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【51CTO.com原創(chuàng)稿件】 又到了招聘季了，前兩天遇到一個(gè)面試的小伙伴，他說面試官和他聊得很投機(jī)，無意中談到了DNS請(qǐng)求的過程。他一時(shí)語塞隨便應(yīng)付了兩句，雖然對(duì)方?jīng)]有追問的意思，但最后面試結(jié)果也并不理想。本著邊面試邊學(xué)習(xí)的態(tài)度，我們來看看DNS請(qǐng)求的過程中涉及到的定義和原理。

DNS的含義和結(jié)構(gòu)

眾所周知，在互聯(lián)網(wǎng)中是用IP來標(biāo)識(shí)一臺(tái)服務(wù)器的。IP地址雖然能夠代表一臺(tái)設(shè)備，但是由于記憶起來比較困難，所以將其替換成一個(gè)能夠理解和識(shí)別的名字，這個(gè)名字我們稱作為域名。例如：www.toutiao.com 就是一個(gè)域名，在域名后面會(huì)定義一個(gè)IP地址用來指向網(wǎng)站服務(wù)器。那么問題來了，誰來做這個(gè)從域名到IP地址的對(duì)應(yīng)呢?答案是通過DNS來實(shí)現(xiàn)。

DNS 是域名系統(tǒng)(Domain Name System，縮寫：DNS)是互聯(lián)網(wǎng)的一項(xiàng)服務(wù)。它將域名和IP地址相互映射的一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中保存域名與IP的對(duì)照關(guān)系，從而使人更方便地訪問互聯(lián)網(wǎng)。

DNS解析是分布式存儲(chǔ)的，從結(jié)構(gòu)上來說最頂層是，根域名服務(wù)器(ROOT DNS Server)，存儲(chǔ)260個(gè)頂級(jí)域名服務(wù)器的IP地址。對(duì)于Ipv4來說全球有13個(gè)根域名服務(wù)器，它儲(chǔ)存了每個(gè)域(如.com .net .cn)的解析和域名服務(wù)器的地址信息。簡單的說，根域名服務(wù)器就是存放頂級(jí)域名服務(wù)器地址的。

在根域名服務(wù)器下一級(jí)就是，頂級(jí)域名服務(wù)器。例如.com的域名服務(wù)器，存儲(chǔ)的是一些一級(jí)域名的權(quán)威DNS服務(wù)器地址(如toutiao.com的DNS)。

頂級(jí)域名又稱一級(jí)域名，頂級(jí)域名可以分為三類，即gTLD、ccTLD和New gTLD：

• gTLD：國際頂級(jí)域名(generic top-level domains，gTLD)，例如：.com/.net/.org等都屬于gTLD;
• ccTLD：國家和地區(qū)頂級(jí)域名(country code top-level domains，簡稱ccTLD)，例如：中國是.cn域名，日本是.jp域名;
• New gTLD：新頂級(jí)域名(New gTLD)，例如：.xyz/.top/.red/.help等新頂級(jí)域名。

頂級(jí)域名服務(wù)器就是根據(jù)上面三類保存域名IP對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的。

在頂級(jí)域名服務(wù)器下面一級(jí)就是，本地域名服務(wù)器(Local DNS)一般是運(yùn)營商的DNS，主要作用就是代理用戶進(jìn)行域名分析的。

如圖1 所示，DNS域名服務(wù)器分為三級(jí)，從上到下分別是根域名服務(wù)器(Root DNS Server)、頂級(jí)域名服務(wù)器(gTLD、ccTLD、New gTLD)、本地域名服務(wù)器(Local DNS Server)。

DNS解析原理

說完DNS的結(jié)構(gòu)，再來談?wù)勂溥\(yùn)行原理。通過用戶訪問網(wǎng)頁的過程，來描述DNS解析以及獲取URL到IP映射的整個(gè)過程。其中過程比較復(fù)雜，會(huì)存在信息的來回傳遞。畫圖的過程中我們會(huì)簡化信息來回傳遞的線段，重點(diǎn)放在信息傳遞的路徑，通過9步來詮釋DNS解析過程。

圖2 用戶請(qǐng)求以及DNS解析的全過程

①用戶請(qǐng)求通過瀏覽器輸入要訪問網(wǎng)站的地址，例如：www.toutiao.com。瀏覽器會(huì)在自己的緩存中查找URL對(duì)應(yīng)IP地址。如果之前訪問過，保存了這個(gè)URL對(duì)應(yīng)IP地址的緩存，那么就直接訪問IP地址。如果沒有緩存，進(jìn)入到第2步。

②通過計(jì)算機(jī)本地的Host文件配置，可以設(shè)置URL和IP地址的映射關(guān)系。比如windows下是通過C:\windwos\system32\driver\etc\hosts文件來設(shè)置的，linux中則是/etc/named.confg文件。這里查找本地的Host文件，看是有IP地址的緩存。如果在文件中依舊沒有找到映射關(guān)系，進(jìn)入第3步。

③請(qǐng)求Local DNS Server，通過本地運(yùn)營商獲取URL和IP的映射關(guān)系。如果在校園網(wǎng)，DNS服務(wù)器就在學(xué)校，如果是小區(qū)網(wǎng)絡(luò)，DNS服務(wù)器是運(yùn)營商提供的?？傊@個(gè)服務(wù)器在物理位置上離發(fā)起請(qǐng)求的計(jì)算機(jī)比較近。Local DNS Server緩存了大量的DNS解析結(jié)果。由于它的性能較好，物理上的距離又比較近，它通常會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)返回指定域名的解析結(jié)果。80%的DNS解析需求在這一步就滿足了。如果在這一步還是沒有完成DNS解析，進(jìn)入第4步

