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  • DNS(域名解析协议)详解

    万次阅读 多人点赞 2018-05-29 19:24:35
    如果说ARP协议是用来将IP地址转换为MAC地址,那么DNS协议则是用来将域名转换为IP地址(也可以将IP地址转换为相应的域名地址)。 我们都知道,TCP/IP中使用的是IP地址和端口号来确定网络上某一台主机上的某一个程序...

    DNS协议

    我们之前已经了解过ARP协议。
    如果说ARP协议是用来将IP地址转换为MAC地址,那么DNS协议则是用来将域名转换为IP地址(也可以将IP地址转换为相应的域名地址)。
    我们都知道,TCP/IP中使用的是IP地址和端口号来确定网络上某一台主机上的某一个程序,不免有人有疑问,为什么不用域名来直接进行通信呢?
    1. 因为IP地址是固定长度的,IPv4是32位,IPv6是128位,而域名是变长的,不便于计算机处理。
    2. IP地址对于用户来说不方便记忆,但域名便于用户使用,例如www.baidu.com这是百度的域名。
    总结一点就是IP地址是面向主机的,而域名则是面向用户的。
    hosts文件
    域名和IP的对应关系保存在一个叫hosts文件中。
    最初,通过互联网信息中心来管理这个文件,如果有一个新的计算机想接入网络,或者某个计算IP变更都需要到信息中心申请变更hosts文件。其他计算机也需要定期更新,才能上网。
    但是这样太麻烦了,就出现了DNS系统。

    DNS系统

    1. 一个组织的系统管理机构, 维护系统内的每个主机的IP和主机名的对应关系
    2. 如果新计算机接入网络,将这个信息注册到数据库中
    3. 用户输入域名的时候,会自动查询DNS服务器,由DNS服务器检索数据库,得到对应的IP地址
      我们可以通过命令查看自己的hosts文件:
      这里写图片描述
      在域名解析的过程中仍然会优先查找hosts文件的内容。

    DNS理论知识

    一、DNS域名结构

    1、域名的层次结构

    域名系统必须要保持唯一性。
    为了达到唯一性的目的,因特网在命名的时候采用了层次结构的命名方法:
    1. 每一个域名(本文只讨论英文域名)都是一个标号序列(labels),用字母(A-Z,a-z,大小写等价)、数字(0-9)和连接符(-)组成
    2. 标号序列总长度不能超过255个字符,它由点号分割成一个个的标号(label)
    3. 每个标号应该在63个字符之内,每个标号都可以看成一个层次的域名。
    4. 级别最低的域名写在左边,级别最高的域名写在右边。
    域名服务主要是基于UDP实现的,服务器的端口号为53。
    关于域名的层次结构,如下图所示:
    这里写图片描述
    eg :我们熟悉的,www.baidu.com
    1. com: 一级域名. 表示这是一个企业域名。同级的还有 “net”(网络提供商), “org”(⾮非盈利组织) 等。
    2. baidu: 二级域名,指公司名。
    3. www: 只是一种习惯用法。

    2、域名的分级

    域名可以划分为各个子域,子域还可以继续划分为子域的子域,这样就形成了顶级域、二级域、三级域等。
    如下图所示:
    这里写图片描述
    其中顶级域名分为:国家顶级域名、通用顶级域名、反向域名。

    国家顶级域名 中国:cn, 美国:us,英国uk…
    通用顶级域名 com公司企业,edu教育机构,gov政府部门,int国际组织,mil军事部门 ,net网络,org非盈利组织…
    反向域名 arpa,用于PTR查询(IP地址转换为域名)

    二、域名服务器

    域名是分层结构,域名服务器也是对应的层级结构。
    有了域名结构,还需要有一个东西去解析域名,域名需要由遍及全世界的域名服务器去解析,域名服务器实际上就是装有域名系统的主机。

    由高向低进行层次划分,可分为以下几大类:

    分类 作用
    根域名服务器 最高层次的域名服务器,本地域名服务器解析不了的域名就会向其求助
    顶级域名服务器 负责管理在该顶级域名服务器下注册的二级域名
    权限域名服务器 负责一个区的域名解析工作
    本地域名服务器 当一个主机发出DNS查询请求时,这个查询请求首先发给本地域名服务器

