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都說程序員是面向Google編程，殊不知當你輸入 www.google.com 地址的時候，是否有想過，在回車的一瞬間瀏覽器如何將請求發(fā)送，如何到達目的地為你取得正確的數據。

遇到問題我們通常會打開瀏覽器，輸入 www.google.com 回車，然后搜索我們的問題，獲取到我們想要的內容后，我們又會心滿意足的關閉瀏覽器。

而在這一個請求的過程中，瀏覽器內部發(fā)生了什么？

我們也許會在某個不經意間發(fā)現，輸入 142.251.43.14? 這串 IP 也能夠訪問Google網站，而為了讓人覺得高大上一點，你改掉了輸入 google.com 的 **"臭毛病"**， 而是每次都會在瀏覽器輸入這串IP，畢竟在回車之前別人總是難以琢磨你要訪問的是哪個網站，除非遇到 "志同道合" 的人。

一開始你使用得不亦樂乎，畢竟敲入這串 IP 也能夠熟能生巧，使用速度也不減當年，但某一天你跟往常一樣輸入這串IP 的時候發(fā)現怎樣都訪問不到網站了，你開始急了，并尋找問題，懷疑自己的記憶力是否出現了問題，亦或是網站出現了問題，折騰半天后，發(fā)現是 Google 網站的 IP 發(fā)生了變化，而等待你的就只有兩條路，一是繼續(xù)背下新的 IP 地址，但難保某一天又面臨不能訪問的情況，二是回歸從前，老老實實訪問 google.com 。最終你醒悟了，終于發(fā)現背誦 IP 進行日常訪問真是個 "有病" 的行為。

那么為什么 www.google.com? 能夠通過 142.251.43.14? 進行訪問？這里我們先記住兩個名詞，一個是域名，一個是 IP，www.google.com? 是一個域名，而 142.251.43.14 則是一個 IP。概念：域名可以對應有多個 IP 地址。

怎么理解？很簡單，打開你的手機通訊錄，可以看到 富婆 就是一個 "域名" 的概念，而具體的電話號碼就可以對應上 "IP"

我們想要給一個人打電話，我們可以輸入富婆，也可以輸入具體的電話號碼，當然富婆的記憶點低，而電話號碼的記憶點高，而為什么與遇到上面所說的一點時間后再次訪問 IP 就訪問不到網站了，這種情況你可以想象成，富婆換電話了 ~

那么回到我們的內容，將域名解析為 IP 的這個過程就是 DNS（Domain Name System） 域名系統。

DNS 產生背景

Internet 將數量眾多的主機連接在一起，要讓這些主機能夠進行通信，就需要有一套名字標識體系，讓主機之間能夠彼此找到對方。實際上，在 Internet 上有多種方式可以進行主機標識，既可以用主機名（域名）標識，也可以使用IP地址進行標識。主機在互聯網上的位置主要靠 IP 地址進行標識，每個 IP 地址都由 4 個字節(jié)組成，有這嚴格的層次結構，以便路由器進行識別和處理。但這種純數字的標識方式對于人類的記憶來說簡直是個噩夢，因此提出了主機名的標識方式，就是上述說到的 www.google.com ，這種名字的好處很直接，就是便于記憶。但是對于喜歡 0 和 1 的計算機來說，肯定更喜歡 IP 的表達方式，因此就出現了計算機喜歡 IP 地址，人喜歡主機名的對立情況，那么就需要一個適配器 來完成兩者之間的轉換，這就是主機名與IP地址的映射關系。

在DNS之初，整個網絡中只有幾百臺的主機，所有的主機信息以及主機名與地址的映射記錄都存放在一個名為 HOST.TXT 的文件中。 HOST.TXT  從一臺名為 SRI-NIC 的主機上分發(fā)到整個網絡，而維護映射記錄的方式也很粗暴，通過將變更信息以電子郵件的方式告知管理員，然后進行定期 FTP 到 SRI-NIC 上，獲得最新的 HOST.TXT 文件。

但這種方式長期來看肯定是不合實際的，互聯網飛速發(fā)展，主機的數量日益暴增，存在問題：

• 無法進行分散管理
• 無法及時全網更新與同步
• 維護困難

為了解決以上問題，1984年，南加州大學信息科學所的 PaulMockaprtris 發(fā)布了描述 DNS 的 RFC 882 和RFC 883的規(guī)范，簡單來說就是 DNS 誕生了。

