什么是 DNS？
DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网的一项基础服务，它负责将人类容易记忆的域名（如 www.example.com）转换成计算机可以识别的 IP 地址（如 192.0.2.1）。计算机和服务器通过 IP 地址相互通信，而人类用户则通过域名来访问网站或在线服务。DNS 就是负责这两者之间的转换。
DNS 运行在 UDP 53 端口上，基于应用层实现。这使得 DNS 查询能够快速完成，因为 UDP 是一种无连接协议，不需要建立和维护连接，适合短时间内的查询请求。
DNS 的层次结构
DNS 的结构像一棵倒置的树，具有不同级别的域名。最顶层是根域名服务器，然后向下逐级分配到各类*域（TLD）、二级域以及更下层的域。
*域（TLD）
*域名是 DNS 层级结构中的*别。例如：
- .com：商用域名
- .edu：教育机构域名
- .org：非营利组织域名
- .cn：中国的国家代码*域（ccTLD）
- .us：美国的国家代码*域
- .jp：日本的国家代码*域
国家代码*域（ccTLD）代表特定国家或地区，例如 .cn 表示中国，.us 表示美国。
二级域
在*域之下可以有二级域，具体的域名结构可以继续细分。例如：
- .com.cn、.edu.cn、.org.cn：这是中国的二级域，允许中国的教育、商业机构注册对应的域名。
以 abcd.rds.volces.com:3306 为例，这是一条复杂的域名，其中 volces.com 属于*域名 .com，而 rds.volces.com 是它的子域（通常表示某种服务，如数据库服务）。
DNS 服务器的分类
DNS 查询的整个过程依赖多个不同类型的 DNS 服务器。
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根域名服务器：全球只有 13 个逻辑根域名服务器，它们存储了有关*域名服务器（如
.com、.org等）的信息。当 DNS 查询没有命中缓存时，本地 DNS 服务器会向根域名服务器发送请求，从根域名服务器开始查询，逐步获取到需要的 IP 地址。 -
本地 DNS 服务器（ISP 提供的）：
- LocalNameServer 或 Default DNS Server：这是离用户最近的 DNS 服务器。通常每个 ISP（互联网服务提供商）都维护一个本地 DNS 服务器，当用户发起 DNS 请求时，首先会向本地 DNS 服务器查询。
- 本地 DNS 服务器不仅加速了查询速度，而且提供了域名缓存功能，通过设置缓存的 TTL（生存时间），可以在一定时间内保存之前查询的结果，减少重复查询的时间，提高性能和一致性。
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权威 DNS 服务器：如果本地 DNS 服务器没有所需的记录，它会继续向上查询，比如询问根域名服务器，获取*域的权威 DNS 服务器，再递归地找到特定域名的权威 DNS 服务器，直到最终获得 IP 地址。
DNS 查询过程：递归与迭代查询
递归查询：
递归查询是 DNS 服务器代替客户端发起的一系列查询。客户端只需要向 DNS 服务器发起一个请求，DNS 服务器则代表客户端继续查询直到找到最终的结果。客户端一次只需发送一个请求，DNS 服务器则负责与其他服务器通信。
- 客户端向本地 DNS 服务器请求
www.ustc.edu.cn。 - 本地 DNS 服务器将负责查询的整个过程：先向根服务器询问
.cn*域的权威服务器，再向.cn*域服务器询问.edu.cn的权威服务器，最后从.edu.cn服务器获取到ustc.edu.cn的权威服务器地址。 - 本地 DNS 服务器得到最终结果后，将 IP 地址返回给客户端。
迭代查询：
在迭代查询中，DNS 服务器不会替客户端进行所有查询。相反，DNS 服务器返回下一级权威服务器的地址，客户端再自行向该服务器发出下一个请求。迭代查询更加灵活，但客户端需要多次发送请求。
- 客户端先向本地 DNS 服务器请求
www.ustc.edu.cn。 - 本地 DNS 服务器询问根域名服务器，根域名服务器返回
.cn*域的权威服务器。 - 客户端向
.cn服务器询问.edu.cn的权威服务器，.edu.cn服务器返回ustc.edu.cn的权威服务器。 - 客户端最终得到目标 IP 地址。
递归查询通常更快，因为 DNS 服务器会代替客户端完成所有查询，但迭代查询允许客户端更多控制。
DNS 报文格式
DNS 查询和响应的报文格式是一样的，主要包括以下字段：
- Header（头部）：包含了查询 ID、查询类型、是否为响应以及错误码等信息。
- Question（问题）：描述查询的域名以及希望获取的记录类型（如 A 记录、MX 记录等）。
- Answer（回答）：如果这是一个响应报文，回答段包含所查询域名的 IP 地址等信息。
- Authority（授权）：描述权威 DNS 服务器的信息。
- Additional（附加信息）：可以包含更多的辅助信息。
DNS 缓存与性能优化
DNS 查询过程中，本地 DNS 服务器扮演了至关重要的角色。为了减少向根服务器发起的请求次数，本地 DNS 服务器通常会缓存查询结果，通过设置 TTL（生存时间），可以将域名的解析结果保留一段时间，避免频繁重复查询。
DNS 的安全性挑战
DNS 是互联网的基础服务之一，但它也面临一些安全性问题：
- DNS 欺骗（DNS Spoofing）：攻击者通过伪造 DNS 响应，将用户引导至恶意网站。
- DDoS 攻击：通过向 DNS 服务器发送大量请求，导致服务器过载，无法正常提供服务。
- DNS 劫持：某些 ISP 可能会劫持用户的 DNS 请求，将其重定向到广告页面或其他不相关的内容。
