【计网 DNS】计算机网络 DNS协议详解：中科大郑烇老师笔记 （六）

• 🙋‍♂️ 作者：海码007
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• 📜 其他章节：网络快速入门系列、计网概述、计网应用层详解、计网Web和HTTP、计网FTP、计网EMail、计网DNS、计网P2P
• 💥 标题：【计网 DNS】计算机网络 DNS协议详解：中科大郑烇老师笔记 （六）
• ❣️ 寄语：人生的意义或许是可以发挥自己全部的潜力，所以加油吧！
• 🎈 最后：文章作者技术和水平有限，如果文中出现错误，希望大家能指正

0 引言

DNS是为其他应用提供服务的，不是直接给用户提供服务的。

DNS的必要性

• IP地址标识主机、路由器，但是IP地址不好记忆，不便于人类使用（没有意义）
• 人类一般倾向于使用一些有意义的“字符串”来标识Internet上的设备，例如：www.ustc.edu.cn所在的web服务器、zhenwenjie@zzu.edu.cn所在的邮件服务器
• 所以存在IP地址到“字符串”的相互转换很有必要
• 用户提供要访问机器的“字符串”名称，由DNS负责将“字符串”名称转换成为二进制的网络地址

DNS系统需要解决的问题

• 问题1：如何命名设备
  用有意义的字符串（方便记忆）、解决一个平面命名的重名问题：层次化命名
• 问题2：如何完成名字到IP地址的转换
  分布式的数据库维护和响应名字查询
• 问题3：如何维护：增加或删除一个域，需要在域名系统中做哪些工作
  

DNS历史

• ARPANET的名字解析解决方案
  主机名：没有层次的一个字符串（一个平面）
  存在着一个（集中）维护站：维护者一张主机名-IP地址的映射文件：Hosts.txt
  每台主机定时从维护站取文件

• ARPANET方案存在的问题
  当网络中主机数量很大时，没有层次的主机名很难分配。文件的管理、发布、查找都很麻烦。

DNS总体思路和目的

• DNS的主要思路
  分层的、基于域的命名机制
  若干分布式的数据库完成名字到IP地址的转换
  运行在UDP之上端口号为53的应用服务
  核心的Internet功能，但以应用层协议实现（在网络边缘处理复杂性）
• DNS主要目的
  实现主机名-IP地址的转换（name/IP translate）
  其他目的：
  主机别名到规范名字的转换：Host aliasing
  邮件服务器别名到邮件服务器的正规名字的转换：Mail server aliasing
  负载均衡：Load Distribution
  

1 DNS概述

1.1 定义

DNS（Domain Name System，域名系统）是一种用于将域名转换为与之关联的IP地址的协议。它是互联网中的基础设施，负责将易于记忆的域名转换为计算机可以理解的IP地址，以便进行网络通信。

1.2 DNS域名结构

• 一个层面命名设备会有很多重名
• DNS采用层次树状结构的命名方法
• Internet根被划分为几百个顶级域（top lever domains）
  • 通用的（generic）：.com; .edu; .gov; .int; .mil; .net; .org; .firm; .hsop; .web; .arts; .rec;
  • 国家的（countries）：.cn; .us; .nl; .jp
• 每个子域下面可划分为若干子域（subdomains）
• 树叶是主机
  

DNS有13个根名字服务器

域名的管理

• 一个域管理其下的子域
  • .jp 被划分为 ac.jp co.jp
  • .cn 被划分为 edu.cn com.cn
• 创建一个新的域，必须征得它所属的同意

域与物理网络无关

• 域遵从组织界限，而不是物理网络
  • 一个域的主机可以不在一个网络
  • 一个网络的主机不一定在一个域
• 域的划分是逻辑的，而不是物理的

1.2 域名解析步骤

DNS协议的主要功能是将域名映射到IP地址，并解析域名以获取所需的目标网站或服务。以下是DNS协议的一般步骤：

1. 查询（Query）：当用户在浏览器中输入一个域名时，操作系统的DNS客户端会发送一个DNS查询请求到本地网络中的默认DNS服务器。
2. 递归查询（Recursive Query）：如果本地DNS服务器不知道域名与IP地址的映射关系，它将向根域名服务器发送递归查询请求。（拓展：另一种方法，迭代查询）
3. 根域名服务器（Root Name Server）：根域名服务器是DNS层次结构的最高级别，它保存着全球顶级域名（如.com、.org、.net等）的信息。根域名服务器将指导本地DNS服务器到适当的顶级域名服务器。
4. 顶级域名服务器（Top-level Domain Server）：顶级域名服务器保存了特定顶级域名下的次级域名服务器信息。它将向本地DNS服务器提供次级域名服务器的IP地址。
5. 权威域名服务器（Authoritative Name Server）：次级域名服务器是负责特定域名的IP地址的服务器，它存储了与域名相关的所有记录，包括IP地址等信息。一旦本地DNS服务器获得权威域名服务器的IP地址，它将发送查询请求。
6. DNS解析（DNS Resolution）：本地DNS服务器接收到响应后，将解析的结果发送回DNS客户端。DNS客户端接收到IP地址后，将使用它来建立网络连接。
   

• 需要注意的是，DNS协议还支持缓存机制，以减少DNS查询的次数和网络流量。一旦DNS查询结果被缓存起来，在一段时间内重复查询相同的域名时，将直接从缓存中提取结果，而无需再次进行完整的DNS查询流程。
• 总结起来，DNS协议是一种将域名转换为IP地址的协议，它通过多级服务器的协作实现域名解析和IP地址查找。通过DNS协议，用户可以使用易于记忆的域名进行互联网通信，而不需要记住复杂的IP地址。