DNS 原理入门

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文章一:DNS 原理入门

作者: 阮一峰

日期: 2016年6月16日

DNS 是互联网核心协议之一。不管是上网浏览,还是编程开发,都需要了解一点它的知识。

本文详细介绍DNS的原理,以及如何运用工具软件观察它的运作。我的目标是,读完此文后,你就能完全理解DNS。

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一、DNS 是什么?

DNS (Domain Name System 的缩写)的作用非常简单,就是根据域名查出IP地址。你可以把它想象成一本巨大的电话本。

举例来说,如果你要访问域名math.stackexchange.com,首先要通过DNS查出它的IP地址是151.101.129.69

如果你不清楚为什么一定要查出IP地址,才能进行网络通信,建议先阅读我写的《互联网协议入门》

二、查询过程

虽然只需要返回一个IP地址,但是DNS的查询过程非常复杂,分成多个步骤。

工具软件dig可以显示整个查询过程。

$ dig math.stackexchange.com

上面的命令会输出六段信息。

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第一段是查询参数和统计。

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第二段是查询内容。

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上面结果表示,查询域名math.stackexchange.comA记录,A是address的缩写。

第三段是DNS服务器的答复。

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上面结果显示,math.stackexchange.com有四个A记录,即四个IP地址。600是TTL值(Time to live 的缩写),表示缓存时间,即600秒之内不用重新查询。

第四段显示stackexchange.com的NS记录(Name Server的缩写),即哪些服务器负责管理stackexchange.com的DNS记录。

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上面结果显示stackexchange.com共有四条NS记录,即四个域名服务器,向其中任一台查询就能知道math.stackexchange.com的IP地址是什么。

第五段是上面四个域名服务器的IP地址,这是随着前一段一起返回的。

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第六段是DNS服务器的一些传输信息。

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上面结果显示,本机的DNS服务器是192.168.1.253,查询端口是53(DNS服务器的默认端口),以及回应长度是305字节。

如果不想看到这么多内容,可以使用+short参数。

$ dig +short math.stackexchange.com

151.101.129.69
151.101.65.69
151.101.193.69
151.101.1.69

上面命令只返回math.stackexchange.com对应的4个IP地址(即A记录)。

三、DNS服务器

下面我们根据前面这个例子,一步步还原,本机到底怎么得到域名math.stackexchange.com的IP地址。

首先,本机一定要知道DNS服务器的IP地址,否则上不了网。通过DNS服务器,才能知道某个域名的IP地址到底是什么。

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DNS服务器的IP地址,有可能是动态的,每次上网时由网关分配,这叫做DHCP机制;也有可能是事先指定的固定地址。Linux系统里面,DNS服务器的IP地址保存在/etc/resolv.conf文件。

上例的DNS服务器是192.168.1.253,这是一个内网地址。有一些公网的DNS服务器,也可以使用,其中最有名的就是Google的8.8.8.8和Level 3的4.2.2.2

本机只向自己的DNS服务器查询,dig命令有一个@参数,显示向其他DNS服务器查询的结果。

$ dig @4.2.2.2 math.stackexchange.com

上面命令指定向DNS服务器4.2.2.2查询。

四、域名的层级

DNS服务器怎么会知道每个域名的IP地址呢?答案是分级查询。

请仔细看前面的例子,每个域名的尾部都多了一个点。

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比如,域名math.stackexchange.com显示为math.stackexchange.com.。这不是疏忽,而是所有域名的尾部,实际上都有一个根域名。

举例来说,www.example.com真正的域名是www.example.com.root,简写为www.example.com.。因为,根域名.root对于所有域名都是一样的,所以平时是省略的。

根域名的下一级,叫做"顶级域名"(top-level domain,缩写为TLD),比如.com.net;再下一级叫做"次级域名"(second-level domain,缩写为SLD),比如www.example.com里面的.example,这一级域名是用户可以注册的;再下一级是主机名(host),比如www.example.com里面的www,又称为"三级域名",这是用户在自己的域里面为服务器分配的名称,是用户可以任意分配的。

