一、引言
关于DNS(Domain Name System)应该都不陌生,大多人说出来就是将一个网站的域名转化成IP.能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的 IP 数串。
- 使用域名代表IP地址,相对于数字更好记方便用户访问
- 服务器IP地址可能经常改动、使用域名映射IP、可对外提供一个稳定的服务地址
稍微画了个DNS原理图:
网络简易拓扑图一-DNS原理.png
DNS是一个分布式数据库系统。当我们需要访问一个域名（其实就是前面说的计算机的名字）时，应用程序会向DNS服务器发起一个DNS请求，DNS服务器返回该域名对应的IP地址.
它需要去管理一个超大型并且不断变化的域名到IP的映射集合、并且还要去应付成千上万的DNS查询请求. DNS协议是如何规划来处理这些问题的呢?我们需要看下了解下DNS的域名系统结构.
二、DNS域名系统结构
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1）Root 域名：DNS 域名使用时，规定由尾部句号来指定名称位于根或更高级别的域层次结构；
2）Top Level 顶级域名：用来指示某个国家、地区或组织使用的名称的类型名称。如 .com；
3）Second Level 域名：个人或组织在 Internet 上使用的注册名称。如 baidu.com；
4）Third Level 域名：已注册的二级域名派生的域名。如 tieba.baidu.com
通过这样的域名结构划分、就合理地将所有的域名资源记录存储到不同的域名服务器上。
这样我们建立了一个域名服务器集群,并合理地保存了域名空间和域名资源记录的对应关系。现在我们要做的就是发送一个DNS请求给域名服务器，然后坐等它返回正确的域名资源记录，这个过程叫作域名解析。
画了张图描述下DNS解析过程:
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如上图所示，这是一个典型的域名解析过程：
- 1）浏览器中输入 www.baidu.com，发出解析请求；
- 2）本机的域名解析器 resolver 程序查询本地缓存和 host 文件中是否为域名的映射关系，如果有则调用这个 IP 地址映射，完成解析；
- 3）如果 hosts 与本地解析器缓存都没有相应的网址映射关系，则本地解析器会向 TCP/IP 参数中设置的首选 DNS 服务器（我们叫它 Local DNS 服务器）发起一个递归的查询请求；
- 4）服务器收到查询时，如果要查询的域名由本机负责解析，则返回解析结果给客户机，完成域名解析，此解析具有权威性。如果要查询的域名，不由 Local DNS 服务器解析，但该服务器已缓存了此网址映射关系，则调用这个 IP 地址映射，完成域名解析，此解析不具有权威性；
- 5）如果 Local DNS 服务器本地区域文件与缓存解析都失效，则根据 Local DNS 服务器的设置（是否递归）进行查询，如果未用开启模式，Local DNS 就把请求发至13台 Root DNS。如果用的是递归模式，此 DNS 服务器就会把请求转发至上一级 DNS 服务器，由上一级服务器进行解析，上一级服务器如果不能解析，或找根 DNS 或把转请求转至上上级，以此循环；
- 6）Root DNS 服务器收到请求后会判断这个域名是谁来授权管理，并会返回一个负责该顶级域名服务器的一个 IP；
- 7）Local DNS 服务器收到 IP 信息后，将会联系负责 .net 域的这台服务器；
- 8）负责 .com 域的服务器收到请求后，如果自己无法解析，它就会找一个管理 .net 域的下一级 DNS 服务器地址给本地 DNS 服务器；
- 9）当 Local DNS 服务器收到这个地址后，就会找 52im.net 域服务器，10、11重复上面的动作，进行查询；
- 10）最后 www.baidu.com 返回需要解析的域名的 IP 地址给 Local DNS 服务器；
- 11）Local DNS 服务器缓存这个解析结果（同时也会缓存，6、8、10返回的结果）；
- 12）Local DNS 服务器同时将结果返回给本机域名解析器；
- 13）本机缓存解析结果；
- 14）本机解析器将结果返回给浏览器；
- 15）浏览器通过返回的 IP 地址发起请求。
递归查询：如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址，那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份，向其他根域名服务器继续发出查询请求报文，而不是让该主机自己进行下一步的查询。
迭代查询：当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的 IP 地址，要么告诉本地域名服务器：你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询。然后让本地域名服务器进行后续的查询，而不是替本地域名服务器进行后续的查询。
由此可见，客户端到 Local DNS 服务器，Local DNS 与上级 DNS 服务器之间属于递归查询；DNS 服务器与根 DNS 服务器之前属于迭代查询。
#######三、DNS报文格式
首先我打算通过WireShark抓包来看一眼DNS数据包
3.1 抓包前准备
查询手头电脑的DNS配置
cat /etc/resolv.conf
nameserver 10.0.62.15
ifconfig
10.0.51.182
我这边查询的配置是 10.0.62.15
3.2开始抓包分析DNS报文格式
ping bilibili.com
WireShark抓包如下:
image.png
DNS定义了一个用于查询和响应的报文格式
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这个报文由12字节长的首部和4个长度可变的字段组成
标识字段由客户程序设置并由服务器返回结果。客户程序通过它来确定响应与查询是否匹配。
16 bit的标志字段被划分为若干子字段,我们通过抓包工具看.
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- QR是1bit字段：0表示查询报文，1表示响应报文。
- opcode是一个4bit字段：通常值为0（标准查询），其他值为1（反向查询）和2（服务器状态请求）。
- AA是1bit标志，表示“授权回答(authoritative answer)”。该名字服务器是授权于该域的。
- TC是1bit字段，表示“可截断的(truncated)”。使用UDP时，它表示当应答的总长度超过512字节时，只返回前512个字节。
- RD是1bit字段表示“期望递归（recursion desired）”。该比特能在一个查询中设置，并在响应中返回。这个标志告诉名字服务器必须处理这个查询，也称为一个递归查询。如果该位为0，且被请求的名字服务器没有一个授权回答，它就返回一个能解答该查询的其他名字服务器列表，这称为迭代查询。在后面的例子中，我们将看到这两种类型查询的例子。
- RA是1bit字段，表示“可用递归”。如果名字服务器支持递归查询，则在响应中将该比特设置为1。在后面的例子中可看到大多数名字服务器都提供递归查询，除了某些根服务器。
- 随后的3bit字段必须为0。
- rcode是一个4bit的返回码字段。通常的值为0（没有差错）和3（名字差错）。名字差错只有从一个授权名字服务器上返回，它表示在查询中制定的域名不存在。
随后的4个16 bit字段说明最后4个变长字段中包含的条目数。对于查询报文，问题(question)数通常是1，而其他3项则均为0。类似地，对于应答报文，回答数至少是1，剩下的两项可以是0或非0。
下面这个是响应报文
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我们通过dig命令来查看bilibili.com是如何被解析出来的,首先会向预置的 13 组根域名服务器发出请求获取顶级域名的地址：
dig -t A bilibili.com +trace
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根域名服务器是 DNS 中最高级别的域名服务器，这些服务器负责返回顶级域的权威域名服务器地址，这些域名服务器的数量总共有 13 组，域名的格式从上面返回的结果可以看到是 .root-servers.net，每个根域名服务器中只存储了顶级域服务器的 IP 地址
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