DNS解析

TCP/IP提供了通过 IP地址 来连接到设备的功能，但对用户来讲，记住某台设备的IP地址是相当困难的，因此专门设计了一种字符串形式的主机命名机制，这些主机名与IP地址相对应。在IP地址与主机名之间需要有一种转换和查询机制，提供这种机制的系统就是域名系统DNS（Domain Name System）。

为什么要有DNS？

互联网中，一台计算机与其他计算机通信时，通过 IP地址 唯一的标志自己。此时的IP地址就类似于我们日常生活中的电话号码。但是，这种纯数字的标识是比较难记忆的，而且数量也比较庞大。例如，每个IPv4地址是一个32位长的二进制数字，或者采用点分十进制展示成192.168.1.1这种格式，有接近43亿个的IPv4地址。DNS的作用就是将人类可读的名称转换为机器识别的IP地址，供计算机相互连接。DNS的工作原理和电话簿相似，都是管理名称和数字之间的映射关系。就像我们日常打电话，一般使用人名查找，很少直接输入电话号码一样。当我们上网打开某个网页、视频时，也很少直接使用IP地址，而是在浏览器里输入的URL地址，例如：https://www.huawei.com，这其实使用的就是计算机的名字，一般称为域名。

域名的构成

最初设备的域名由字符序列组成、所有设备的域名组成一个未分级的域名结构。未分级的域名结构存在命名冲突、管理维护复杂的缺点。因此，TCP/IP把DNS的域名设计成了分级的树状结构。每个申请加入Internet的国家都要向NIC注册一个顶级域名，顶级域采用组织模式和地理模式的划分模式，如cn代表中国、us代表美国等。

常见的顶级域名如下表所示。NIC将顶级域的管理权分派给由其指定的管理机构，由这些管理机构再对被授权管理的域继续进行划分，从而形成了二级域。负责划分二级域的管理机构可以授权其下属的管理结构，由它们继续划分域。由此下去，便形成了层次型的Internet域名体系结构。

从语法上讲，每一个域名都是有标号序列组成，而各标号之间用点（小数点）隔开。以www.huawei.com域名为例，从右到左依次是：

• com：顶级域名。代表商业组织。
• huawei：二级域名，归属于某个公司自己的域名。
• www：三级域名，表明某个公司提供的是什么服务，www代表普通网页。

DNS服务器、DNS客户端和DNS中继

网络中与DNS相关的设备角色包括DNS服务器、DNS客户端和DNS中继。

DNS服务器

DNS服务器是将域名指向对应IP地址的服务器。DNS服务器中保存了一张域名和与之相对应的IP地址的表，以解析消息的域名。

由于互联网连通的是全球资源，单一的域名服务器不足以支撑全部的地址转换操作，因此全球有多套域名服务器相互配合使用。

域名是分层结构，域名DNS服务器也是对应的层级结构。通过根域名服务器，依次请求顶级域名服务器和权威域名服务器，最终获取对应IP地址，并将该结果保存在本地域名服务器，以待下次DNS请求使用。当用户再次对同一域名发起访问时，可以直接从本地域名服务器获得结果，无需再次发起全球递归查询。

表1-2 DNS服务器的分类

DNS客户端

DNS客户端的作用是接收用户程序（User Program）的DNS请求，并对其作出回应。作为DNS客户端的设备上一般具备以下能力：

1. 启动DNS解析 要使用DNS客户端功能，需要在设备上打开DNS解析的开关。
2. 指定服务器的IP地址 要进行DNS域名解析，需要在设备上指定DNS服务器的IP地址。这样才能把查询请求发动到正确的DNS服务器上进行解析。
3. 指定DNS域后缀搜索列表 DNS客户端所访问的一些服务器或主机的域名后缀往往都是相同的。用户可以预先设置一些域名后缀，在域名解析的时候，用户只需要输入域名的部分字段，系统会自动将输入域名加上不同的后缀进行解析。例如，用户想查询域名“huawei.com”，那么可以在后缀列表中配置com，然后输入“huawei”，系统会自动将输入域名与后缀连接成“huawei.com”进行查询。

DNS中继

当DNS服务器的IP地址发生变化时，用户网络中每个DNS客户端上的配置都需要改变，这样工作量极大并且容易出错。此时，可以通过部署DNS中继解决该问题。DNS客户端上配置DNS中继的IP地址，DNS服务器的IP地址在DNS中继上配置。之后，DNS客户端会将DNS请求报文直接发送给DNS中继，由DNS中继将收到的DNS请求报文转发至DNS服务器。由此，当DNS服务器的IP地址发生变化时，仅需改变DNS中继上的配置即可，简化了网络管理。