总结一下,域名的层级结构如下。

主机名.次级域名.顶级域名.根域名

# 即

host.sld.tld.root

五、根域名服务器

DNS服务器根据域名的层级,进行分级查询。

需要明确的是,每一级域名都有自己的NS记录,NS记录指向该级域名的域名服务器。这些服务器知道下一级域名的各种记录。

所谓"分级查询",就是从根域名开始,依次查询每一级域名的NS记录,直到查到最终的IP地址,过程大致如下。

  1. 从"根域名服务器"查到"顶级域名服务器"的NS记录和A记录(IP地址)
  2. 从"顶级域名服务器"查到"次级域名服务器"的NS记录和A记录(IP地址)
  3. 从"次级域名服务器"查出"主机名"的IP地址

仔细看上面的过程,你可能发现了,没有提到DNS服务器怎么知道"根域名服务器"的IP地址。回答是"根域名服务器"的NS记录和IP地址一般是不会变化的,所以内置在DNS服务器里面。

下面是内置的根域名服务器IP地址的一个例子

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上面列表中,列出了根域名(.root)的三条NS记录A.ROOT-SERVERS.NETB.ROOT-SERVERS.NETC.ROOT-SERVERS.NET,以及它们的IP地址(即A记录)198.41.0.4192.228.79.201192.33.4.12

另外,可以看到所有记录的TTL值是3600000秒,相当于1000小时。也就是说,每1000小时才查询一次根域名服务器的列表。

目前,世界上一共有十三组根域名服务器,从A.ROOT-SERVERS.NET一直到M.ROOT-SERVERS.NET

六、分级查询的实例

dig命令的+trace参数可以显示DNS的整个分级查询过程。

$ dig +trace math.stackexchange.com

上面命令的第一段列出根域名.的所有NS记录,即所有根域名服务器。

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根据内置的根域名服务器IP地址,DNS服务器向所有这些IP地址发出查询请求,询问math.stackexchange.com的顶级域名服务器com.的NS记录。最先回复的根域名服务器将被缓存,以后只向这台服务器发请求。

接着是第二段。

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上面结果显示.com域名的13条NS记录,同时返回的还有每一条记录对应的IP地址。

然后,DNS服务器向这些顶级域名服务器发出查询请求,询问math.stackexchange.com的次级域名stackexchange.com的NS记录。

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上面结果显示stackexchange.com有四条NS记录,同时返回的还有每一条NS记录对应的IP地址。

然后,DNS服务器向上面这四台NS服务器查询math.stackexchange.com的主机名。

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上面结果显示,math.stackexchange.com有4条A记录,即这四个IP地址都可以访问到网站。并且还显示,最先返回结果的NS服务器是ns-463.awsdns-57.com,IP地址为205.251.193.207

七、NS 记录的查询

dig命令可以单独查看每一级域名的NS记录。

$ dig ns com
$ dig ns stackexchange.com

+short参数可以显示简化的结果。

$ dig +short ns com
$ dig +short ns stackexchange.com

八、DNS的记录类型

域名与IP之间的对应关系,称为"记录"(record)。根据使用场景,"记录"可以分成不同的类型(type),前面已经看到了有A记录和NS记录。

常见的DNS记录类型如下。

(1) A:地址记录(Address),返回域名指向的IP地址。

(2) NS:域名服务器记录(Name Server),返回保存下一级域名信息的服务器地址。该记录只能设置为域名,不能设置为IP地址。

(3)MX:邮件记录(Mail eXchange),返回接收电子邮件的服务器地址。

(4)CNAME:规范名称记录(Canonical Name),返回另一个域名,即当前查询的域名是另一个域名的跳转,详见下文。

(5)PTR:逆向查询记录(Pointer Record),只用于从IP地址查询域名,详见下文。

一般来说,为了服务的安全可靠,至少应该有两条NS记录,而A记录和MX记录也可以有多条,这样就提供了服务的冗余性,防止出现单点失败。

CNAME记录主要用于域名的内部跳转,为服务器配置提供灵活性,用户感知不到。举例来说,facebook.github.io这个域名就是一个CNAME记录。

$ dig facebook.github.io

...