DNS 工作原理

DNS 實際上是一個應用層協議，但它通常被其他的應用層協議所使用，用于將用戶提供的主機名解析為 IP 地址。

當我們在瀏覽器的地址欄上輸入 www.google.com 這樣一個 URL時，實際上我們想要瀏覽的網頁內容都存放在互聯網中的某臺服務器上，而瀏覽器的任務就是找到我們想要訪問的這臺服務器的 IP 地址，然后向它請求內容，而這一整個過程就是 DNS 工作的內容。

如圖所示，DNS 地址解析服務是在 HTTP 連接建立之前的一個過程。從用戶主機上調用應用程序的角度來看，DNS是一個提供簡單、直接的轉換服務的黑盒子，但實際上 DNS 服務系統運轉相當復雜，由分布于全球的大量 DNS 服務器以及相關應用層協議共同組成。

域名結構

整個互聯網中的域名空間結構就像是一棵倒置的樹

我們試著將一個 Google 的域名進行拆分，www.google.com

我們驚奇的發(fā)現，之前看似簡單的一段域名居然由這么多部分構成。既然上部分說到，域名空間結構就像是一棵倒置的樹，那么我們就手動梳理下這棵樹的結構。

每個頂級域由對應的頂級域（TLD）服務器負責管理，除了以下 7 個頂級域名，還有各個國家的頂級域名（cn、uk、ca和 fr 等）也在這一級別進行管理。

每個頂級域再向下展開分支，每個分支域都是一個子域，比如 google.com? 是 com? 的子域，而 google.com? 也可再包含子域，比如 a.google.com、b.google.com。一個域就是域名空間中的一棵子樹，域的名字也就是這棵子樹的頂端節(jié)點的域名。

拆分原理

DNS 承載的流量是全球的流量，那么將結構設計為層次結構的原因也很簡單，那就是分布承擔流量

在每個域中，會有一臺或多臺服務器用來保存這個域名空間的所有信息，并且響應關于該域名空間的所有請求，這種服務器就叫做這個域的 權威域名服務器（授權域名服務器） 。它擁有這個域的所有的域名信息，每個域都可以分為多個子域，而每個權威域名服務器可以個一個或多個區(qū)域進行解析。

google.com 可以被劃分為三個子域，a.google.com、b.google.com和 c.google.com。每個子域都可以自行維護自己的權威域名服務器，一個域可以有多臺權威域名服務器，但是只有一臺是主域名服務器，這臺主域名服務器負責向其他輔域名服務器分發(fā)每個域名空間的更新信息。簡單理解，域名空間就相當于是一個 小集群

當一個子域被授權出去后，它原本所屬的域就不再包含它的數據，而只留下一些指針，這些指針指向相應子域的授權域名服務器。如果有一個請求來詢問該子域的信息，那么所返回的應該是該子域權威服務器的列表。

因此，DNS 服務器層由：根 DNS 服務器、頂級域名（TLD）服務器和權威DNS服務器共同組成 ，共同維護分布式、層次化的DNS數據庫。DNS系統采用樹形設計的一個主要目的就是為了分撒管理，而這種分散管理是通過 授權 來實現的。對域進行授權，就是域管理組織把子域授權給其他組織進行管理，由子域管理者來維護子域中的數據，可以自由改動數據，包括對子域的再次劃分和授權。

在 DNS 系統中還有一類非常重要的域名服務器，叫做 本地DNS服務器（LDNS），是用戶所在局域網或 ISP 網絡中 的域名服務器，本地 DNS 服務器地址是客戶端網絡配置的一部分，或者通過 DHCP 方式分配給客戶端。

針對DNS的分布查詢原理如下:

瀏覽器發(fā)出的請求會先發(fā)送到本地DNS服務器，本地DNS服務器收到瀏覽器的域名解析請求后，會采用遞歸的方式向 DNS 系統中的其他遠程域名服務器提出查詢請求。（遞歸方式指每次查詢請求都由本地DNS服務器發(fā)起，收到答復后再向下一個遠程DNS服務器提出請求，直到獲得結果。迭代查詢指本地DNS服務器只將自己知道的最合適的答案返回給查詢者，幫助它把查詢過程繼續(xù)下去，而它本身不再做其他任何查詢）

過程： 本地DNS服務器首先會去根DNS服務器請求解析（此時條件是本地DNS服務器并沒有關于這個域名的緩存），根域名服務器中雖然沒有www.google.com?這條記錄的，但它可以知道這個URL屬于com 域?，于是就找到com域服務器的IP地址，然后訪問com域服務器，重復上面的操作，再找到放了google 域?的服務器是哪個，繼續(xù)往下，直到找到www.google.com?的那條記錄，最后返回對應的IP地址。

