前端网络基础-应用层DNS协议

偏执的太偏执、 2023-10-01 10:32 45阅读 0赞

**目录**

初识域名

正向解析和反向解析

DNS解析

主机本地hosts文件实现DNS解析

浏览器缓存实现DNS解析

本地DNS服务器实现DNS解析

域名的组成

DNS迭代解析

DNS递归解析

DNS协议

浏览器地址栏输出一个网址后的DNS解析流程

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### 初识域名 ###

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一个网址组成如上图所示

其中服务器地址部分，既支持IP地址，也支持域名。如上图的服务器地址就是域名。

但是我们无法直接通过域名找到服务器，而是需要将域名解析为IP地址后，通过IP地址在网络中找到服务器。

因为网络分层模型设计中，网络层寻址工作只能依赖于IP地址。

有了IP地址为什么还要域名？直接使用IP地址访问服务器不好吗？

好是好，但是IP地址是一串数字，数字本身没有实际意义，无法关联记忆。

这个问题，还可以解释为 有了手机号码，为啥还要备注手机号主人的名字。

为什么网络通信中使用IP地址来表示网络设备位置，而不使用域名？

二者虽然都可以生成一个唯一标识，但是IP地址可以占用更少的内存，更加规范的格式。

比如IP地址只需要 32位二进制，就可以产生 255 \* 255 \* 255 \* 255 = 4228250625 个网络地址，而域名本身组成可以是数字字母下划线，或者中文字符，而一个字符至少需要占用1个字节，也就是8位二进制，所以域名想要产生4228250625个网络地址，需要占用的内存太大。

另外 IP地址格式固定，使用十进制表示就是 0.0.0.0 到 255.255.255.255 之间，这种固定的，简单的格式，有利于网络传输数据包的设计，因为在网络层，需要将源目IP地址都封装进IP头部中，随着数据包一起传输过去。

但是使用域名的话，由于其格式多样，内存占用不固定，所以不利于网络传输数据包的设计。

### 正向解析和反向解析 ###

域名的产生只是为了更加方便使用者记忆。而在底层网络传输前，域名必须要先解析为IP地址。此时解析称为正向解析。

而对应的反向解析就是指 通过IP地址获取域名。

反向解析的应用主要是 识别垃圾邮件。通过查询垃圾邮件的IP地址对应的域名，来判断对方是否为垃圾邮件。

### DNS解析 ###

DNS（Domain name system），即域名系统，作用是将域名解析为IP地址。

### 主机本地hosts文件实现DNS解析 ###

一般网络主机中都存在一个hosts文件，该文件中会配置好域名和IP的映射关系，然后当主机访问某域名时，就会优先去hosts文件中根据域名查找IP地址。

比如windows电脑中，C:\\Windows\\System32\\drivers\\etc\\hosts

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### 浏览器缓存实现DNS解析 ###

浏览器经常需要通过域名访问远程服务器，但是底层每次都需要将域名解析为IP地址后，才能发起真正的HTTP请求。

所以域名解析的速度直接影响了浏览器请求资源的速度，进而影响了网页的加载速度。

所以为了不被重复的域名解析工作耽误，浏览器会缓存每次解析到的IP和对应的域名到本地，这样下次请求相同域名时，就可以直接从浏览器缓存中获取域名对应的IP地址了。

### 本地DNS服务器实现DNS解析 ###

网络主机一般都需要配置一个默认的本地DNS服务器，方便网络主机单靠自身找到域名对应的IP地址时，可以寻求本地DNS服务器的帮助。

比如windows电脑就需要配置本地DNS服务器

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而我们家用的路由器一般都内置了一个DNS服务器，这里的192.168.1.1其实就是默认网关：路由器的地址。

DNS服务器的作用也是将域名解析为IP地址。

而当本地DNS服务器也无法找到域名对应的IP地址时，就会请求根域名服务器查找域名对应的IP地址。当找到之后就会将域名和IP地址缓存在本地，这样下次遇到相同的域名，就可以在本地DNS服务器完成解析了。

### 域名的组成 ###

每个域名其实都有一个根域名，根域名是一个点号，它默认是可以省略的。

即 www.baidu.com 其实完整写法是 www.baidu.com.

