DNS服务器之理论基础

一、什么是DNS

    DNS全称为Domain Name System，即域名系统，其作用就是将我们经常使用的“网址”解析为IP地址。

    在互联网上通信需要借助于IP地址，但人类对于数字的记忆能力远不如文字，那么将IP地址转换成容易记忆的文字是个好办法，可是计算机只能识别0、1代码，这时就需要一种机制来解决IP地址与主机名的转换问题。

    早期由于网络上的主机数量有限，主机名和IP的解析借助于hosts文件即可完成，Linux中此文件一般存放路径为/etc/hosts，在此文件中手动记录每个主机名与其IP的对应关系；但hosts文件的内容不能自动更新，一旦主机名或IP地址发生变化，需要手动对每一台主机进行更新。

    随着互联网的发展，网络上可供人们访问的网站越来越多，hosts文件已经不能满足需求；为了解决此问题，伯克利大学研究出了一套系统，被称为BIND(Berkeley Internet Name Domain),也就是现在流行的DNS。

    DNS利用树形目录结构，将主机名的管理分配给不同的层级，这样可以实现更加快速的完成主机名的查找，修改主机名解析时也更加方便。

二、相关概念

    1、域

        TLD：Top Level Domain （顶级域名）

            组织域：.com, .org, .net, .edu,.gov,.mil,.cc,…

            国家域：.cn, .us, .tw, .iq，…

            反向域： .in-addr-arpa

        上面提到过，DNS采用分级的授权管理机制，其结构如下所示：

        根域与一级域由IANA直接管理。

    2、FQDN

        FQDN全称为Fully Qualified Domain Name，即完全合格域名。

        FQDN由两个部分组成：主机名和域名。因为DNS是逐级管理的，所以在不同的层级中主机名与域名也是不同的；以www.google.com为例，在第二层中，.com就是域名，google就是主机名，而到了第三层中，.google.com就成了域名，www就成了主机名。

        注意：主机名与域名并不是依据"."来划分的，主机名中也可以包含"."号的，主要还是要根据域名的注册情况来划分。

    3、正向解析

        从FQDN转换为IP地址称为正向解析。

    4、反向解析 

        从IP地址转换为FQDN称为反向解析。   

    5、区域

        正向解析或反向解析中，每个域的记录就是一个区域。

三、DNS的解析库

    DNS的主要作用是进行主机名的解析。

    解析：根据用户提供一种名称，去查询解析库，以得到另一种名称。       

    正向解析与反向解析使用不同的解析库。

    正向解析库：

         资源记录：rr(resource record)

                   有类型的概念；用于此记录解析的属性。

         SOA：Start of Authority，起始授权记录，一个区域文件只能有一个。

         NS：Name Server，可以有多个。

         MX：Mail eXchange，邮件交换器。标明域内的邮件服务器，MX记录有优先级属性（0-99）；数字越小，优先级越高。

         A：FQDNàIP，专用于正向解析库。

         PTR：IPàFQDN，专用于反向解析库。

         AAAA：FQDNàIPv6，专用于正向解析库。

         CNAME：Canonical Name，正式名称。

    解析库文件同步的过程：区域传送（单方向传送）

            完全区域传送：axfr

                将整个区域传送到各服务器。

            增量区域传送：ixfr

                只将区域有改动的记录传送到各服务器。

四、DNS的查询过程

    DNS采用两种查询机制：递归和迭代。

    客户端向DNS服务器发起查询请求，DNS服务器搜索本地解析库没有结果，于是向根域发起查询请求，根域告诉DNS服务器.com服务器上有它需要的资源，DNS服务器又向.com服务器发起查询请求，结果被告知.google.com服务器上有它想要的结果，最后终于在.google.com服务器上找到了解析记录，并返回给了客户端。

    在上面的查询过程中，客户端只发起了一次请求，并得到了最后的结果，这种查询方式被称为递归。

    而DNS服务器在查询过程中不停的发起请求，直到找到想要的结果，这种查询方式被称为迭代。

    这就好比你想知道某日本微电影女星的健康状况，你去问了小A，虽然小A也不知道，但他好面子想表现，于是他向小B咨询，小B让他问问小C，小C让他利用翻墙软件去日本的网站上去看看，最后终于知道了答案并将告诉了你，在这个求知过程中你向小A发起的询问就是递归的，对于你来说是最省心，而对于小A来说是比较悲催的；小A的发起查询就是迭代的，对于小A来说是比较辛苦的，但对于小B、小C来说是基本上没什么工作量的。

    注意：根不会为任何请求递归。

    DNS服务器并不需要在客户端每次发起请求时都执行迭代查询，DNS服务器会将之前的查询结果在本地存储一份，如果客户端再次请求此资源，可以马上做出响应，这个存储空间称为本地DNS缓存。

    另外我们可能还经常会听到两个概念权威DNS服务器和非权威应答。

    权威DNS服务器说的容易理解一点，就是如果本地DNS的配置文件中写明了FQDN与IP的对应关系的，并授权管理这个域时，那么就称这台DNS服务器是该域的权威DNS服务器。

    客户端得到的DNS查询结果是从本地DNS缓存中获得的，那么称这个解析结果为非权威应答；非权威应答的结果不一定是正确的，有可能权威DNS服务器上记录已修改，而缓存中还是未更新的记录。

五、DNS的查询顺序

    1、本地hosts文件

    2、本地DNS缓存

    3、本地DNS服务器

    4、发起迭代查询

六、DNS使用的端口号

    DNS协议使用udp/tcp的53端口提供服务，客户端向DNS服务发起请求时，使用udp的53端口；DNS服务器间进行区域传送的时候使用TCP的53端口。

七、DNS服务器类型

    1、主DNS服务器

        为客户端提供域名解析的主要区域，主DNS服务器宕机，会启用从DNS服务器提供服务。

    2、从DNS服务器

        主服务器DNS长期无应答，从服务器也会停止提供服务。

        主从区域之间的同步采用周期性检查+通知的机制，从服务器周期性的检查主服务器上的记录情况，一旦发现修改就会同步，另外主服务器上如果有数据被修改了，会立即通知从服务器更新记录。

    3、缓存服务器

        服务器本身不提供解析区域，只提供非权威应答。

    4、转发服务器

        当DNS服务器的解析区域（包括缓存）中无法为当前的请求提供权威应答时，将请求转发至其它的DNS服务器，此时本地DNS服务器就是转发服务器。