    注:一个域名服务器所负责的范围,或者说有管理权限的范围,就称为区
    我们需要注意的是:
    1. 每个层的域名上都有自己的域名服务器,最顶层的是根域名服务器
    2. 每一级域名服务器都知道下级域名服务器的IP地址
    3. 为了容灾, 每一级至少设置两个或以上的域名服务器

    三、域名解析过程

    域名解析总体可分为一下过程:
    (1) 输入域名后, 先查找自己主机对应的域名服务器,域名服务器先查找自己的数据库中的数据.
    (2) 如果没有, 就向上级域名服务器进行查找, 依次类推
    (3) 最多回溯到根域名服务器, 肯定能找到这个域名的IP地址
    (4) 域名服务器自身也会进行一些缓存, 把曾经访问过的域名和对应的IP地址缓存起来, 可以加速查找过程
    具体可描述如下:
    1. 主机先向本地域名服务器进行递归查询
    2. 本地域名服务器采用迭代查询,向一个根域名服务器进行查询
    3. 根域名服务器告诉本地域名服务器,下一次应该查询的顶级域名服务器的IP地址
    4. 本地域名服务器向顶级域名服务器进行查询
    5. 顶级域名服务器告诉本地域名服务器,下一步查询权限服务器的IP地址
    6. 本地域名服务器向权限服务器进行查询
    7. 权限服务器告诉本地域名服务器所查询的主机的IP地址
    8. 本地域名服务器最后把查询结果告诉主机
    如图所示:
    这里写图片描述
    上文我们提出了两个概念:递归查询和迭代查询
    (1)递归查询:本机向本地域名服务器发出一次查询请求,就静待最终的结果。如果本地域名服务器无法解析,自己会以DNS客户机的身份向其它域名服务器查询,直到得到最终的IP地址告诉本机
    (2)迭代查询:本地域名服务器向根域名服务器查询,根域名服务器告诉它下一步到哪里去查询,然后它再去查,每次它都是以客户机的身份去各个服务器查询。

    通俗地说,递归就是把一件事情交给别人,如果事情没有办完,哪怕已经办了很多,都不要把结果告诉我,我要的是你的最终结果,而不是中间结果;如果你没办完,请你找别人办完。
    迭代则是我交给你一件事,你能办多少就告诉我你办了多少,然后剩下的事情就由我来办。

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  • DNS域名解析

    2018-10-11 17:06:34
    DNS(Domain Name System)它位于 TCP / IP 协议族的应用层,是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统,它所提供的服务是用来将主机名和域名转换为IP地址的工作。 那为什么QQ不需要DNS进行域名解析呢?在...

    DNS域名解析

    DNS(Domain Name System)它位于 TCP / IP 协议族的应用层,是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统,它所提供的服务是用来将主机名和域名转换为IP地址的工作。

    那为什么QQ不需要DNS进行域名解析呢?
    在日常生活中我们有时候会遇到这个情况,比如可以使用QQ正常上网,但是浏览网页却怎么也打不开了?这是什么情况呢?

    在正常情况下,浏览网页不使用WWW方式,直接访问该网站的IP地址也是通过,用网址访问的方式则是先到域名服务找到该网址对应的服务器的IP地址,再用IP访问的,如果DNSC出现故障的话,它就不知道该去哪里,qq消息是直接通过IP利用传输层的UDP协议进行传输,不需要惊醒域名解析,所以DNS即使故障了也不影响正常消息的发送和接收。

    转载于:https://blog.51cto.com/14014312/2298848

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  • DNS是进行域名和与之相对应的IP地址转换的服务器、DNS中保存了一张域名和和与之相对应的IP地址的表,以解析消息的域名。  既然它是用来进行域名和IP之间转换的,那我们接下来讲一讲什么是域名,什么是IP地址,这...