緩存原理

頻繁使用 DNS 查詢會給使用它的互聯網應用帶來額外的時延，而時延本身不能確定，有可能大有可能小。那么為了解決這個問題就需要引入 緩存 機制。緩存是指 DNS 查詢結果在主機中的緩存，有了緩存就不需要在每次查詢的時候都經過復雜的遞歸過程。當然 DNS 數據有可能過期，因此 DNS 服務器不能把數據永遠的存放在緩存中，管理員會為這些數據設置一個生存期（TTL）。超過 TTL 時間的數據會被清除，重新向 DNS 服務器進行查詢。

除了DNS服務器能夠緩存 DNS 響應信息之外，客戶端瀏覽器也可以緩存 DNS 響應信息，當用戶請求頁面域名解析結果在瀏覽器自身的DNS緩存匯總能夠查到時，就不會向DNS服務器發(fā)起請求了，這樣可以加快瀏覽網頁的速度。當消息記錄時間超過瀏覽器設置的 DNS 緩存時間時，會重新向DNS服務器發(fā)起域名解析請求，用新的解析結果更新緩存。

記錄類型與報文格式

域名服務器是根據資源記錄來對 DNS 請求進行應答的。在 DNS 系統中，最常見的資源記錄是 Internet 類記錄，資源記錄是一個包含了下列字段的 4 元組：

• Name
• Value
• Type
• TTL

其中，TTL 是該記錄的生存時間，它決定了資源記錄應當從緩存中刪除的時間。Name 和 Value 的值取決于 Type，即記錄類型。而記錄類型分為以下幾類：

我這里附上一張阿里云的域名解析配置圖，先有一個大致的概念

A / AAAA：Address

A 記錄用于描述域名到 IP 地址的映射關系，對同一個域名可以有多條 A 記錄，也就是說一次DNS查找可以返回多個地址。

CNAME

CNAME 記錄用于描述別名與域名的對應關系，這種記錄允許你將多個名字映射到同一臺計算機。比如我們有個域名是 cbuc.com?，那我可以添加一條 www.cbuc.com?  的 CNAME記錄，以便請求 www.cbuc.com? 時也能夠訪問到 cbuc.com? 。查找過程也是通過 www.cbuc.com? 找到 cbuc.com ，繼而找到對應的 IP 地址，這里不再贅訴。

NS：Name Server

NS 記錄是域名服務器記錄，用于指定該域名由哪個 DNS 服務器來進行解析。每個區(qū)域可以有多個域名服務器，因此可以有多條NS記錄。

SOA：Start Of Authority

SOA 記錄用于指定該區(qū)域的權威域名服務器。每個區(qū)域允許切只允許有一個 SOA 記錄，它是資源記錄的第一個條目。

PTR：Pointor Record

PTR 記錄用于描述IP地址到域名的映射關系

DNS 總結

DNS是域名系統的簡稱，它是一種用于將域名和IP地址相互映射的協議。簡單地說，它是一種用于將人類可讀的域名（例如www.google.com）轉換為瀏覽器可以理解的IP地址（例如 142.251.43.14）的方法。這樣，用戶就可以通過輸入域名來訪問網站，而無需記住網站的IP地址。

DNS的設計原理是使用分層的系統將域名和IP地址相互映射。主要包括以下三個部分：

• 域名服務器（DNS服務器）：DNS服務器是網絡中的一種特殊服務器，它存儲了域名和IP地址的映射關系。當用戶訪問一個網站時，瀏覽器會向DNS服務器發(fā)出請求，DNS服務器則會返回該網站的IP地址。
• 域名系統域（DNS域名空間）：DNS域是用于組織DNS服務器的層次結構。它以樹型結構組織DNS服務器，使得每個服務器都有一個唯一的名稱，這樣就可以方便地查找到指定的DNS服務器。
• 域名系統數據庫（DNS數據庫）：DNS數據庫是用于存儲域名和IP地址映射關系的數據庫。它包含了所有域名和IP地址的映射關系，以便DNS服務器可以根據用戶的請求返回正確的IP地址。

簡而言之，當用戶訪問一個網站時，瀏覽器會向DNS服務器發(fā)出請求，DNS服務器會查詢DNS數據庫，并根據域名和IP地址的映射關系返回正確的IP地址

DNS系統的設計具有以下幾個亮點：

• 可擴展性：DNS系統的分層結構允許添加新的DNS服務器，從而支持更多的域名和IP地址。
• 可靠性：DNS系統可以通過多臺DNS服務器進行冗余存儲，從而提高系統的可靠性。
• 靈活性：DNS系統允許用戶隨時修改域名和IP地址的映射關系，從而使網絡更加靈活。
• 可維護性：DNS系統可以使用緩存技術，從而減少DNS數據庫的查詢次數，降低系統的維護成本。