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dns

DNS​

DNS（Domain Name System）域名系统，是一个层次化、分散化的互联网连接资源命名系统，主要功能是将域名解析为网络可以识别的IP地址，即域名解析。人们习惯记忆域名，但机器间互相只识别IP地址。域名解析需要由专门的DNS服务器来完成。

域名​

互联网名称与数字地址分配机构（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers，ICANN）负责管理和协调国际互联网络域名系统。根据ICANN的定义，一个完整的域名至少有两个部分，各部分之间用“.”来分隔，最后一个“.”的右边部分称为顶级域名，也称为一级域名；最后一个“.”的左边部分称为二级域名；二级域名的左边部分称为三级域名，以此类推，每一级的域名控制它下一级域名的分配。下图以www.example.com.cn为例，为您介绍域名的级别。

域名层级 域名级别划分

域名可以划分为各个子域，子域还可以继续划分为子域的子域，这样就形成了顶级域、主域名、子域名等。关于域名层次结构如下图： 域名层次结构

以www.example.aliyun.com为例：

  • “.com”是顶级域名；
  • “aliyun.com”是主域名（也可称托管一级域名），主要指企业名；
  • “example.aliyun.com”是子域名（也可称为托管二级域名）；
  • www.example.aliyun.com是子域名的子域（也可称为托管三级域名）。
tip
  • 注册域名过程中，可自定义的内容在域名后缀的左侧部分。根据注册局规则，可供用户选择的后缀，可能是顶级域名（如“.cn”），也可能是二级域名（如“.com.cn/.net.cn/.org.cn”）。
  • 解析场景里，用户注册的完整域名被定义为“一级域名”（不是顶级域名），完整域名的左侧第一个（即一级域名的子域名）是二级域名，以此类推。以注册一个后缀为“.org.cn”、完整域名为“sample.org.cn”的域名为例，对各定义进行如下说明。
    • 域名后缀：“.org.cn”为注册局提供的可注册的域名后缀。
    • 一级域名：“sample.org.cn”为用户注册的完整域名，即解析场景下的一级域名。
    • 二级域名：“abc.sample.org.cn”为“sample.org.cn”的子域名，即解析场景下的二级域名。

域名解析​

域名解析过程涉及4个DNS服务器，分别如下： DNS分层结构

DNS查询过程​

DNS查询的结果通常会在本地域名服务器（Local DNS）中进行缓存，如果本地域名服务器中有缓存的情况下，则会跳过如下DNS查询步骤，很快返回解析结果。下面的示例则概述了本地域名服务器没有缓存的情况下，DNS查询所需的8个步骤：

  1. 用户在Web浏览器中输入“example.com”， 则由本地域名服务器开始进行递归查询。
  2. 本地域名服务器采用迭代查询的方法，向根域名服务器进行查询。
  3. 根域名服务器告诉本地域名服务器，下一步应该查询的顶级域名服务器.com TLD的IP地址。
  4. 本地域名服务器向顶级域名服务器.com TLD进行查询。
  5. .com TLD服务器告诉本地域名服务器，下一步查询example.com权威域名服务器的IP地址。
  6. 本地域名服务器向example.com权威域名服务器发送查询。
  7. example.com权威域名服务器告诉本地域名服务器所查询的主机IP地址。
  8. 本地域名服务器最后把查询的IP地址响应给Web浏览器。

一旦DNS查询的8个步骤返回了example.com的IP地址，浏览器就能够发出对网页的请求： 9. 浏览器向IP地址发出HTTP请求 10. 该IP处的Web服务器返回要在浏览器中呈现的静态资源

