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解释 DNS 的作用和工作原理

DNS，全称 Domain Name System（域名系统），是互联网的一项核心服务。它的主要作用是将人类可读的域名（例如 www.google.com）转换（解析）为机器可读的IP地址（例如 172.217.160.142）。这样，用户就可以通过方便记忆的域名访问互联网上的各种资源，而无需记住复杂的IP地址。

作用

  1. 域名到IP地址的解析：这是最核心的功能，使得用户可以通过域名访问网站和服务。
  2. IP地址到域名的反向解析：虽然不常用，但DNS也支持通过IP地址查找对应的域名。
  3. 负载均衡：DNS可以配置将一个域名解析到多个IP地址（对应多台服务器），每次解析时可以根据一定的策略（如轮询、地理位置、服务器负载等）返回不同的IP地址，从而将访问流量分发到不同的服务器上，实现负载均衡。
  4. 邮件路由：邮件交换（MX）记录是DNS的一种记录类型，它指定了负责接收发送到某个域名的电子邮件的邮件服务器。
  5. 服务发现：DNS的SRV记录可以用来发现特定服务（如LDAP、XMPP）在网络中的位置和端口。
  6. 别名解析（CNAME）：允许一个域名作为另一个域名的别名。

分层、分布式的查询

  1. DNS的层次结构： DNS系统采用树状的层次结构。

    • 根域名服务器（Root DNS Servers）：位于DNS层次结构的顶端，全球共有13组（逻辑上）根服务器，它们并不直接解析域名，而是告诉查询者去哪里查找顶级域（TLD）服务器。
    • 顶级域DNS服务器（Top-Level Domain, TLD Servers）：负责管理顶级域名，如 .com, .org, .net, .cn, .uk 等。它们会指引查询到对应的权威域名服务器。
    • 权威域名服务器（Authoritative DNS Servers）：真正存储特定域名（如 example.com）的DNS记录（如A记录、MX记录、CNAME记录等）的服务器。一个域名可以有多个权威服务器以提高可用性。

  2. DNS查询类型：

    • 递归查询（Recursive Query）：通常发生在客户端（如用户的PC或手机）与本地DNS服务器（LDNS，通常由ISP提供或用户手动配置，如Google Public DNS 8.8.8.8）之间。客户端向LDNS发起请求，LDNS有责任返回最终的IP地址或一个错误信息。LDNS会代替客户端去逐级查询。
    • 迭代查询（Iterative Query）：通常发生在LDNS与其他DNS服务器（根、TLD、权威服务器）之间。当LDNS向一个DNS服务器查询时，如果该服务器没有最终答案，它会返回一个指向下一级更可能知道答案的DNS服务器的地址（或者说，它会告诉LDNS：“我不知道，但你可以去问它”）。LDNS会不断向这些被推荐的服务器发起新的查询，直到找到权威服务器并获得最终结果。

  3. DNS查询过程（以用户在浏览器输入 www.example.com 为例）：

    a. 用户主机检查本地缓存： * 浏览器DNS缓存：浏览器首先检查自身的DNS缓存中是否有 www.example.com 的IP地址。 * 操作系统DNS缓存：如果浏览器缓存没有，操作系统会检查其DNS缓存（如Windows的DNS Client服务缓存，或Linux的nscd/systemd-resolved缓存）以及本地的 hosts 文件。

    b. 向本地DNS服务器发起递归查询： * 如果本地缓存都没有找到，用户主机会将DNS查询请求发送给配置的本地DNS服务器（LDNS）。

    c. 本地DNS服务器执行迭代查询（如果其缓存中也没有）： i. LDNS向根域名服务器发起查询，问：“www.example.com 的IP地址是什么？” ii. 根服务器回复：“我不知道，但我知道 .com TLD服务器的地址，你去问它。” （返回 .com TLD服务器的IP列表） iii.LDNS向其中一个 .com TLD服务器发起查询，问：“www.example.com 的IP地址是什么？” iv. .com TLD服务器回复：“我不知道，但我知道 example.com 这个域名的权威DNS服务器的地址，你去问它。” （返回 example.com 权威服务器的IP列表） v. LDNS向其中一个 example.com 的权威DNS服务器发起查询，问：“www.example.com 的IP地址是什么？” vi. example.com 的权威DNS服务器在其区域文件中查找 www.example.com 的A记录（或其他相关记录），找到对应的IP地址。 vii.权威DNS服务器将这个IP地址回复给LDNS。

    d. 本地DNS服务器响应客户端并将结果缓存： * LDNS收到权威服务器返回的IP地址后，将这个解析结果存储在自己的缓存中（设置一个TTL，Time-To-Live，即缓存有效期）。 * LDNS将IP地址返回给用户的操作系统。

    e. 操作系统将结果返回给应用程序（浏览器）： * 操作系统接收到IP地址后，也可能将其缓存，并最终将IP地址传递给发起请求的浏览器。

    f. 浏览器使用IP地址发起HTTP(S)连接： * 浏览器得到IP地址后，就可以向该IP地址对应的服务器发起TCP连接，进而发送HTTP(S)请求。

  4. DNS记录类型： DNS不仅仅存储IP地址，还存储多种类型的记录，常见的有：

    • A记录 (Address Record)：将域名指向一个IPv4地址。
    • AAAA记录 (IPv6 Address Record)：将域名指向一个IPv6地址。
    • CNAME记录 (Canonical Name Record)：将一个域名指向另一个域名（别名）。最终解析会追踪到目标域名的A或AAAA记录。
    • MX记录 (Mail Exchange Record)：指定邮件服务器的地址，用于邮件路由。
    • NS记录 (Name Server Record)：指定负责某个域的权威DNS服务器。
    • PTR记录 (Pointer Record)：用于反向DNS查询，将IP地址映射到域名。
    • TXT记录 (Text Record)：允许管理员为域名存储任意文本信息，常用于SPF（Sender Policy Framework）记录、DKIM（DomainKeys Identified Mail）签名等。
    • SRV记录 (Service Record)：指定提供特定服务的主机名和端口号。

HTTPDNS

HTTPDNS 是一种使用 HTTP 协议进行域名解析的服务。 它主要是为了解决传统 DNS 解析中存在的一些问题，特别是域名劫持和解析延迟。

HTTPDNS 的工作原理与传统 DNS 有所不同：

  1. 客户端发起请求：移动应用或客户端软件会通过集成的 HTTPDNS SDK，直接向 HTTPDNS 服务器发起域名解析的 HTTP 请求。
  2. 绕过本地 DNS：这个请求绕过了运营商的本地 DNS 服务器，从而避免了域名被劫持的风险。
  3. 精准调度：HTTPDNS 服务器可以根据客户端的 IP 地址和网络环境，返回一个最优的服务器 IP 地址，实现精准的流量调度。
  4. 返回结果：HTTPDNS 服务器将解析得到的 IP 地址列表通过 HTTP 响应返回给客户端。
  5. 客户端连接：客户端收到 IP 地址后，直接向该 IP 地址发起服务请求。

优势

  • 防止域名劫持：通过绕过运营商的本地 DNS，有效避免了因本地 DNS 故障或恶意攻击导致的域名劫持问题。
  • 精准调度：能够根据用户的地理位置和网络状况，提供更精确的解析结果，将用户导向最近、最快的服务器节点。
  • 实时生效：由于绕过了各级 DNS 服务器的缓存，域名解析记录的修改可以更快地在客户端生效。
  • 提升解析速度：通过优化的网络路径和协议，可以降低域名解析的延迟。