当本地域名服务器找不到域名对应的IP地址时，就会去根域名服务器去查找。

即域名地址最后一个 点号 代表的是根域名服务器地址

而其他的点，分别从右往左按照顺序，代表了顶级域名服务器地址，二级域名服务器地址，三级域名服务器地址，.....

而实际上，域名服务器之间有从属关系，即层级关系，根域名服务器下面有多个顶级域名服务器，一个顶级域名服务器下又有多个二级域名服务器，.......

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根域名服务器：最高层次的域名服务器，本地DNS服务器解析不了域名时，就会去找根域名服务器。全球一个13台根域名服务器。

顶级域名服务器：通常表示某个国家，地区，组织，公司，学校等，比如 cn 表示中国， jp表示日本，us表示美国，hk表示香港地区，com表示公司，org表示组织，edu表示学校

二级域名服务器：具体公司或组织的名字，如baidu，bilibili，huawei

三级域名服务器：通过表示某公司或组织的某个具体产品或业务项，比如 www 通常表示主页，image表示图片业务

### DNS迭代解析 ###

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迭代解析过程：

比如查找www.baidu.com

1、本地DNS服务器，首先去根域名服务器获取域名对应的IP地址，但是根域名服务器也找不到，所以根域名服务器就将顶级域名服务器的地址（com）返回，让本地DNS服务器去顶级域名服务器查找。

2、本地DNS服务器，再去顶级域名服务器(com)获取域名对应的IP地址，但是顶级域名服务器也找不到，所以顶级域名服务器就将二级域名服务器的地址(baidu)返回，让本地DNS服务器去二级域名服务器查找。

3、本地DNS服务器，再再去请求二级域名服务器(baidu)查找，发现二级也找不到，于是就返回三级域名服务器地址(www),.........

4、本地DNS服务器，再去三级域名服务器查找，最终找到了对应的IP地址

### DNS递归解析 ###

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DNS递归解析，其实相对于DNS迭代解析的区别就是

本地DNS服务器只需要发送一次请求，就可以得到最终结果IP地址。类似于递归函数。

通常情况下，本地DNS服务器 向根域名服务器查询，采用迭代方式。

因为根域名服务器需要服务很多很多DNS服务器，所以不能让根域名服务器承担所有压力，需要将压力转移到每个DNS服务器身上。

而 主机 向 本地DNS服务器查询时，一般采用递归。

因为如果本地有多台DNS服务器，由于这多台DNS服务器，服务的对象是可数的，少量的，所以本地DNS服务器可以承担更多的任务，而主机服务器需要更多的资源去处理面向用户的任务。

### DNS协议 ###

前面说了DNS的迭代和递归解析，那么DNS请求是如何发送出去的呢？它的请求是否需要符合一种格式？在传输层，DNS请求又是基于什么协议发送出去的呢？

DNS请求是发生在应用层的，而应用层有一种协议：DNS协议，来规范了DNS请求报文格式。

而DNS请求在运输层，既可以使用TCP协议，也可以使用UDP协议，但是默认使用UDP协议。

因为我们期望DNS请求可以快速得到解析结果，而不是数据完整性。

我们可以通过抓包来查看DNS请求过程

访问某个域名，必然触发域名解析

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抓包结果

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DNS请求

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8][]

DNS响应

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另外可以发现，无论是请求还是响应抓包结果中，传输层都是使用的UDP协议

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### 浏览器地址栏输出一个网址后的DNS解析流程 ###

这里面涉及到一个DNS解析优先级的问题。

在浏览器输入一个域名网址后，肯定是优先在浏览器缓存中找到域名，如果找到则直接取出IP地址返回，如果没有，则继续后续流程

之后在主机的hosts文件上查找，如果找到则直接取出IP地址返回，如果没有，则继续后续流程，

之后在本地DNS服务器上查找，如果找到则直接取出IP地址返回，如果没有，则继续后续流程，

之后在根域名服务器上查找，如果找到则直接取出IP地址返回，如果没有，则继续迭代查找。

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