DNS查询过程

tip

DNS术语：

  • 递归查询：是指如果A 请求 B，那么 B 作为请求的接收者必须向A返回一个准确的查询结果。如果A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B。
  • 迭代查询：是指如果A 请求 B，那么 B 作为请求的接收者并不直接回复查询结果，而是告诉A另一台DNS服务器的地址，A再向被告知的DNS服务器提交请求，这样依次反复，直到返回查询结果。
  • DNS缓存：DNS缓存是将解析数据存储在靠近发起请求的客户端的位置，也可以说DNS数据是可以缓存在任意位置，最终目的是以此减少递归查询过程，可以更快的让用户获得请求结果。
  • TTL：英文全称Time To Live ，这个值是告诉本地域名服务器，域名解析结果可缓存的最长时间，缓存时间到期后本地域名服务器则会删除该解析记录的数据，删除之后，如有用户请求域名，则会重新进行递归查询/迭代查询的过程。
  • IPV4、IPV6双栈技术：双栈英文Dual IP Stack，就是在一个系统中可同时使用IPv6/IPv4这两个可以并行工作的协议栈。
  • TLD Server：英文全称Top-level domains Server，指顶级域名服务器。
  • DNS Resolver：指本地域名服务器，它是DNS查找中的第一站，是负责处理发出初始请求的DNS服务器。运营商ISP分配的DNS、谷歌8.8.8.8等都属于DNS Resolver。
  • Root Server：指根域名服务器，当本地域名服务器在本地查询不到解析结果时，则第一步会向它进行查询，并获取顶级域名服务器的IP地址。
  • DNS Query Flood Attack：指域名查询攻击，攻击方法是通过操纵大量傀儡机器，发送海量的域名查询请求，当每秒域名查询请求次数超过DNS服务器可承载的能力时，则会造成解析域名超时从而直接影响业务的可用性。
  • DNSSEC：域名系统安全扩展（DNS Security Extensions），简称DNSSEC。它是通过数字签名来保证DNS应答报文的真实性和完整性，可有效防止DNS欺骗和缓存污染等攻击，能够保护用户不被重定向到非预期地址，从而提高用户对互联网的信任。

DNS缓存​

DNS缓存（Domain Name System Cache）是一种技术，用于存储域名到IP地址解析的结果，以便于快速响应后续的域名查询请求。当你访问一个网站时，你的设备会进行DNS查询以将域名转换为服务器的IP地址。为了减少每次访问都进行DNS查询的开销，DNS缓存会在本地或者网络上的DNS服务器上暂时存储这些信息。

DNS缓存的层级​

  • 浏览器DNS缓存：大多数现代浏览器都会缓存DNS记录，减少对操作系统或网络DNS服务的查询次数。
  • 操作系统DNS缓存：操作系统也会缓存DNS记录，当浏览器没有找到缓存或者是非浏览器应用发起DNS查询时，会使用这个缓存。
  • 路由器DNS缓存：一些路由器也会缓存DNS查询结果，为局域网内的所有设备提供服务。
  • ISP DNS服务器缓存：互联网服务提供商（ISP）的DNS服务器会缓存DNS查询结果，供其客户使用。
  • 其他DNS服务器缓存：除了ISP之外，还有许多公共DNS服务，如Google DNS（8.8.8.8）和Cloudflare DNS（1.1.1.1），它们也会缓存DNS记录。

DNS缓存的好处​

  • 减少延迟：缓存可以减少DNS解析的时间，从而减少网页加载的总时间。
  • 减轻服务器负担：通过减少对DNS服务器的查询次数，可以减轻服务器的负担，提高整体网络的效率。
  • 提高可靠性：即使DNS服务器暂时无法访问，缓存也可以帮助解析常用的域名。

DNS缓存的潜在问题​

  • 过时的记录：如果域名的IP地址发生变化，缓存中的旧记录可能会导致用户无法访问该网站。
  • DNS缓存污染：通过恶意软件或攻击者篡改DNS缓存记录，用户可能会被重定向到恶意网站。

管理DNS缓存​

  • 清除浏览器缓存：大多数浏览器允许用户清除DNS缓存，通常在浏览器的隐私或网络设置中。
  • 清除操作系统缓存：在Windows系统中，可以使用ipconfig /flushdns命令清除DNS缓存；在macOS和Linux系统中，可以使用sudo killall -HUP mDNSResponder（macOS）或相应的命令清除缓存。
  • 设置缓存时间：DNS记录的TTL（Time To Live）值决定了记录在缓存中保留的时间，可以通过设置DNS记录的TTL值来控制缓存时间。

DNS缓存是网络浏览中的一个重要组成部分，它在提高效率和减少延迟方面发挥着重要作用，但同时也需要适当的管理以确保数据的准确性和网络的安全。