工作每天都在用的 DNS 协议你了解么?

前言

我们经常访问一些网址的时候,浏览器里输入类似于 www.baidu.com 这样的地址,那么在浏览器里输入这个地址---> 百度服务器给我们返回这个百度的页面,中间的过程是什么样的呢?

带着这个问题,我们一起来解析一下其中的过程。

域名和 IP 的关系

首先,类似于‘www.baidu.com’和‘www.sina.com.cn’这样的地址我们统一叫做域名。那么,使用域名访问后,这个请求直接就能到达对应的服务器么?

不是的!

在这个过程中是需要把这个域名转换为 IP 地址的,只有通过 IP 地址去寻找才可以找到这个服务器的位置,服务器才能收到请求。

为什么要在域名和 IP 之间进行这个转化操作呢?我们来回答两个问题:

  1. 那么我们为什么不直接用 IP 地址通信?

因为 IP 地址对于用户来说不方便记忆,域名更加方便于用户记忆和使用,例如 www.baidu.com 这是百度的域名;www.sina.com.cn 就是新浪的域名,非常好理解和记忆;

  1. 那为什么不干脆直接用域名来找服务器?

这是因为域名的长度是不固定的,不便于计算机进行处理;而 IP 地址是固定长度的,如果是 IPv4 地址就是 32 位的,IPv6 的地址就是 128 位的,长度固定计算机更方便处理。

所以,总结一点就是 IP 地址是面向主机的,而域名则是面向用户的。所以我们需要将域名和 IP 地址进行相互转化。

域名转化为 IP 地址

hosts 文件

在最开始的时候,人们都用电脑的 hosts 文件进行域名和 IP 的转化。

在我们电脑 C:\Windows\System32\drivers\etc 路径下面有一个 host 文件,可以保存域名和 IP 的对应关系,如下图所示:

图片.png

图中框起来的这行,就是把 120.24.89.47 这个 IP 地址映射为 www.tricy1.com 这个域名。当配置完成之后,就算 www.tricy1.com 这个域名不是一个真实注册的域名,在本台电脑里依然可以访问 www.tricy1.com 这域名就可以访问到这个 IP 地址对应的网站(柠檬班的测试派论坛)。

最初,通过互联网信息中心来管理这个 hosts 文件,如果有一个新的计算机想接入网络,或者某个计算 IP 变更都需要到信息中心申请变更 hosts 文件。其他计算机也需要定期更新,才能上网。但是这样太麻烦了。为了更加简便的操作,就出现了 DNS 协议。


DNS 协议

DNS 协议,全称 Domain Name System,它是一个应用层协议,它建立在 UDP 或 TCP 协议之上,默认使用 53 号端口。

客户端默认通过 UDP 协议进行通讯,但是由于广域网中不适合传输过大的 UDP 数据包,因此规定当报文长度超过了 512 字节时,应转换为使用 TCP 协议进行数据传输。所以,DNS 协议是少有的既可以用 UDP 协议,又可以用 TCP 协议作为底层协议的应用层协议。

该协议的功能就是将人类可读的域名 (如,www.qq.com) 转换为机器可读的 IP 地址 (如,119.147.15.13)。

图片.png

域名的层级结构:

如上图可见的域名中间是用点分割开的。这个每个点隔开的代表什么呢?

我们就需要了解一下域名是分层结构,域名服务器也是对应的层级结构,分别为根域名,顶级域名系统,二级域名系统,三级域名系统等如下图所示:

图片.png

全球共有 13 台根服务器,这 13 台根域名服务器中文名字分别为“A”至“M”,其中 10 台设置在美国,另外三台分别设置在英国、瑞典、日本。1 个主根服务器放置在美国,其余 12 个均为辅根服务器。

比如www.baidu.com这个域名的层级结构就如下:

com: 顶级域名。 表示这是一个企业域名。

baidu: 二级域名,指公司名。

www: 网络协议(World Wide Web)

域名一般不能超过 5 级,从左到右域的级别变高,高的级域包含低的级域。域名在整个 Internet 中是唯一的,当高级子域名相同时,低级子域名不允许重复。

有了域名结构,还需要有一个东西去解析域名,那就是域名服务器

域名需要由遍及全世界的域名服务器去解析,域名服务器实际上就是装有域名系统的主机。

DNS 解析过程

图片.png

如上如所示,我们来解析一下 DNS 解析的过程:

用户希望通过客户端浏览器访问百度服务器-域名为 www.baidu.com

  1. 用户在浏览器里输入 www.baidu.com 域名,默认优先查找浏览器缓存,看缓存中是否含有域名对应的 IP 地址
  2. 当浏览器中找不到时,会检测系统中的 Hosts 文件中是否有对应的 IP 地址
  3. 如果 hosts 里没有这个域名的映射,则查找本地 DNS 服务器;
  4. 若没有,通过 DNS 服务器就向根域名服务器中进行查找;根域名服务返回可供查询的顶级域名服务器 IP 地址;
  5. 顶级域名服务器返回 DNS 响应消息;
  6. 主机收到响应消息后,可以正常访问该服务器了;并将结果保存,已备下一次使用

而 DNS 协议的查询方法又分为以下两种:


递归查询:本机向本地域名服务器发出一次查询请求,就静待最终的结果。如果本地域名服务器无法解析,自己会以 DNS 客户机的身份向其它域名服务器查询,直到得到最终的 IP 地址告诉本机

图片.png

迭代查询:本地域名服务器向根域名服务器查询,根域名服务器告诉它下一步到哪里去查询,然后它再去查,每次它都是以客户机的身份去各个服务器查询。

图片.png

通俗地说,递归就是把一件事情交给别人,如果事情没有办完,哪怕已经办了很多,都不要把结果告诉我,我要的是你的最终结果,而不是中间结果;如果你没办完,请你找别人办完。

迭代则是我交给你一件事,你能办多少就告诉我你办了多少,然后剩下的事情就由我来办。


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