DNS (Domain Name System)的作用,就是根据域名查出 IP 地址,是把 www.example.com 等域名转换成 IP 地址。

域名系统是分层次的,一些 DNS 服务器位于顶层。当查询(域名) IP 时,路由或 ISP 提供连接 DNS 服务器的信息。较底层的 DNS 服务器缓存映射,它可能会因为 DNS 传播延时而失效。DNS 结果可以缓存在浏览器或操作系统中一段时间,时间长短取决于 存活时间 TTL

CloudFlare 等平台提供管理 DNS 的功能。某些 DNS 服务通过集中方式来路由流量:

  • 加权轮询调度
    • 防止流量进入维护中的服务器
    • 在不同大小集群间负载均衡
  • A/B 测试
  • 基于延迟路由
  • 基于地理位置路由

一些缺陷:

  • 虽说缓存可以减轻 DNS 延迟,但连接 DNS 服务器还是带来了轻微的延迟
  • 虽然它们通常由政府,网络服务提供商和大公司管理,但 DNS 服务管理仍是复杂的
  • DNS 服务最近遭受 DDoS 攻击,阻止不知道 Twitter IP 地址的用户访问 Twitter

延伸阅读:

查询过程

虽然只需要返回一个 IP 地址,但是 DNS 的查询过程非常复杂,分成多个步骤。

工具软件 dig 可以显示整个查询过程

dig www.github.com

输出

; <<>> DiG 9.10.6 <<>> www.github.com
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 42658
;; flags: qr rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 4, AUTHORITY: 8, ADDITIONAL: 10

;; QUESTION SECTION:
;www.github.com.			IN	A

;; ANSWER SECTION:
www.github.com.		3451	IN	CNAME	github.com.
github.com.		300	IN	A	52.74.223.119
github.com.		300	IN	A	13.250.177.223
github.com.		300	IN	A	13.229.188.59

;; AUTHORITY SECTION:
github.com.		191	IN	NS	ns-1707.awsdns-21.co.uk.
github.com.		191	IN	NS	ns4.p16.dynect.net.
github.com.		191	IN	NS	ns1.p16.dynect.net.
github.com.		191	IN	NS	ns2.p16.dynect.net.
github.com.		191	IN	NS	ns3.p16.dynect.net.
github.com.		191	IN	NS	ns-520.awsdns-01.net.
github.com.		191	IN	NS	ns-421.awsdns-52.com.
github.com.		191	IN	NS	ns-1283.awsdns-32.org.

;; ADDITIONAL SECTION:
ns-1283.awsdns-32.org.	130431	IN	A	205.251.197.3
ns-1283.awsdns-32.org.	130432	IN	AAAA	2600:9000:5305:300::1
ns-1707.awsdns-21.co.uk. 130431	IN	A	205.251.198.171
ns-1707.awsdns-21.co.uk. 130431	IN	AAAA	2600:9000:5306:ab00::1
ns-520.awsdns-01.net.	130423	IN	A	205.251.194.8
ns-520.awsdns-01.net.	130423	IN	AAAA	2600:9000:5302:800::1
ns3.p16.dynect.net.	44027	IN	A	208.78.71.16
ns4.p16.dynect.net.	44027	IN	A	204.13.251.16
ns1.p16.dynect.net.	44027	IN	A	208.78.70.16
ns-421.awsdns-52.com.	130431	IN	A	205.251.193.165

;; Query time: 25 msec
;; SERVER: 192.168.0.1#53(192.168.0.1)
;; WHEN: Mon Mar 04 23:21:09 CST 2019
;; MSG SIZE  rcvd: 510

第一段是查询参数和统计

; <<>> DiG 9.10.6 <<>> www.github.com
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 42658
;; flags: qr rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 4, AUTHORITY: 8, ADDITIONAL: 10

第二段是查询内容

;; QUESTION SECTION:
;www.github.com.			IN	A

上面结果表示,查询域名 www.github.comA 记录A 是 address 的缩写

第三段是 DNS 服务器的答复

;; ANSWER SECTION:
www.github.com.		3451	IN	CNAME	github.com.
github.com.		300	IN	A	52.74.223.119
github.com.		300	IN	A	13.250.177.223
github.com.		300	IN	A	13.229.188.59

