DNS工作方式

作者: tom__zhu | 来源:发表于2022-05-24 23:05 被阅读0次

本文疯狂雷同于此文章什么是 DNS？ | DNS 的工作方式
最近在总结域名解析的流程，越发觉得对DNS的完整流程欠缺成体系的概念，这篇文章让笔者从理论层面得到提升。

什么是DNS

域名系统 (DNS) 是互联网的电话簿。人们通过例如 nytimes.com 或 espn.com 等域名在线访问信息。Web 浏览器通过互联网协议（IP）地址进行交互。DNS 将域名转换为 IP 地址，以便浏览器能够加载互联网资源。

连接到 Internet 的每个设备都有一个唯一 IP 地址，其他计算机可使用该 IP 地址查找此设备。DNS 服务器使人们无需存储例如 192.168.1.1（IPv4 中）等 IP 地址或更复杂的较新字母数字 IP 地址，例如 2400:cb00:2048:1::c629:d7a2（IPv6 中）。

DNS解析过程

DNS 解析过程涉及将主机名（例如 www.example.com）转换为计算机友好的 IP 地址（例如 192.168.1.1）。Internet 上的每个设备都被分配了一个 IP 地址，必须有该地址才能找到相应的 Internet 设备 - 就像使用街道地址来查找特定住所一样。当用户想要加载网页时，用户在 Web 浏览器中键入的内容（example.com）与查找 example.com 网页所需的机器友好地址之间必须进行转换。

为理解 DNS 解析过程，务必了解 DNS 查询必须通过的各种硬件设备。对于 Web 浏览器而言，DNS 查询是“在幕后”发生的，除了初始请求外，不需要从用户的计算机进行任何交互。

DNS解析有可能并不会走DNS解析服务，是因为在电脑或是程序中存在的DNS结果缓存。例如Mac /etc/hosts文件里就可能会被添加一些常用到的域名解析结果。当然这并不是万能的，就好比不能在手机里记录世界上所有人的手机号一样。如果请求的域名超出了本地缓存范围，就需要DNS服务器来帮忙。

加载网页涉及 4 个 DNS 服务器：

DNS 解析器 - 该解析器可被视为被要求去图书馆的某个地方查找特定图书的图书馆员。DNS 解析器是一种服务器，旨在通过 Web 浏览器等应用程序接收客户端计算机的查询。然后，解析器一般负责发出其他请求，以便满足客户端的 DNS 查询。
根域名服务器 - 根域名服务器是将人类可读的主机名转换（解析）为 IP 地址的第一步。可将其视为指向不同书架的图书馆中的索引 - 一般其作为对其他更具体位置的引用。
TLD 名称服务器 —— 顶级域名服务器（TLD）可看做是图书馆中一个特殊的书架。这个域名服务器是搜索特定 IP 地址的下一步，其上托管了主机名的最后一部分（例如，在 example.com 中，TLD 服务器为 “com”）。
权威性域名服务器 - 可将这个最终域名服务器视为书架上的字典，其中特定名称可被转换成其定义。权威性域名服务器是域名服务器查询中的最后一站。如果权威性域名服务器能够访问请求的记录，则其会将已请求主机名的 IP 地址返回到发出初始请求的 DNS 解析器（图书管理员）。

DNS 查找有哪些步骤？

大多数情况下，DNS 与正被转换为相应 IP 地址的域名有关。要了解此过程的工作方式，在 DNS 查找从 Web 浏览器经过 DNS 查找过程然后再返回时，跟踪 DNS 查找的路径会有所帮助。我们来看一下这些步骤。

注意：通常，DNS 查找信息将本地缓存在查询计算机内，或者远程缓存在 DNS 基础设施内。DNS 查找通常有 8 个步骤。缓存 DNS 信息时，将从 DNS 查找过程中跳过一些步骤，从而使该过程更快。以下示例概述了不缓存任何内容时的所有 8 个步骤。

DNS 查找的 8 个步骤：

用户在 Web 浏览器中键入 “example.com”，查询传输到 Internet 中，并被 DNS 递归解析器接收。
接着，解析器查询 DNS 根域名服务器（.）。
然后，根服务器使用存储其域信息的顶级域（TLD）DNS 服务器（例如 .com 或 .net）的地址响应该解析器。在搜索 example.com 时，我们的请求指向 .com TLD。
然后，解析器向 .com TLD 发出请求。
TLD 服务器随后使用该域的域名服务器 example.com 的 IP 地址进行响应。
最后，递归解析器将查询发送到域的域名服务器（Lastly, the recursive resolver sends a query to the domain’s nameserver）。
example.com 的 IP 地址而后从域名服务器返回解析器。
然后 DNS 解析器使用最初请求的域的 IP 地址响应 Web 浏览器。

