我们今天来看DNS域名系统

什么是DNS

DNS，全称为Domain Name System，即域名系统，它是互联网的核心组件之一，扮演着互联网“电话簿”的角色。DNS的主要职责是将人类易于记忆和使用的域名（比如www.example.com）转换为计算机能够识别和连接的IP地址（如192.168.1.1）。这一过程称为域名解析。

DNS的工作原理大致如下：

1. 客户端查询：当用户在浏览器中输入一个网址时，计算机首先查询本地DNS缓存（如果之前已经访问过该网站），看是否有该域名对应的IP地址记录。如果没有找到，请求会被转发到本地配置的DNS递归解析器，通常是用户的ISP（互联网服务提供商）提供的DNS服务器。

2. 递归查询：DNS递归解析器接收到请求后，如果其缓存中也没有相关信息，它会代表客户端开始一个递归查询过程。这个过程涉及与多个DNS服务器的交互，从根域名服务器开始，然后到*域名(TLD)服务器，再至权威域名服务器，直到找到存储该域名对应IP地址的服务器。

3. 解析过程：

• 根域名服务器会指引查询到正确的*域名服务器（如.com、.org）。
• *域名服务器进一步将查询转发到负责该特定域名的权威域名服务器。
• 权威域名服务器最终提供该域名对应的IP地址给递归解析器，递归解析器再将此信息返回给客户端。

4. 缓存：为了提高效率，每一级DNS服务器和客户端都会缓存得到的域名到IP地址的映射关系，这样后续相同的查询就可以直接从缓存中获取结果，而不需要重复完整的查询过程。

DNS不仅用于网站地址的解析，还应用于电子邮件路由、及其他依赖于域名的服务中。它是互联网基础设施的关键部分，确保了用户能通过简单易记的域名访问全球各地的网络资源。

域名的层次结构

DNS域名层次结构是一种倒置的树状结构，从最顶层的根域开始，向下依次是*域（TLD）、二级域、三级域等，直至具体的主机名。以下是DNS域名层次结构的组成部分及其说明：

1. 根域（Root Domain）：
   标志为一个点（.），位于树形结构的顶端，是所有域名查询的起点。实际上，它是所有DNS查询的最高层级，但通常在域名书写时不显示。全球共有13组根域名服务器，负责引导查询者前往相应的*域名服务器。

2. *域（Top-Level Domain, TLD）：
   位于根域之下，是最靠近根域的一级域名，如.com、.org、.net、.edu、.gov、.cn（中国）等。还包括国家代码*域名（ccTLDs），如.uk（英国）、.de（德国）等。

3. 二级域（Second-Level Domain, SLD）：
   在*域之下的域名层，通常代表组织或公司的名称，例如在example.com中，example就是二级域。

4. 三级域（Third-Level Domain）及其他子域：
   可以在二级域下继续细分，形成多级子域名结构。例如，在www.example.com中，www是一个三级域，通常用于指定特定的服务类型（如web服务器）。

5. 主机名（Hostname）：
   树状结构中最底层的部分，直接关联到具体的网络设备或服务，如www、mail、ftp等。主机名加上前面各级域名，构成了完整的域名，用于唯一标识互联网上的每一台主机。

举个简单的例子：

假设我们访问的网站是 www.example.com。

• 根域（Root Domain）：虽然在实际的网址中不会显示出来，但在DNS查询过程中是起始点，用"."表示。
• *域（Top-Level Domain, TLD）：在这个例子中是.com，表示这是一家商业机构的网站。
• 二级域（Second-Level Domain, SLD）：example 是二级域名，它代表了一个具体的组织或公司的名字。
• 三级域（Third-Level Domain）：在这个例子中是www，它是一个常见的前缀，用来指示该域名指向的是一个网站（World Wide Web）服务器。
  所以，当你在浏览器中输入 www.example.com 并敲击回车时，DNS系统会从根域开始，逐步向下查询到*域.com的DNS服务器，再到管理example.com这个二级域名的权威DNS服务器，最终找到与www相对应的IP地址，从而让你的电脑能够连接到存放该网站内容的服务器上。

整个域名系统通过这种层次化的结构，实现了域名到IP地址的有效映射，并且允许分散管理，便于查询和维护。每个级别的域名通常由不同的组织或个人管理，*域名由互联网号码分配局（IANA）和相应的注册管理机构负责，而更低级别的域名则由相应的注册人或组织管理。

域名分类

域名分类主要可以根据不同的标准来划分，以下是几种常见的分类方式：

1. 按后缀分类：

• 通用*域名（gTLD）：包括最早期的.com（商业）、.net（网络服务）、.org（非营利组织）等，以及后来新增的如.info（信息）、.biz（商业）、.mobi（移动设备）等。
• 国家及地区*域名（ccTLD）：根据ISO 3166国家代码分配，如.cn（中国）、.us（美国）、.uk（英国）等。
• 新通用*域名（New gTLD）：近年来大量增加的*域名，如.app（应用）、.shop（商店）、.xyz（通用）等，旨在提供更多样化的选择。

2. 按功能或用途分类：

• 教育机构：如.edu（教育机构）。
• *机构：如.gov（*部门）、.gov.cn（中国*部门）。
• 军事组织：如.mil（军事机构）。
• 网络服务：如.net（网络服务相关）。
• 非营利组织：如.org（非营利组织）。