    DNS(Domain Name Server,域名服务器)

        今天下午计算机网络实验考试,结果考到DNS,发现自己什么都不懂,特此到这里来补一补。

    DNS服务

    DNS是进行域名和与之相对应的IP地址转换的服务器、DNS中保存了一张域名和和与之相对应的IP地址的表,以解析消息的域名。

         既然它是用来进行域名和IP之间转换的,那我们接下来讲一讲什么是域名,什么是IP地址,这两个东西其实我们每天都在使用,但是我们几乎没有深入的去理解过这些概念。

        域名:域名是互联网基础架构的关键部分,它是由一串用点分隔的名字组成的Internet上某一台计算机的名称,用于在数据传输时标识计算机的电子方位,比如www.baidu.com就是一个就是一个域名。

        IP:它的英语名称是Internet Protocol Address 又译为网际协议地址,时分配给用户上网使用网际协议的设备的数字标签,常见的IP分为IPv4和IPv6两大类。

     

     

       我们先来简述一下DNS的工作过程,来看看它是怎么在主机名(域名)到IP之间进行转换的

        假设运行在我们主机上的某写应用程序(如Web浏览器)需要将主机名转换为IP地址。这些应用程序将调用DNS的客户机端,并指明需要转换的主机名(即在浏览器中输入域名并访问)用户机上的DNS接受到后,向网络中发送一个DNS查询报文,所有的DNS请求和回答报文使用UDP数据报经端口53进行发送,经过若干毫秒到若干秒的时延后,用户主机上的DNS接收到一个提供所希望映射的DNS回答报文。这个查询结果则被传递到调用DNS的应用程序。因此,从用户主机上调用应用程序的角度看,DNS是一个提供简单、直接的转换服务的黑盒子。但实际上,实现这个服务的黑盒子非常复杂,它由分布于全球的大量DNS服务器以及定义了DNS服务器与查询主机通信方式的应用层协议组成。

     

     

    如果上面的描写太复杂,那下面我们用一个简单的例子来对DNS服务的过程进行说明

    1. 在你的浏览器地址栏输入spring.io。
    2. 你的浏览器会询问你的计算机是否已经识别词语命所确定的IP地址(使用本地DNS缓存)。如果是的话,这个域名被DNS转化为IP地址,然后浏览器与网络服务器交换内容。结束
    3. 如果你的电脑不止道spring.io域名背后的IP,他会询问一个DNS服务器,这个服务器的工作就是告诉你的电脑注册的域名所匹配的IP。
    4. 现在电脑知道了要请求的IP地址,你的浏览器能够与网络服务器交换内容。

     

     

     

     

     

     

     

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  • DNS解析

    2016-08-25 22:20:14
     域名系统DNS(Domain Name System)因特网使用的命名系统,用来把便于人们使用的机器名字转换成为IP地址。域名系统其实就是名字系统。为什么不叫“名字”而叫“域名”呢?这因为在这种因特网的命名系统中使用了...

    一、域名系统

    1、域名系统概述

            域名系统DNS(Domain Name System)是因特网使用的命名系统,用来把便于人们使用的机器名字转换成为IP地址。域名系统其实就是名字系统。为什么不叫“名字”而叫“域名”呢?这是因为在这种因特网的命名系统中使用了许多的“域(domain)”,因此就出现了“域名”这个名词。“域名系统”明确地指明这种系统是应用在因特网中。

            我们都知道,IP地址是由32位的二进制数字组成的。用户与因特网上某台主机通信时,显然不愿意使用很难记忆的长达32位的二进制主机地址。即使是点分十进制IP地址也并不太容易记忆。相反,大家愿意使用比较容易记忆的主机名字。但是,机器在处理IP数据报时,并不是使用域名而是使用IP地址。这是因为IP地址长度固定,而域名的长度不固定,机器处理起来比较困难。

            因为因特网规模很大,所以整个因特网只使用一个域名服务器是不可行的。因此,早在1983年因特网开始采用层次树状结构的命名方法,并使用分布式的域名系统DNS。并采用客户服务器方式。DNS使大多数名字都在本地解析(resolve),仅有少量解析需要在因特网上通信,因此DNS系统的效率很高。由于DNS是分布式系统,即使单个计算机除了故障,也不会妨碍整个DNS系统的正常运行。

            域名到IP地址的解析是由分布在因特网上的许多域名服务器程序共同完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行,而人们也常把运行域名服务器程序的机器称为域名服务器。

            域名到IP地址的解析过程的要点如下:当某一个应用需要把主机名解析为IP地址时,该应用进程就调用解析程序,并称为DNS的一个客户,把待解析的域名放在DNS请求报文中,以UDP用户数据报方式发给本地域名服务器。本地域名服务器在查找域名后,把对应的IP地址放在回答报文中返回。应用程序获得目的主机的IP地址后即可进行通信。