上面结果显示,www.github.com 有 3 个 A 记录,即 3 个 IP 地址。300 是 TTL 值(Time to live 的缩写),表示缓存时间,即 300 秒之内不用重新查询

第四段显示 www.github.comNS 记录(Name Server 的缩写),即哪些服务器负责管理 www.github.com 的 DNS 记录

;; AUTHORITY SECTION:
github.com.		191	IN	NS	ns-1707.awsdns-21.co.uk.
github.com.		191	IN	NS	ns4.p16.dynect.net.
github.com.		191	IN	NS	ns1.p16.dynect.net.
github.com.		191	IN	NS	ns2.p16.dynect.net.
github.com.		191	IN	NS	ns3.p16.dynect.net.
github.com.		191	IN	NS	ns-520.awsdns-01.net.
github.com.		191	IN	NS	ns-421.awsdns-52.com.
github.com.		191	IN	NS	ns-1283.awsdns-32.org.

上面结果显示 www.github.com 共有 8 条 NS 记录,即 8 个域名服务器,向其中任一台查询就能知道 www.github.com 的 IP 地址是什么

第五段是上面 8 个域名服务器的 IP 地址,这是随着前一段一起返回的

;; ADDITIONAL SECTION:
ns-1283.awsdns-32.org.	130431	IN	A	205.251.197.3
ns-1283.awsdns-32.org.	130432	IN	AAAA	2600:9000:5305:300::1
ns-1707.awsdns-21.co.uk. 130431	IN	A	205.251.198.171
ns-1707.awsdns-21.co.uk. 130431	IN	AAAA	2600:9000:5306:ab00::1
ns-520.awsdns-01.net.	130423	IN	A	205.251.194.8
ns-520.awsdns-01.net.	130423	IN	AAAA	2600:9000:5302:800::1
ns3.p16.dynect.net.	44027	IN	A	208.78.71.16
ns4.p16.dynect.net.	44027	IN	A	204.13.251.16
ns1.p16.dynect.net.	44027	IN	A	208.78.70.16
ns-421.awsdns-52.com.	130431	IN	A	205.251.193.165

第六段是 DNS 服务器的一些传输信息

;; Query time: 25 msec
;; SERVER: 192.168.0.1#53(192.168.0.1)
;; WHEN: Mon Mar 04 23:21:09 CST 2019
;; MSG SIZE  rcvd: 510

本机的 DNS 服务器是 192.168.0.1,查询端口是 53(DNS 服务器的默认端口),以及回应长度是 510 字节。

如果不想看到这么多内容,可以使用 +short 参数

DNS 服务器

首先,本机一定要知道 DNS 服务器的 IP 地址,否则上不了网。通过 DNS 服务器,才能知道某个域名的 IP 地址到底是什么

DNS 服务器的 IP 地址,有可能是动态的,每次上网时由网关分配,这叫做 DHCP 机制;也有可能是事先指定的固定地址。Linux 系统里面,DNS 服务器的 IP 地址保存在 ·/etc/resolv.conf· 文件。

有一些公网的 DNS 服务器,也可以使用,其中最有名的就是 Google 的 8.8.8.8 和 Level 3 的 4.2.2.2

本机只向自己的 DNS 服务器查询,dig 命令有一个 @ 参数,显示向其他 DNS 服务器查询的结果。

dig @8.8.8.8 www.github.com

上面命令指定向 DNS 服务器 8.8.8.8 查询

域名的层级

DNS 服务器怎么会知道每个域名的 IP 地址呢?答案是分级查询。

请仔细看前面的例子,每个域名的尾部都多了一个点 .

