DNS服务简介

一、 DNS是什么？

人类更倾向于记忆字符串类型的数据，比如域名“www.baidu.com”，而在访问互联网设备中，计算机网络直接提供的都是由数字构成的IP地址，比如“192.168.45.123”。在用户使用时，让人类记住这样一串数字显然困难，因此，DNS服务出现了，旨在构建IP地址与域名之间的翻译。

DNS（Domain Name System，域名系统）是一种应用于因特网中的域名与IP地址相互映射的分布式数据库服务器。可以帮助用户方便地通过域名得到响应IP地址，进而访问该IP地址的网络设备。
通过主机名（域名）得到其对应IP地址的过程称为域名解析。

二、DNS工作原理

协议栈情况：

DNS依托应用层协议——DNS协议实现。DNS协议运行在UDP协议之上。
全球分布式DNS管理：

DNS的数据是按层级分布式存储的，这样做的好处显而易见：增加了整个系统的鲁棒性和通信容量。

图1 DNS服务器的层级举例

从上至下，DNS服务器可分为：根节点服务器、顶级域服务器、权威域服务器和本地DNS服务器。
1. 根节点服务器：全球共有400多个根节点服务器，交由13个机构管理，根节点服务器存储着顶级域服务器的域名和IP地址。
2. 顶级域服务器：顶级域服务器分为各领域域名服务器，比如“org，edu，com，net。。。”和国家域名服务器。各顶级域服务器中存储着其所属的权威域服务器的域名和IP地址。
3. 权威域服务器：这一层面就是具体各公司的域名了，比如“baidu，neu。。。”。权威域服务器隶属于某个顶级域服务器，通过顶级域服务器的查找从而获得权威域名。
4. 本地DNS服务器：这个服务器是一种查询代理服务器，当用户发起DNS请求时，请求会先到达用户附近的本地DNS服务器，由此再向其他DNS服务器查找域名。
DNS的递归查找过程：

由于采用了分布式的数据存储架构，域名的查询是递归式的。按照：本地->根节点->顶级域->权威域 的层次进行递归。

图2 DNS的递归查找示意

熟悉各种高级语言的函数递归写法的同学会发现，上图实际上就是一种典型的递归逻辑。依次在递归链路上向深层递归(bfs)，然后再按“原路返回”，完成了某域名查询。
DNS的缓存机制：

上面的递归过程很好的完成了分布式查找，可是在性能方面明显有优化的空间。没错，就是利用计算机中的“万能优化策略”：缓存技术。

按照上图的递归，每次查找都要在网络中发送多次UDP数据包，而且还要原路返回，这明显会耗费一定时间、占用带宽资源。

如果我们在各级服务器内部（比如内存中）都设置了一张缓存表，把最近收到请求的“域名-IP地址”键值对存入其中，下次访问时遇到相同的域名则直接提供IP地址给对方，这就可以有效地减少了递归深度。

当然，缓存的代价是占用了硬件空间资源，不可能无限制的缓存。通常来说，各级DNS服务器设置一条缓存记录的最长存活时间为2天。