            若本地域名服务器不能回答该请求,则此域名服务器就暂时称为DNS的另一个客户,并向其他域名服务器发出查询请求。这种过程直至找到能够回答该请求的域名服务器为止。此过程在后面作进一步讨论。


    2、因特网的域名结构

            由于因特网的用户数量较多,所以因特网在命名时采用的是层次树状结构的命名方法。任何一个连接在因特网上的主机或路由器,都有一个唯一的层次结构的名字,即域名(domain name)。这里,“域”(domain)是名字空间中一个可被管理的划分。

            从语法上讲,每一个域名都是有标号(label)序列组成,而各标号之间用点(小数点)隔开。

            如下例子所示:

            

            这是中央电视台用于手法电子邮件的计算机的域名,它由三个标号组成,其中标号com是顶级域名,标号cctv是二级域名,标号mail是三级域名。

            DNS规定,域名中的标号都有英文和数字组成,每一个标号不超过63个字符(为了记忆方便,一般不会超过12个字符),也不区分大小写字母。标号中除连字符(-)外不能使用其他的标点符号。级别最低的域名写在最左边,而级别最高的字符写在最右边。由多个标号组成的完整域名总共不超过255个字符。DNS既不规定一个域名需要包含多少个下级域名,也不规定每一级域名代表什么意思。各级域名由其上一级的域名管理机构管理,而最高的顶级域名则由ICANN进行管理。用这种方法可使每一个域名在整个互联网范围内是唯一的,并且也容易设计出一种查找域名的机制。

            域名只是逻辑概念,并不代表计算机所在的物理地点。据2006年12月统计,现在顶级域名TLD(Top Level Domain)已有265个,分为三大类:

            (1)国家顶级域名nTLD:采用ISO3166的规定。如:cn代表中国,us代表美国,uk代表英国,等等。国家域名又常记为ccTLD(cc表示国家代码contry-code)。

            (2)通用顶级域名gTLD:最常见的通用顶级域名有7个,即:com(公司企业),net(网络服务机构),org(非营利组织),int(国际组织),gov(美国的政府部门),mil(美国的军事部门)。

            (3)基础结构域名(infrastructure domain):这种顶级域名只有一个,即arpa,用于反向域名解析,因此称为反向域名。

                                 


    3、域名服务器

            如果采用上述的树状结构,每一个节点都采用一个域名服务器,这样会使得域名服务器的数量太多,使域名服务器系统的运行效率降低。所以在DNS中,采用划分区的方法来解决。

            一个服务器所负责管辖(或有权限)的范围叫做区(zone)。各单位根据具体情况来划分自己管辖范围的区。但在一个区中的所有节点必须是能够连通的。每一个区设置相应的权限域名服务器,用来保存该区中的所有主机到域名IP地址的映射。总之,DNS服务器的管辖范围不是以“域”为单位,而是以“区”为单位。区是DNS服务器实际管辖的范围。区 <= 域。

            下图是区的不同划分方法的举例。假定abc公司有下属部门x和y,部门x下面有分三个分布们u,v,w,而y下面还有下属部门t。图a表示abc公司只设一个区abc.com。这是,区abc.com和域abc.com指的是同一件事。但图b表示abc公司划分为两个区:abc.com和y.abc.com。这两个区都隶属于域abc.com,都各设置了相应的权限域名服务器。不难看出,区是域的子集。

                               

            下图是以上图b中abc公司划分的两个区为例,给出了DNS域名服务器树状结构图。这种DNS域名服务器树状结构图可以更准确地反映出DNS的分布式结构。图中的每一个域名服务器都能够部分域名到IP地址的解析。当某个DNS服务器不能进行域名到IP地址的转换时,它就会设法找因特网上别的域名服务器进行解析。

            从下图可以看出,因特网上的DNS服务器也是按照层次安排的。每一个域名服务器只对域名体系中的一部分进行管辖。根据域名服务器所起的作用,可以把域名服务器划分为下面四种不同的类型。