3. 按结构或级别分类：

• *域名（Top-Level Domain, TLD）：上述提到的各类*域名。
• 二级域名：在*域名之下的域名，例如在example.com中，"example"是二级域名。
• 三级及以下域名：在二级域名基础上进一步细分，如sub.example.com中的"sub"。

选择合适的域名时，考虑目标受众、品牌定位、易记性以及SEO优化等因素是很重要的。

域名服务器的分类

按照根域名服务器的标准来划分，DNS服务器可以分为以下几类，这种划分方式主要关注DNS层次结构的*元素：

1. 根域名服务器（Root DNS Servers）：

这是DNS层次结构的最高层级，全球共有13组根域名服务器，每组可能包含多个物理服务器和镜像站点，以确保稳定性和冗余。它们的主要职责是响应DNS查询的第一步，即指引查询者到适当的*域（TLD）服务器。根服务器并不直接提供域名到IP地址的具体映射，而是告诉查询者下一步应该询问哪个*域服务器。

2. *域（TLD）服务器：

接收从根服务器转发来的查询请求，负责管理其下一级（即二级域）的域名解析，例如.com、.org、.net等通用*域以及国家和地区*域（ccTLD）。

3. 权威域名服务器（Authoritative DNS Servers）：

存储特定域的权威DNS记录，直接负责提供某个域名的最终解析结果。当一个域名的DNS记录发生更改时，这些更改会在权威服务器上进行。

4. 本地缓存域名服务器（Local Caching DNS Servers）：

有时也部署在企业网络或ISP内部，作为客户端的直接查询对象，以缓存之前查询过的域名记录，提高查询速度并减少对外部网络的流量需求。

综上所述，根域名服务器作为DNS查询路径的起始点，是整个域名解析流程的关键环节，而其他类型的DNS服务器则在其后各司其职，共同完成域名到IP地址的解析任务。

域名解析方式

递归查询（Recursive Query）

当一个客户端（如用户的计算机）向其配置的DNS递归解析器发出域名查询请求时，该解析器承担起查找完整答案的责任，并以最终的IP地址响应客户端。递归解析器会依次查询多个DNS服务器，直到找到最终的权威答案。在整个过程中，客户端只需发送一次查询请求，之后的工作由递归解析器“递归”地完成。

过程简述如下：

• 客户端向递归解析器发送查询请求。
• 递归解析器先查询本地缓存，若无结果，则向根域名服务器查询。
• 根据根域名服务器的指引，递归解析器继续向相应的*域服务器查询，然后是二级域名服务器，直至找到权威域名服务器。
• 权威服务器返回最终的IP地址给递归解析器。
• 递归解析器将此信息返回给客户端，并可能缓存该结果以供将来使用。
  

迭代查询（Iterative Query）

在迭代查询中，DNS服务器不会直接给出最终答案，而是每次回应客户端时提供下一步应该查询的DNS服务器的信息。因此，客户端需要自己负责后续的查询工作，一步步接近最终答案。

过程简述如下：

• 客户端首先向本地DNS服务器（可能是递归解析器或迭代服务器）发起查询。
• 如果本地服务器没有答案，它不会继续查询，而是直接告诉客户端应该去询问的下一个DNS服务器的地址（可能是根域名服务器）。
• 客户端再向这个新的DNS服务器发送查询。
• 该服务器如果也不能直接回答，会再次返回一个提示，告诉客户端接下来应该查询哪个服务器。
• 这个过程重复，直到客户端联系到一个能提供权威答案的服务器。
  

总结来说，递归查询中客户端只需要提出请求，剩余工作由DNS服务器完成；而在迭代查询中，客户端需要自己根据收到的提示一步步执行查询操作，直至找到最终答案。

域名的高速缓存

域名的高速缓存是DNS（域名系统）中一个重要的性能优化机制。它的工作原理如下：

当你的设备（比如电脑或手机）需要访问一个网站时，它会向DNS服务器发起请求，要求将网站的域名（如 example.com）转换为对应的IP地址。这个过程分为以下几个步骤：

1. 查询本地缓存：首先，设备会检查自己的本地缓存中是否有该域名的解析记录。如果之前不久访问过该网站，解析记录可能还存储在本地，这样就可以直接使用而无需向外查询。

2. 查询递归解析器：如果本地没有缓存，请求会转到递归解析器（通常是ISP提供的DNS服务器）。递归解析器同样会先查看自己的缓存。如果有，直接返回结果；如果没有，递归解析器会继续查询过程。

3. 迭代查询至权威服务器：递归解析器随后会依次查询根域名服务器、*域名服务器（如.com）、二级域名服务器（如.example.com），直至找到负责该域名的权威DNS服务器。权威服务器会提供域名到IP的映射记录。

4. 结果返回与缓存：一旦权威服务器提供了IP地址，递归解析器会将这个结果返回给初始请求者，并且通常会把这个解析结果在递归解析器上缓存一段时间，以便后续相同的查询可以更快响应。同时，发起查询的设备也会将结果缓存起来，以减少未来相同请求的解析时间。

5. 缓存过期与刷新：缓存中的记录都有一个生存时间（Time to Live, TTL），过了这个时间，缓存记录就会被视为过期并被删除。下次再有相同的查询请求时，就需要重新进行DNS解析流程。

高速缓存的存在大大减少了对DNS系统根服务器和*域名服务器的压力，降低了网络延迟，提升了用户的上网体验。