DNS

DNS域名系统

DNS（Domain Name System）是因特网的一项服务，它作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人们更方便地访问互联网。通过域名而非IP地址去访问网站，但域名并不能被计算机直接识别，所以需要通过DNS将域名“翻译”称可由计算机直接识别的IP地址。
互联网中的域名系统 DNS 被设计成一个层次树状结构的联机分布式数据库系统，并且采取的是客户服务器的方式，将域名和IP地址相互映射联系了起来。

域名服务器的层次结构：
（来自https://blog.csdn.net/codejas/article/details/80086068）

DNS 使大多数名字都在本地进行解析，只有少量的解析需要在互联网通信，因此效率很高。采取分布式的一个好处是，即使单个计算机出了故障，也不会妨碍 DNS 系统的正常运行。

域名到 IP 地址的解析是通过许多分布在互联网上的域名服务器完成的。

解析的主要过程如下：

1. 当一个主机中的进程需要把域名解析为 IP 地址时，该进程就会调用解析程序，首先在本地的浏览器缓存，hosts系统缓存中查找，如果有，解析结束，没有就下一步
2. 如果hosts与本地DNS解析器缓存都没有相应的网址映射关系，首先会找TCP/IP参数中设置的首选DNS服务器，在此我们叫它本地DNS服务器，主机把待解析的域名放在 DNS 的请求报中，以 UDP 用户数据报方式发送给本地域名服务器。
3. 本地域名服务器收到查询时，如果要查询的域名，包含在本地配置区域资源中，则返回解析结果给客户机，完成域名解析，如果没有，本地域名服务器向其他DNS服务器查询，在查找域名后，把对应的 IP 地址放在回答报文中返回给主机。
4. 获得 IP 地址的后主机即可进行通信。

比如：

域名如：alibaba.com (URL地址)
IP地址为：xx.233.xxs.12 (访问)

首先，第一步浏览器会请求DNS返回域名对应的IP，浏览器还提供了DNS数据缓存服务，如果某个域名已经被解析过了，浏览器就会缓存解析的结构，下次查询时直接使用，减少一次网络请求。

拿到IP后，就需要获取端口号，如果url没有明确指出端口号，HTTP协议默认是80端口。

在实际情况中，因为用户和服务器之间存在代理服务器比如nginx，这个解析到的域名一般是代理服务器的 IP地址（或者IP地址 ：80端口 ），代理服务再去转发请求到真正的业务服务器，业务服务器和IP和端口号就跟访问的域名没啥关系了。

域名和端口号是怎么对应起来的？

客户端输入域名,通过DNS将域名解析成为服务器ip,找到代理服务器,因为http协议服务所占用的端口默认为80端口，所以会访问服务器的80端口,然后再通过代理服务器将请求转发到不同的服务器以及端口中.

如图：域名和端口号的对应
（来自https://blog.csdn.net/qq_43778308/article/details/109382424）

应该通过域名访问项目吗？

答案是必须的。

如果用IP+端口号的方式访问，会有以下后果：

• 首先，非常难记,域名是对人友好的有含义的字符，而ip都是4组基本无规律的数字,对人不友好.
• 其次，如果服务器中的资源发生迁移,那么原先的服务器ip地址就无效了,必须要重新使用新的ip地址访问服务器,用户还要再去记忆一遍IP地址。但是如果是使用域名则不存在这个问题.
• 最后，不安全,通过ip直接访问服务器是非常危险的,相当于将整个服务器的大门向所有人打开,造成的后果是别有用心的人能够非常容易攻击到服务器.域名访问就能杜绝这种情况，用户是不知道服务器的IP地址的，而且就算有人通过域名恶意攻击，直接和用户交互的代理服务器也可以保护内容服务器。这样就算代理服务器被攻破，损失也相对较小。

从域名到服务器的流程是怎么样的？

首先是域名解析，然后客户端拿到域名对应的IP地址，客户端再根据IP地址去对指定服务器资源进行访问（默认80端口）。

域名解析的大致过程如下图
（来自https://blog.csdn.net/qq_43778308/article/details/109382424）

DNS的查询方式有几种？

当客户端程序要通过一个主机名称来访问网络中的一台主机时，它首先要得到这个主机名称所对应的IP地址，因为IP数据报中允许放置的是目地主机的IP地址，而不是主机名称。