;; QUESTION SECTION:
;www.github.com.			IN	A

比如,域名 www.github.com 显示为 www.github.com.。这不是疏忽,而是所有域名的尾部,实际上都有一个根域名。

举例来说,www.example.com 真正的域名是 www.example.com.root,简写为 www.example.com.。因为,根域名 .root 对于所有域名都是一样的,所以平时是省略的

根域名的下一级,叫做 “顶级域名”(top-level domain,缩写为 TLD),比如 .com.net;再下一级叫做 “次级域名”(second-level domain,缩写为 SLD),比如 www.example.com 里面的 .example,这一级域名是用户可以注册的;再下一级是主机名(host),比如 www.example.com 里面的 www,又称为 “三级域名”,这是用户在自己的域里面为服务器分配的名称,是用户可以任意分配的。

即:


主机名. 次级域名. 顶级域名. 根域名

# 即

host.sld.tld.root

根域名服务器

DNS 服务器根据域名的层级,进行分级查询。

需要明确的是,每一级域名都有自己的 NS 记录NS 记录 指向该级域名的域名服务器。这些服务器知道下一级域名的各种记录。

所谓 “分级查询”,就是从根域名开始,依次查询每一级域名的 NS 记录,直到查到最终的 IP 地址,过程大致如下

从 "根域名服务器" 查到 "顶级域名服务器" 的 NS 记录和 A 记录(IP 地址)

从 "顶级域名服务器" 查到 "次级域名服务器" 的 NS 记录和 A 记录(IP 地址)

从 "次级域名服务器" 查出 "主机名" 的 IP 地址

仔细看上面的过程,你可能发现了,没有提到 DNS 服务器怎么知道 “根域名服务器” 的 IP 地址。回答是 “根域名服务器” 的 NS 记录和 IP 地址一般是不会变化的,所以内置在 DNS 服务器里面

目前,世界上一共有十三组根域名服务器,从 A.ROOT-SERVERS.NET 一直到 M.ROOT-SERVERS.NET

分级查询的实例

dig 命令的 +trace 参数可以显示 DNS 的整个分级查询过程。

dig +trace www.github.com

NS 记录的查询

dig 命令可以单独查看每一级域名的 NS 记录

dig ns com
dig ns github.com

+short 参数可以显示简化的结果

dig +short ns com
dig +short ns github.com

DNS 的记录类型

域名与 IP 之间的对应关系,称为 “记录”(record)。根据使用场景,”记录” 可以分成不同的类型(type),前面已经看到了有 A 记录和 NS 记录

常见的 DNS 记录类型如下

  • NS 记录(域名服务) 指定解析域名或子域名的 DNS 服务器。
  • MX 记录(邮件交换) 指定接收信息的邮件服务器。
  • A 记录(地址) 指定域名对应的 IP 地址记录。
  • CNAME(规范) 一个域名映射到另一个域名或 CNAME 记录( example.com 指向 www.example.com )或映射到一个 A 记录。
  • PTR 逆向查询记录(Pointer Record)只用于从 IP 地址查询域名

一般来说,为了服务的安全可靠,至少应该有两条 NS 记录,而 A 记录和 MX 记录也可以有多条,这样就提供了服务的冗余性,防止出现单点失败

CNAME 记录主要用于域名的内部跳转,为服务器配置提供灵活性,用户感知不到。

PTR 记录用于从 IP 地址反查域名。dig 命令的 -x 参数用于查询 PTR 记录。 逆向查询的一个应用,是可以防止垃圾邮件,即验证发送邮件的 IP 地址,是否真的有它所声称的域名

dig 命令可以查看指定的记录类型

dig a github.com
dig ns github.com
dig mx github.com

其他 DNS 工具

host 命令:

host 命令可以看作 dig 命令的简化版本,返回当前请求域名的各种记录。

host 命令也可以用于逆向查询,即从 IP 地址查询域名,等同于 dig -x <ip>

host github.com
github.com has address 13.250.177.223
github.com has address 52.74.223.119
github.com has address 13.229.188.59
github.com mail is handled by 1 aspmx.l.google.com.
github.com mail is handled by 10 alt3.aspmx.l.google.com.
github.com mail is handled by 5 alt1.aspmx.l.google.com.
github.com mail is handled by 10 alt4.aspmx.l.google.com.
github.com mail is handled by 5 alt2.aspmx.l.google.com.

nslookup 命令:

nslookup 命令用于互动式地查询域名记录

nslookup

> facebook.github.io
Server:     192.168.1.253
Address:    192.168.1.253#53

Non-authoritative answer:
facebook.github.io  canonical name = github.map.fastly.net.
Name:   github.map.fastly.net
Address: 103.245.222.133

whois 命令: whois 命令用来查看域名的注册情况

whois github.com