什么是DNS及其DNS层次结构？

DNS（域名系统）是一个层次化和分散的命名系统，用于连接到互联网或私有网络的计算机、服务或其他资源。它将人类可读的域名（如 www.example.com）转换为计算机用于在网络上相互识别的 IP 地址（如 192.0.2.1）。DNS 充当互联网的电话簿，帮助用户使用 域名 访问网站和服务，而不是记住数字 IP 地址。

DNS 的关键功能

• 名称解析：将域名转换为 IP 地址，以便网页浏览器可以加载互联网资源。
• 电子邮件路由：使用 MX（邮件交换）记录等 DNS 记录将电子邮件路由到正确的邮件服务器。
• 负载分配：使用 CNAME 和 SRV 记录进行负载均衡并将流量分配到不同的服务器。
• 服务发现：帮助应用程序根据 DNS 条目查找服务，如 Web 服务器和邮件服务器。

DNS 的工作原理

当您在网页浏览器中输入 URL 时，DNS 系统会经过几个步骤将域名解析为 IP 地址：

1. 查询启动：用户在网页浏览器中输入域名（例如 www.example.com）。
2. 递归查询：查询被发送到递归 DNS 解析器，通常由您的 ISP 提供或手动设置（例如，Google 公共 DNS）。
3. DNS 层次结构：递归解析器查询 DNS 层次结构，从根服务器开始，然后是 TLD（顶级域）服务器，最后是权威名称服务器，直到找到请求域的 IP 地址。
4. 缓存：解析的 IP 地址被解析器和用户的浏览器缓存，以加快未来的请求。

DNS 层次结构：结构和组件

DNS 以层次化树形结构组织，具有不同的层次，每个层次在将域名转换为 IP 地址时发挥特定作用。以下是 DNS 层次结构的细分：

1. 根级别（根 DNS 服务器）

• 描述：根级别是 DNS 层次结构的顶部。它表示为一个点（.），并持有有关顶级域（TLD）的信息。
• 根 DNS 服务器：有 13 组根服务器，由字母（例如 A-root、B-root、C-root）标识，由全球不同组织管理。这些服务器不包含网站的 IP 地址，而是将查询指向相关的 TLD 服务器。
• 功能：当 DNS 解析器无法在其缓存中找到 IP 地址时，它会查询根 DNS 服务器。根服务器会响应请求，提供该域的适当 TLD 服务器的地址（例如 .com、.org）。

2. 顶级域（TLD）级别

• 描述：TLD 是 DNS 层次结构的第二级，它根据后缀（例如 .com、.net、.org、.uk、.de）对域进行分类。TLD 服务器持有其特定 TLD 下的域的信息。
• TLD 的类型：
  • gTLD（通用顶级域）：包括 .com、.org、.net、.edu，以及较新的 TLD，如 .app 或 .tech。
  • ccTLD（国家代码顶级域）：表示国家或地区，例如 .uk（英国）、.us（美国）或 .jp（日本）。
• 功能：TLD 服务器将 DNS 解析器指向负责该域名的权威名称服务器（例如 example.com）。

3. 二级域（SLD）和子域

• 描述：二级域（SLD）是域名中直接位于 TLD 左侧的部分（例如 example.com 中的 example）。SLD 通常由注册它们的组织或个人管理。
• 子域：子域是添加到二级域的前缀（例如 www.example.com 中的 www 或 blog.example.com）。子域允许组织网站或服务的不同部分。
• 功能：二级域及其子域指向持有特定 IP 地址或其他 DNS 记录的权威名称服务器。

4. 权威 DNS 服务器

• 描述：权威 DNS 服务器是 DNS 查询过程中的最后一站。它们通过存储域的 DNS 记录来提供有关域名查询的确切答案。
• 记录类型：
  • A 记录：将域名映射到 IPv4 地址。
  • AAAA 记录：将域名映射到 IPv6 地址。
  • CNAME 记录：将域名或子域指向另一个域。
  • MX 记录：指定用于电子邮件路由的邮件服务器。
  • TXT 记录：保存用于验证和安全的文本信息（例如，SPF、DKIM）。
• 功能：当递归 DNS 解析器查询权威 DNS 服务器时，它返回请求域的相应 IP 地址或其他 DNS 记录。

5. 递归 DNS 解析器（不属于层次结构但至关重要）

• 描述：递归解析器负责代表客户端查询整个 DNS 层次结构。它们通常由 ISP 提供，或可以设置为第三方 DNS 提供商，如 Google DNS（8.8.8.8）或 Cloudflare DNS（1.1.1.1）。
• 功能：递归解析器缓存响应以加快未来的请求。如果某个域的 IP 地址被缓存，解析器可以在不再次查询 DNS 层次结构的情况下返回结果。

示例：DNS 查询的工作原理

假设用户在浏览器中输入 www.example.com：

1. 递归 DNS 解析器检查 www.example.com 是否在其缓存中。
2. 如果未缓存，它会查询其中一个根 DNS 服务器。
3. 根服务器响应 .com TLD 服务器的地址。
4. 解析器查询 .com TLD 服务器，该服务器响应 example.com 的权威名称服务器的地址。
5. 解析器查询权威名称服务器，该服务器提供 www.example.com 的 A 记录（IP 地址）。
6. 解析器将 IP 地址返回给浏览器，浏览器随后连接到该 IP 地址的 Web 服务器。

结论

DNS 是互联网的一个基本部分，允许用户使用人类可读的域名访问资源。了解 DNS 层次结构——从根服务器到权威 DNS 服务器——有助于我们理解网络流量是如何被引导的，以及负载均衡和故障转移等服务是如何工作的。它还帮助我们排除域名解析失败或 DNS 配置错误等问题。