可以在系統的網路配置上檢視，究竟哪個是屬於所在網路的本地區域DNS伺服器，在命令列提示視窗輸入，ipconfig /all，然後按Enter鍵，可以找到“DNS伺服器”一欄——
例如，我所在網路的DNS伺服器IP是192.168.31.1，當瀏覽器訪問某個域名時，就會向這個DNS伺服器傳送查詢訊息。
可以使用Wireshark抓包軟體驗證一下，還是以www.baidu.com域名來做實驗，我們先看一下該域名對應的IP是啥，直接在命令視窗ping一下，就可以知道了，其IPv4地址是14.215.177.38
通過Wireshark分析域名解析網路傳輸
這時，先開啟Wireshark抓包軟體。
接著，在谷歌瀏覽器上輸入www.baidu.com，回車，可以看到，本機IP會向本區域DNS伺服器192.168.31.1傳送了一個DNS協議的訊息，該訊息包含了域名www.baidu.com，A，還有一個0x1515這幾個資料，然後，DNS伺服器response返回了 以下資訊：response 0x1515 A www.baidu.com CNAME www.a.shifen.com A 14.215.177.38 A 14.215.177.39 ......
這些資訊當中，正好包含了域名www.baidu.com對映的IP地址（不止一個），其中就有一個是前面ping返回的14.215.177.38。
理論上，若在最近的DNS伺服器上，無法解析到域名對應的IP地址時，那麼最近的DNS伺服器就會類似充當一箇中介角色，幫助客戶端去其他DNS伺服器尋找，看看哪臺DNS伺服器上可以找到該域名對應的IP。同時，需要理解一個知識點是，任何一臺DNS伺服器，都儲存了根域名的IP地址。在www.baidu.com域名這個案例當中，加入無法從192.168.31.1這條最近的DNS伺服器上解析到對應IP地址時，該DNS伺服器就會將客戶端的查詢請求傳送給根域名伺服器去詢問www.baidu.com域名在哪裡可以解析。根域名伺服器不做解析，更像是一位指路人，告知去com域對應的DNS伺服器查詢。com域所在的DNS伺服器同樣無法解析，繼續充當一位指路人，告知把請求轉發去baidu.com所在的DNS伺服器，層層轉發下去，最後找的目標DNS伺服器，解析出域名對應的IP地址，然後返回給客戶端，這時，客戶端就可以通過IP地址獲取到相應的伺服器資源了。
在《網路是怎樣連線的》一書當中，有一個關於DNS伺服器解析流程的插圖，覺得比較直觀地表達出從最近DNS域名如何轉發到目標DNS域名的流程，這裡直接引用了——
當然，這只是理論，實際情況其實還是存在一些區別的。
再回到剛剛Wireshark抓包獲取的截圖上分析，可以看到一點是，客戶端傳送給DNS伺服器的訊息，不止域名這一個資訊，還包括了A等書，那麼，問題就來了，DNS協議的查詢請求當中，都包含了哪些引數呢？
在《網路是怎樣連線的》一書當中，有相關一些介紹，客戶端傳送給DNS伺服器的查詢訊息包含了3種資訊：
- 域名：伺服器的域名名稱，例如本文中提到的www.baidu.com這樣的域名；
- Class：Class是用來識別網路的資訊，但目前除了網際網路已經沒有其他網路了，因此，Class只有一個IN值；
- type型別：表示該域名對映對應的型別，當型別為A，表示DNS伺服器上域名對映的是IP地址；當類似是MX時，則表示對映的是郵件服務地址；
針對以上說明，我們可以具體通過Wireshark被選中資料包詳細資訊欄來分析，通過DNS伺服器解析www.baidu.com過程當中，客戶端都傳送了哪些查詢資訊。
可見，該DNS查詢資訊的域名為www.baidu.com，Class為IN，type型別為A，即代表對映的是IP地址。
通過本文，主要是分享一些自己對DNS解析的學習與理解，同時，通過實際Wireshark抓包方式，來深入分析下本機如何傳送DNS協議去DNS伺服器上獲取訪問域名對應的IP地址，希望也能讓您有一些收穫。
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