又到了招聘季了，前兩天遇到一個面試的小伙伴，他說面試官和他聊得很投機，無意中談到了DNS請求的過程。他一時語塞隨便應(yīng)付了兩句，雖然對方?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來標識一臺服務(wù)器的。IP地址雖然能夠代表一臺設(shè)備，但是由于記憶起來比較困難，所以將其替換成一個能夠理解和識別的名字，這個名字我們稱作為域名。例如：www.51cto.com 就是一個域名，在域名后面會定義一個IP地址用來指向網(wǎng)站服務(wù)器。那么問題來了，誰來做這個從域名到IP地址的對應(yīng)呢？答案是通過DNS來實現(xiàn)。

DNS 是域名系統(tǒng)（Domain Name System，縮寫：DNS）是互聯(lián)網(wǎng)的一項服務(wù)。它將域名和IP地址相互映射的一個分布式數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中保存域名與IP的對照關(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260個頂級域名服務(wù)器的IP地址。對于Ipv4來說全球有13個根域名服務(wù)器，它儲存了每個域（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)器就是存放頂級域名服務(wù)器地址的。

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

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

• gTLD：國際頂級域名（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：新頂級域名（New gTLD），例如：.xyz/.top/.red/.help等新頂級域名。
  頂級域名服務(wù)器就是根據(jù)上面三類保存域名IP對應(yīng)數(shù)據(jù)的。

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

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

圖1 DNS 分層結(jié)構(gòu)

DNS解析原理

說完DNS的結(jié)構(gòu)，再來談?wù)勂溥\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映射的整個過程。其中過程比較復(fù)雜，會存在信息的來回傳遞。畫圖的過程中我們會簡化信息來回傳遞的線段，重點放在信息傳遞的路徑，通過9步來詮釋DNS解析過程。

圖2 用戶請求以及DNS解析的全過程

1. 用戶請求通過瀏覽器輸入要訪問網(wǎng)站的地址，例如：www.51cto.com。瀏覽器會在自己的緩存中查找URL對應(yīng)IP地址。如果之前訪問過，保存了這個URL對應(yīng)IP地址的緩存，那么就直接訪問IP地址。如果沒有緩存，進入到第2步。

2. 通過計算機本地的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，進入第3步。

3. 請求Local DNS Server，通過本地運營商獲取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)器是運營商提供的。總之這個服務(wù)器在物理位置上離發(fā)起請求的計算機比較近。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，它通常會在很短的時間內(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，進入第4步

4. 通過Root DNS Server進行解析，ROOT DNS Server會根據(jù)請求的URL 返回給Local DNS Server頂級域名服務(wù)器的地址。例如：查詢的是”.com”的域名，就查詢 gTL對應(yīng)的域名服務(wù)器的地址。

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

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

• A (Address) 記錄是用來指定主機名（或域名）對應(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。同時也可以設(shè)置您域名的二級域名。

• CNAME：別名記錄。這種記錄允許您將多個名字映射到另外一個域名。通常用于同時提供WWW和MAIL服務(wù)的計算機。例如，有一臺計算機名為“host.mydomain.com”（A記錄）。它同時提供WWW和MAIL服務(wù)，為了便于用戶訪問服務(wù)。服務(wù)商從方便維護的角度，一般也建議用戶使用CNAME記錄綁定域名的。如果主機使用了雙線IP，顯然使用CNAME也要方便一些。

• TTL（Time To Live）：也就是設(shè)置這個DNS解析在Local DNS Server上面的過期時間。超過了這個過期時間，URL和IP的映射就會被刪除，需要獲取還要請求Name 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，實現(xiàn)實時故障切換及全球負載均衡，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的負載均衡機制，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)站會做CDN緩存，此時就更需要使用GTM幫你找到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中適合你的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。但是一些動態(tài)資源，例如商品信息，訂單信息，需要通過第9步。

9. 對于沒有緩存的動態(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)之間通常有一層負載均衡器負責(zé)反向代理。有它路由到應(yīng)用服務(wù)器上。

總結(jié)

NS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，頂級域名服務(wù)器，本地域名服務(wù)器。

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