可以从本机的hosts文件中得到主机名称所对应的IP地址，但如果hosts文件不能解析该主机名称时，只能通过向客户机所设定DNS服务器进行查询了。（这里hosts文件是本地查询）

按照如下流程查询IP

浏览器缓存→hosts&系统缓存→路由器缓存→ISP DNS 缓存

查询方式可大致分为以下几种：

• 本地查询：客户机平时得到的DNS查询记录都保留在DNS缓存中，客户机操作系统上都运行着一个DNS客户端程序。当其他程序提出DNS查询请求时，这个查询请求要传送至DNS客户端程序。DNS客户端程序首先使用本地缓存信息进行解析，如果可以解析所要查询的名称，则DNS客户端程序就直接应答该查询，而不需要向DNS服务器查询，该DNS查询处理过程也就结束了。
• 直接查询：如果DNS客户端程序不能从本地DNS缓存回答客户机的DNS查询，它就向客户机所设定的本地DNS服务器发一个查询请求，要求本地DNS服务器进行解析。本地DNS服务器得到这个查询请求，首先查看一下所要求查询的域名是不是自己能回答的，如果能回答，则直接给予回答，如是不能回答，再查看自己的DNS缓存，如果可以从缓存中解析，则也是直接给予回应。

当本地域名服务器自己不能回答客户机的DNS查询时，它就需要向其他DNS服务器进行查询。此时有两种方式：递归和迭代

• 递归查询：本地DNS服务器自己负责向其他DNS服务器进行查询，一般是先向该域名的根域服务器查询，再由根域名服务器一级级向下查询。最后得到的查询结果返回给本地DNS服务器，再由本地DNS服务器返回给客户端。

递归查询结构图如下（图片来自https://blog.csdn.net/codejas/article/details/80086068）

• 迭代查询：当本地域名服务器自己不能回答客户机的DNS查询时，也可以通过迭代查询的方式进行解析。DNS服务器不是自己向其他DNS服务器进行查询，而是把能解析该域名的其他DNS服务器的IP地址返回给本地域名服务器，本地域名服务器再继续向这些DNS服务器进行查询，直到得到查询结果为止。

迭代查询结构图如下：
（图片来自https://blog.csdn.net/codejas/article/details/80086068）

DNS缓存机制

关于DNS缓存的机制，有一篇非常详细的文章What really happens when you navigate to a URL。

简单来说，一条域名的DNS记录会在本地有两种缓存：浏览器缓存和操作系统(OS)缓存。在浏览器中访问的时候，会优先访问浏览器缓存，如果未命中则访问OS缓存，最后再访问DNS服务器(一般是ISP提供)，然后DNS服务器会递归式的查找域名记录，然后返回。

DNS记录会有一个ttl值(time to live)，单位是秒，意思是这个记录最大有效期是多少。经过实验，OS缓存会参考ttl值，但是不完全等于ttl值，

而浏览器DNS缓存的时间跟ttl值无关，每种浏览器都使用一个固定值。

Windows访问DNS后会把记录保存一段短暂的时间

可通过ipconfig /displaydns 查看windows的DNS缓存、通过ipconfig /flushdns来清除。

而在修改hosts文件后，所有OS中DNS缓存会被清空，而浏览器缓存则不发生变化

DNS解析负载均衡之优缺点

优点：

• 配置简单，无成本费用
• 将负载均衡的工作交给了DNS服务器，省去了管理的麻烦

缺点：

• 记录的添加与修改是需要一定时间才能够生效的(因为DNS缓存了A记录)。一旦有一台服务器坏了需要下线，即使修改了A记录，要使其生效也需要较长的时间，这段时间，DNS任然会将域名解析到已下线的服务器上，最终导致用户访问失败。
• 不能按需分配负载，DNS并不知道各服务器的真实负载情况，所以负载效果不是很好

实际的情况：

在实际的项目部署，我们一般会将部分服务器使用DNS解析，利用域名解析作为第一级负载均衡.再在服务器中使用NGINX负载均衡作为第二级负载均衡。

CNAME是什么？

CNAME（Canonical Name）记录是DNS中的一种资源记录类型，用于将一个域名指向另外一个域名。当DNS遇到一个CNAME记录时，就会将查询转发到CNAME指向的目标域名，并继续解析那个域名。CNAME记录成为一种实现域名别名的常用手段。