    根域名服务器:最高层次的域名服务器,也是最重要的域名服务器。所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和IP地址。不管是哪一个本地域名服务器,若要对因特网上任何一个域名进行解析,只要自己无法解析,就首先求助根域名服务器。所以根域名服务器是最重要的域名服务器。假定所有的根域名服务器都瘫痪了,那么整个DNS系统就无法工作。需要注意的是,在很多情况下,根域名服务器并不直接把待查询的域名直接解析出IP地址,而是告诉本地域名服务器下一步应当找哪一个顶级域名服务器进行查询。


    顶级域名服务器:负责管理在该顶级域名服务器注册的二级域名。


    权限域名服务器:负责一个“区”的域名服务器。


    本地域名服务器:本地服务器不属于下图的域名服务器的层次结构,但是它对域名系统非常重要。当一个主机发出DNS查询请求时,这个查询请求报文就发送给本地域名服务器。

                           

    4、域名的解析过程

    注意:

            一、主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。所谓递归查询就是:如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询的域名的IP地址,那么本地域名服务器就以DNS客户的身份,向其它根域名服务器继续发出查询请求报文(即替主机继续查询),而不是让主机自己进行下一步查询。因此,递归查询返回的查询结果或者是所要查询的IP地址,或者是报错,表示无法查询到所需的IP地址。

           二、本地域名服务器向根域名服务器的查询的迭代查询。迭代查询的特点: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”。然后让本地服务器进行后续的查询。根域名服务器通常是把自己知道的顶级域名服务器的IP地址告诉本地域名服务器,让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询。顶级域名服务器在收到本地域名服务器的查询请求后,要么给出所要查询的IP地址,要么告诉本地服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询。最后,知道了所要解析的IP地址或报错,然后把这个结果返回给发起查询的主机。

            下图给出了这两种查询的差别

                    

            下面举一个例子演示整个查询过程:

            假定域名为m.xyz.com的主机想知道另一个主机y.abc.com的IP地址。例如,主机m.xyz.com打算发送邮件给y.abc.com。这时就必须知道主机y.abc.com的IP地址。下面是上图a的几个查询步骤:

            1、主机m.abc.com先向本地服务器dns.xyz.com进行递归查询。

            2、本地服务器采用迭代查询。它先向一个根域名服务器查询。

            3、根域名服务器告诉本地服务器,下一次应查询的顶级域名服务器dns.com的IP地址。

            4、本地域名服务器向顶级域名服务器dns.com进行查询。

            5、顶级域名服务器dns.com告诉本地域名服务器,下一步应查询的权限服务器dns.abc.com的IP地址。

            6、本地域名服务器向权限域名服务器dns.abc.com进行查询。

            7、权限域名服务器dns.abc.com告诉本地域名服务器,所查询的主机的IP地址。

            8、本地域名服务器最后把查询结果告诉m.xyz.com。

            整个查询过程共用到了8个UDP报文。

            为了提高DNS查询效率,并减轻服务器的负荷和减少因特网上的DNS查询报文数量,在域名服务器中广泛使用了高速缓存,用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录。

            例如,在上面的查询过程中,如果在m.xyz.com的主机上不久前已经有用户查询过y.abc.com的IP地址,那么本地域名服务器就不必向根域名服务器重新查询y.abc.com的IP地址,而是直接把告诉缓存中存放的上次查询结果(即y.abc.com的IP地址)告诉用户。

            由于名字到地址的绑定并不经常改变,为保持告诉缓存中的内容正确,域名服务器应为每项内容设置计时器并处理超过合理时间的项(例如每个项目两天)。当域名服务器已从缓存中删去某项信息后又被请求查询该项信息,就必须重新到授权管理该项的域名服务器绑定信息。当权限服务器回答一个查询请求时,在响应中都指明绑定有效存在的时间值。增加此时间值可减少网络开销,而减少此时间值可提高域名解析的正确性。

            不仅在本地域名服务器中需要高速缓存,在主机中也需要。许多主机在启动时从本地服务器下载名字和地址的全部数据库,维护存放自己最近使用的域名的高速缓存,并且只在从缓存中找不到名字时才使用域名服务器。维护本地域名服务器数据库的主机应当定期地检查域名服务器以获取新的映射信息,而且主机必须从缓存中删除无效的项。由于域名改动并不频繁,大多数网点不需花精力就能维护数据库的一致性。


    参考文献《计算机网络第5版》--谢希仁

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