;; ANSWER SECTION:
facebook.github.io. 3370    IN  CNAME   github.map.fastly.net.
github.map.fastly.net.  600 IN  A   103.245.222.133

上面结果显示,facebook.github.io的CNAME记录指向github.map.fastly.net。也就是说,用户查询facebook.github.io的时候,实际上返回的是github.map.fastly.net的IP地址。这样的好处是,变更服务器IP地址的时候,只要修改github.map.fastly.net这个域名就可以了,用户的facebook.github.io域名不用修改。

由于CNAME记录就是一个替换,所以域名一旦设置CNAME记录以后,就不能再设置其他记录了(比如A记录和MX记录),这是为了防止产生冲突。举例来说,foo.com指向bar.com,而两个域名各有自己的MX记录,如果两者不一致,就会产生问题。由于顶级域名通常要设置MX记录,所以一般不允许用户对顶级域名设置CNAME记录。

PTR记录用于从IP地址反查域名。dig命令的-x参数用于查询PTR记录。

$ dig -x 192.30.252.153

...

;; ANSWER SECTION:
153.252.30.192.in-addr.arpa. 3600 IN    PTR pages.github.com.

上面结果显示,192.30.252.153这台服务器的域名是pages.github.com

逆向查询的一个应用,是可以防止垃圾邮件,即验证发送邮件的IP地址,是否真的有它所声称的域名。

dig命令可以查看指定的记录类型。

$ dig a github.com
$ dig ns github.com
$ dig mx github.com

九、其他DNS工具

除了dig,还有一些其他小工具也可以使用。

(1)host 命令

host命令可以看作dig命令的简化版本,返回当前请求域名的各种记录。

$ host github.com

github.com has address 192.30.252.121
github.com mail is handled by 5 ALT2.ASPMX.L.GOOGLE.COM.
github.com mail is handled by 10 ALT4.ASPMX.L.GOOGLE.COM.
github.com mail is handled by 10 ALT3.ASPMX.L.GOOGLE.COM.
github.com mail is handled by 5 ALT1.ASPMX.L.GOOGLE.COM.
github.com mail is handled by 1 ASPMX.L.GOOGLE.COM.

$ host facebook.github.com

facebook.github.com is an alias for github.map.fastly.net.
github.map.fastly.net has address 103.245.222.133

host命令也可以用于逆向查询,即从IP地址查询域名,等同于dig -x

$ host 192.30.252.153

153.252.30.192.in-addr.arpa domain name pointer pages.github.com.

(2)nslookup 命令

nslookup命令用于互动式地查询域名记录。

$ nslookup

> facebook.github.io
Server:     192.168.1.253
Address:    192.168.1.253#53

Non-authoritative answer:
facebook.github.io  canonical name = github.map.fastly.net.
Name:   github.map.fastly.net
Address: 103.245.222.133

> 

(3)whois 命令

whois命令用来查看域名的注册情况。

$ whois github.com

十、参考链接

(完)

文章二:Web service是什么?

作者: 阮一峰

日期: 2009年8月26日

我认为,下一代互联网软件将建立在Web service(也就是"云")的基础上。

我把学习笔记和学习心得,放到网志上,欢迎指正。

今天先写一个最基本的问题,Web service到底是什么?