DNS中继的工作原理

1. DNS客户端将DNS请求报文发送给DNS中继，即请求报文的目的地址为DNS中继的IP地址。
2. DNS中继收到请求报文后，将报文转发给DNS服务器，通过DNS服务器进行域名解析。

DNS域名解析过程

通过域名获取对应IP地址的过程称为域名解析。DNS域名解析分为以下两种方式：

• 静态域名解析 静态域名解析是通过静态域名解析表进行的，即手动建立域名和IP地址之间的对应关系表，该表的作用可以将一些常用的域名放入表中。当DNS客户端需要域名所对应的IP地址时，即到静态域名解析表中去查找指定的域名，从而获得所对应的IP地址，提高域名解析的效率
• 动态域名解析 动态域名解析需要专用的域名解析服务器（DNS服务器）运行域名解析服务器程序，提供从域名到IP地址的映射关系，负责接收客户提出的域名解析请求。

为提高查询速度，在解析域名时，首先采用静态域名解析的方法，如果静态解析不成功，再采用动态域名解析的方法。

DNS的工作过程如下：

1. 用户程序（如ping、telnet等）使用域名访问网络时，首先向DNS客户端的地址解析器发出DNS请求。
2. 地址解析器收到DNS请求后，首先查询本地域名缓存。
   

• 如果本地域名缓存中存在该域名对应的映射表项，地址解析器就直接将域名对应的IP地址返回给用户程序。
• 如果本地域名缓存中不存在所要查找的映射表项，地址解析器就向DNS服务器发送查询请求报文。

3. DNS服务器收到查询报文后，首先判断请求的域名是否处于自己被授权管理的子域里，再根据不同的判断结果，向DNS客户端发送相应的响应报文。
   

• 如果请求的域名在自己被授权管理的子域范围之内，该DNS服务器首先从自己的数据库中查找域名对应的IP地址。
• 如果请求的域名不在自己被授权管理的子域范围之内，该DNS服务器就将请求交给上一级的DNS服务器处理。DNS服务器完成解析后，将解析的结果返回给DNS客户端。

4. DNS客户端的地址解析器接收并解析DNS服务器发回来的响应报文，将解析结果返回给用户程序。

每次动态解析成功的域名与IP地址的映射均存放在动态域名缓存区中，当下一次查询相同域名的时候，就可以直接从缓存区中读取，不用再向域名服务器进行请求。缓存区中的映射在一段时间后会被老化删除，以保证及时从域名服务器得到最新的内容。

DDNS客户端

利用DNS可以将域名解析为IP地址，从而实现使用域名来访问网络中的节点。但是，DNS仅提供了域名和IP地址之间的静态对应关系，当节点的IP地址发生变化时，DNS服务器无法动态地更新域名和IP地址的映射关系。此时，如果仍然使用域名访问该节点，通过域名解析得到的IP地址是错误的，从而导致访问失败。动态域名系统DDNS（Dynamic Domain Name System）用来动态更新DNS服务器上域名和IP地址之间的映射关系，保证通过域名解析到正确的IP地址。

PC需要通过域名访问提供应用层服务的设备DeviceA。DeviceA接入Internet的接口从网络运营商动态获取IP地址，由于每次获取到的IP地址不同，导致域名和IP地址的对应关系会发生变化。而传统的DNS无法动态更新域名和IP地址的对应关系，这就会导致PC访问DeviceA失败。此时，可通过部署DDNS服务器来解决该问题。

1. DeviceA作为DDNS客户端，当IP地址变化时，向DDNS服务器发送更新域名和IP地址映射关系的DDNS更新请求。
2. DDNS服务器接收到DDNS客户端的DDNS更新请求后，负责通知DNS服务器动态更新域名和IP地址之间的映射关系。从而保证即使设备的IP地址改变，Internet用户仍然可以通过同样的域名访问设备。

常见考点

DNS（Domain Name System）解析是前端工程师在网络性能优化、安全、浏览器请求流程等面试方向中不可忽视的知识点。

一、基础概念考察

二、DNS 解析流程（重点）

DNS 解析过程通常包含以下步骤：

1. 浏览器缓存查询
2. 操作系统缓存查询
3. hosts 文件查询
4. 本地 DNS 服务器（ISP 提供）查询
5. 根域名服务器（..）返回顶级域名服务器地址
6. 顶级域名服务器返回权威域名服务器地址
7. 权威域名服务器返回目标域名对应 IP
8. 本地 DNS 服务器将结果缓存并返回

递归查询 与 迭代查询：

• 递归查询：客户端向本地 DNS 请求，期望拿到最终 IP，其他查询步骤由 DNS 服务器完成。
• 迭代查询：DNS 服务器自己一步步查找其他服务器来获取结果。

三、DNS 缓存机制考察

相关字段：

• TTL（Time To Live）：DNS 记录生存时间，影响缓存有效期

四、DNS 查询性能优化（常考）

五、DNS 安全考察

六、DNS 与前端的关联考察点

七、面试常见问题示例