④通過Root DNS Server進(jìn)行解析，ROOT DNS Server會(huì)根據(jù)請(qǐng)求的URL 返回給Local DNS Server頂級(jí)域名服務(wù)器的地址。例如：查詢的是”.com”的域名，就查詢 gTL對(duì)應(yīng)的域名服務(wù)器的地址。

⑤返回頂級(jí)域名服務(wù)器的地址以后，訪問對(duì)應(yīng)的頂級(jí)域名服務(wù)器(gTLD、ccTLD、New gTLD)，并且返回Name Server服務(wù)器地址。這個(gè)Name Server就是網(wǎng)站注冊(cè)的域名服務(wù)器，上面包含了網(wǎng)站URL和IP的對(duì)應(yīng)信息。例如你在某個(gè)域名服務(wù)提供商申請(qǐng)的域名，這個(gè)域名就由他們的服務(wù)器來解析。這個(gè)Name Server是由域名提供商維護(hù)的。

⑥Name Server會(huì)把指定域名的A記錄或者CNAME返回給Local DNS Server，并且設(shè)置一個(gè)TTL。

• A (Address) 記錄是用來指定主機(jī)名(或域名)對(duì)應(yīng)的IP地址記錄。用戶可以將該域名下的網(wǎng)站服務(wù)器指向到自己的web server上。同時(shí)也可以設(shè)置您域名的二級(jí)域名。
• CNAME：別名記錄。這種記錄允許您將多個(gè)名字映射到另外一個(gè)域名。通常用于同時(shí)提供WWW和MAIL服務(wù)的計(jì)算機(jī)。例如，有一臺(tái)計(jì)算機(jī)名為“host.mydomain.com”(A記錄)。它同時(shí)提供WWW和MAIL服務(wù)，為了便于用戶訪問服務(wù)。服務(wù)商從方便維護(hù)的角度，一般也建議用戶使用CNAME記錄綁定域名的。如果主機(jī)使用了雙線IP，顯然使用CNAME也要方便一些。
• TTL(Time To Live)：也就是設(shè)置這個(gè)DNS解析在Local DNS Server上面的過期時(shí)間。超過了這個(gè)過期時(shí)間，URL和IP的映射就會(huì)被刪除，需要獲取還要請(qǐng)求Name Server。

⑦如果此時(shí)獲取的是A記錄，那么就可以直接訪問網(wǎng)站的IP了。但是通常來說大型的網(wǎng)站都會(huì)返回CNAME，然后將其傳給GTM Server。

GTM(Global Traffic Manager的簡寫)即全局流量管理，基于網(wǎng)宿智能DNS、分布式監(jiān)控體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)故障切換及全球負(fù)載均衡，保障應(yīng)用服務(wù)的持續(xù)高可用性。傳給GTM的目的就是希望通過GTM的負(fù)載均衡機(jī)制，幫助用戶找到最適合自己的服務(wù)器IP。

也就是離自己最近，性能最好，服務(wù)器狀態(tài)最健康的。而且大多數(shù)的網(wǎng)站會(huì)做CDN緩存，此時(shí)就更需要使用GTM幫你找到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中適合你的CDN緩存服務(wù)器。

⑧找到CDN緩存服務(wù)器以后，可以直接從服務(wù)器上面獲取一些靜態(tài)資源，例如：HTML、CSS、JS和圖片。但是一些動(dòng)態(tài)資源，例如商品信息，訂單信息，需要通過第9步。

⑨對(duì)于沒有緩存的動(dòng)態(tài)資源需要從應(yīng)用服務(wù)器獲取，在應(yīng)用服務(wù)器與互聯(lián)網(wǎng)之間通常有一層負(fù)載均衡器負(fù)責(zé)反向代理。有它路由到應(yīng)用服務(wù)器上。

總結(jié)

DNS服務(wù)器是用來做URL與IP地址解析的，幫助用戶找到要訪問服務(wù)器的IP。從DNS服務(wù)器的結(jié)構(gòu)來說大致分為三層：根域名服務(wù)器，頂級(jí)域名服務(wù)器，本地域名服務(wù)器。

申請(qǐng)域名的供應(yīng)商會(huì)提供Name Server作為DNS解析。從用戶訪問一個(gè)網(wǎng)站出發(fā)，經(jīng)過瀏覽器，本地Host文件、Local DNS Server、Root DNS Server、頂級(jí)域名服務(wù)器(gTLD、ccTLD、New gTLD)、Name Server、GTM、CDN、Application Server。共經(jīng)歷了九個(gè)步驟。

作者：崔皓

簡介：十六年開發(fā)和架構(gòu)經(jīng)驗(yàn)，曾擔(dān)任過惠普武漢交付中心技術(shù)專家，需求分析師，項(xiàng)目經(jīng)理，后在創(chuàng)業(yè)公司擔(dān)任技術(shù)/產(chǎn)品經(jīng)理。善于學(xué)習(xí)，樂于分享。目前專注于技術(shù)架構(gòu)與研發(fā)管理。

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