CNAME记录将域名解析为另外一个域名，A记录将域名解析为IP地址。

A记录

A记录，即Address记录，他并不是一个IP或者一个域名，而是一种指向关系。

举个例子：

• 域名 www.xx.com —> 1.1.1.1
• 主机名 DD —> 2.2.2.2

当我们访问某个域名的时候，DNS服务器会通过A记录解析出来域名对应的IP记录，以达到后续访问目的。A记录是IP解析，直接将域名或者主机名指向某个IP

CNAME记录

也称为别名记录，相当于给A记录中的域名起个小名，他也是一种指向关系，将一个域名指向另外一个域名，然后通过A记录指向IP地址。

• www.yy.com（别名） —> www.xx.com （A记录）—> 1.1.1.1

可以直接通过小名找到对应的地址。

就好比：一个人的外号一样，并且一个人可以很多外号，都指向这个人！！！

一个IP地址可以有多个域名，并且多个域名都可以找到这个IP地址。那么就可以给每个域名起一个别名。

• www.yy.com —> www.xx.com —> 1.1.1.1
• www.cc.com —> www.xx.com —> 1.1.1.1
• www.kk.com —> www.xx.com —> 1.1.1.1

当服务器的IP地址需要更换为2.2.2.2的时候，这个时候只要修改一下www.xx.com的指向就好。

www.xx.com —> 2.2.2.2

并且它的小名是不用进行更改的，他们只指向他们解析的域名。

如果不用CANME记录，直接进行A记录？

• www.yy.com —> 1.1.1.1
• www.cc.com —> 1.1.1.1
• www.kk.com —> 1.1.1.1

那么在更改了服务器地址后，每条A记录都需要进行更改，这样子就会很麻烦！！！

CANME记录的应用

• 现网常用在CDN加速上
• 域名别名： 为长域名或者频繁更改的域名提供一个简短或者稳定的别名。
• 多域名管理
• 第三方服务

有一个域名example.com（1.1.1.1） 并希望www.example.com也指向同一个网站，则就可以为www.example.com创建一个CNAME记录，指向example.com。配置方式如下：

• Type：CNAME
• Name： www
• Target：example.com

www.example.com配置如下：

www（别名） —> example.com（A记录） —> 1.1.1.1

CDN

一张图理解CDN加速，摘自

CDN的全称是Content Delivery Network，即内容分发网络。一种通过互联网互相连接的电脑网络系统，利用最靠近每位用户的服务器，更快、更可靠地将资源文件（音乐、图片、视频、应用程序及其他文件）发送给用户，来提供高性能、可扩展性及低成本的网络内容传递给用户。

使用了CDN缓存资源，加速请求网络资源的响应过程：

1. 对于点击的数据的URL，经过本地DNS系统的解析，发现该URL对应的是一个CDN专用的DNS服务器，DNS系统就会将域名解析权交给CNAME指向的CDN专用的DNS服务器。
2. CND专用DNS服务器将CND的全局负载均衡设备IP地址返回给用户
3. 用户向CDN的全局负载均衡设备发起数据请求
4. CDN的全局负载均衡设备根据用户的IP地址，以及用户请求的内容URL，选择一台用户所属区域的区域负载均衡设备，告诉用户向这台设备发起请求
5. 区域负载均衡设备选择一台合适的缓存服务器来提供服务，将该缓存服务器的IP地址返回给全局负载均衡设备
6. 全局负载均衡设备把服务器的IP地址返回给用户
7. 用户向该缓存服务器发起请求，缓存服务器响应用户的请求，将用户所需内容发送至用户终端。

总结：用户发起请求，输入URL网址—>进行DNS解析域名—>本地是否有缓存（本机DNS缓存->本地hosts文件->DNS服务器）（有的话直接返回IP地址，没有话向DNS服务器发起请求）—>DNS服务器（是否使用了CDN，没有的话进行迭代发起请求直到查找到IP地址）->DNS服务器发现该URL是一个CDN专用的DNS服务器，于是将域名解析的工作交给CNAME记录的CDN专用的DNS服务器 -> CDN专用的DNS服务器发起请求->CDN调度中心返回距离最近的URL对应的服务器地址给本地DNS服务器->本地DNS服务器发回给主机->主机发起请求（若该服务器有对应的缓存数据直接返回，没有话向上一层发起请求）->主机得到资源数据。