DNS 查找的这 8 个步骤返回 example.com 的 IP 地址后，浏览器便能发出对该网页的请求：

浏览器向该 IP 地址发出 HTTP 请求。
位于该 IP 的服务器返回将在浏览器中呈现的网页（第 10 步）。

这张图可以看出DNS查询分两种类型，首先是与DNS解析器建立递归查询，接下来DNS解析器与根域名服务器、TLD服务器、权威服务器间进行迭代查询。

DNS 查询有哪些类型？

典型 DNS 查找中会出现三种类型的查询。通过组合使用这些查询，优化的 DNS 解析过程可缩短传输距离。在理想情况下，可以使用缓存的记录数据，从而使 DNS 域名服务器能够返回非递归查询。

3 种 DNS 查询类型：

递归查询

在递归查询中，DNS 客户端要求 DNS 服务器（一般为 DNS 递归解析器）将使用所请求的资源记录响应客户端，或者如果解析器无法找到该记录，则返回错误消息。
举个例子，一个A学生遇到难题去请教B同学，B同学也不会就去请教老师，老师把答案告诉B，B再告诉A，这个过程就是递归查询。

迭代查询

在这种情况下，DNS 客户端将允许 DNS 服务器返回其能够给出的最佳应答。如果所查询的 DNS 服务器与查询名称不匹配，则其将返回对较低级别域名空间具有权威性的 DNS 服务器的引用。然后，DNS 客户端将对引用地址进行查询。此过程继续使用查询链中的其他 DNS 服务器，直至发生错误或超时为止。

非递归查询

当 DNS 解析器客户端查询 DNS 服务器以获取其有权访问的记录时通常会进行此查询，因为其对该记录具有权威性，或者该记录存在于其缓存内。DNS 服务器通常会缓存 DNS 记录，以防止更多带宽消耗和上游服务器上的负载。

什么是 DNS 高速缓存？DNS 高速缓存发生在哪里？

缓存的目的是将数据临时存储在某个位置，从而提高数据请求的性能和可靠性。DNS 高速缓存涉及将数据存储在更靠近请求客户端的位置，以便能够更早地解析 DNS 查询，并且能够避免在 DNS 查找链中进一步向下的额外查询，从而缩短加载时间并减少带宽/CPU 消耗。DNS 数据可缓存到各种不同的位置上，每个位置均将存储 DNS 记录并保存由生存时间（TTL）决定的一段时间。

浏览器 DNS 缓存

现代 Web 浏览器设计为默认将 DNS 记录缓存一段时间。目的很明显；越靠近 Web 浏览器进行 DNS 缓存，为检查缓存并向 IP 地址发出正确请求而必须采取的处理步骤就越少。发出对 DNS 记录的请求时，浏览器缓存是针对所请求的记录而检查的第一个位置。

在 Chrome 浏览器中，您可以转到 chrome://net-internals/#dns 查看 DNS 缓存的状态。

操作系统（OS）级 DNS 缓存

操作系统级 DNS 解析器是 DNS 查询离开您计算机前的第二站，也是本地最后一站。操作系统内旨在处理此查询的过程通常称为“存根解析器”或 DNS 客户端。当存根解析器获取来自某个应用程序的请求时，其首先检查自己的缓存，以便查看是否有此记录。如果没有，则将本地网络外部的 DNS 查询（设置了递归标记）发送到 Internet 服务提供商（ISP）内部的 DNS 递归解析器。

与先前所有步骤一样，当 ISP 内的递归解析器收到 DNS 查询时，其还将查看所请求的主机到 IP 地址转换是否已经存储在其本地持久性层中。

根据其缓存中具有的记录类型，递归解析器还具有其他功能：

如果解析器没有 A 记录，但确实有针对权威性域名服务器的 NS 记录，则其将直接查询这些域名服务器，从而绕过 DNS 查询中的几个步骤。此快捷方式可防止从根和 .com 域名服务器（在我们对 example.com 的搜索中）进行查找，并且有助于更快地解析 DNS 查询。
如果解析器没有 NS 记录，它会向 TLD 服务器（本例中为 .com）发送查询，从而跳过根服务器。
万一解析器没有指向 TLD 服务器的记录，其将查询根服务器。这种情况通常在清除了 DNS 高速缓存后发生。

DNS劫持和污染

不知道你有没有类似的经历，就是爱奇艺可以看视频，但却不能打开网页。那是因为爱奇艺在程序内部使用了自己的DoH域名解析服务并作了缓存，可以不使用LocalDNS服务。为了方便说明白问题可以简单理解为爱奇艺内部已经将域名对应的IP放在程序里了。所以电脑访问的DNS服务被劫持或是被污染，不会影响爱奇艺的域名的IP获取。
理解了DNS解析过程，那么无法拿到正确的IP后果就能明白了。DNS劫持和污染的危害可轻可重，前者可能仅仅在目标网页中嵌入广告影响感官，后者可能会将账号密码窃取危害实际利益。

防止污染方式

域名劫持或是污染对互联网使用体验影响很大，所以如何防止也是需要关注的。对于企业级可以使用建立自己的域名解析服务，对于私人用户可以切换使用三方DNS解析服务，例如114DNS、百度DNS、阿里DNS、腾讯、openDNS、FreeDNS。这些DNS服务器没有绝对的好与坏，因为所处地区、ISP、设备不一样，域名解析速度都是有差异的。