一、Web service的概念

想要理解Web service,必须先理解什么是Service(服务)。

传统上,我们把计算机后台程序(Daemon)提供的功能,称为"服务"(service)。比如,让一个杀毒软件在后台运行,它会自动监控系统,那么这种自动监控就是一个"服务"。通俗地说,"服务"就是计算机可以提供的某一种功能。

根据来源的不同,"服务"又可以分成两种:一种是"本地服务"(使用同一台机器提供的服务,不需要网络),另一种是"网络服务"(使用另一台计算机提供的服务,必须通过网络才能完成)。

举例来说,我现在有一批图片,需要把它们的大小缩小一半。那么,我们可以把"缩放图片"看成是一种服务。你可以使用"本地服务",在自己计算机上用软件缩小图片,也可以使用"网络服务",将图片上传到某个网站,让服务器替你缩小图片,完成后再通过网络送回给你。这就好比,一件事你可以自己做,也可以交给另一个人去做。肚子饿了,你可以自己做饭,也可以打电话去订一份比萨,让店家替你做好送上门。

"网络服务"(Web Service)的本质,就是通过网络调用其他网站的资源。

举例来说,去年我写过一个"四川大地震图片墙",它能动态显示关于四川地震的最新图片。但是,所有的图片都不是储存在我的服务器上,而是来自flickr.com。我只是发出一个动态请求,要求flickr.com向我提供图片。这种情况下,flickr.com提供的就是一种Web service。如果我把图片都存放在本地服务器,不调用flickr.com,那么我就是在使用"本地服务"。

所以,Web service让你的网站可以使用其他网站的资源,比如在网页上显示天气、地图、twitter上的最新动态等等。

二、Web Service架构和云

如果一个软件的主要部分采用了"网络服务",即它把存储或计算环节"外包"给其他网站了,那么我们就说这个软件属于Web Service架构。

Web Service架构的基本思想,就是尽量把非核心功能交给其他人去做,自己全力开发核心功能。比如,如果你要开发一个相册软件,完全可以使用Flickr的网络服务,把相片都储存到它上面,你只要全力做好相册本身就可以了。总体上看,凡是不属于你核心竞争力的功能,都应该把它"外包"出去。

最近很红的"云计算"(cloud computing)或者"云服务"(cloud services),实际上就是Web Service的同义词,不过更形象一些罢了。它们不说你把事情交给其他计算机去做,而说你把事情交给"云"去做。

三、本地服务的缺陷

"网络服务"是未来软件开发和使用的趋势,本地服务将用得越来越少,主要因为以下三个原因:

* 本地资源不足。很多数据和资料,本地得不到,只有向其他网站要。

* 成本因素。本地提供服务,往往是不经济的,使用专业网站的服务更便宜。这里面涉及硬件和人员两部分,即使你买得起硬件,专门找一个人管理系统,也是很麻烦的事。

* 可移植性差。如果你想把本机的服务,移植到其他机器上,往往很困难,尤其是在跨平台的情况下。

四、Web Service的优势

除了本地服务的缺点以外,Web Service还有以下的优越性:

* 平台无关。不管你使用什么平台,都可以使用Web service。

* 编程语言无关。只要遵守相关协议,就可以使用任意编程语言,向其他网站要求Web service。这大大增加了web service的适用性,降低了对程序员的要求。

* 对于Web service提供者来说,部署、升级和维护Web service都非常单纯,不需要考虑客户端兼容问题,而且一次性就能完成。

* 对于Web service使用者来说,可以轻易实现多种数据、多种服务的聚合(mashup),因此能够做出一些以前根本无法想像的事情。

五、Web service的发展趋势

根据我的观察,目前Web service有这样几种发展趋势。

* 在使用方式上,RPC和soap的使用在减少,Restful架构占到了主导地位。

* 在数据格式上,XML格式的使用在减少,json等轻量级格式的使用在增多。

* 在设计架构上,越来越多的第三方软件让用户在客户端(即浏览器),直接与云端对话,不再使用第三方的服务器进行中转或处理数据。

(完)

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kerbal

这个人很懒,什么都没留下

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