DNS 是计算机域名系统 Domain Name SystemDomain Name Service 的缩写,它由域名解析器和域名服务器组成的。域名服务器是指保存有该网络中所有主机的域名和对应 IP 地址,并具有将域名转换为 IP 地址功能的服务器。域名解析 就是将域名映射为 IP 地址的过程。

那么,为什么需要 DNS 解析呢? 因为目前的大部分网络通信都是基于网络层 IP 协议的,所以要向与远程的机器通信,必须知道其 IP 地址。域名的出现是为了解决 IP 地址难以记忆的问题,而实际使用域名时,还是需要将域名转化为 IP 地址。

DNS 系统采用树状结构进行组织,以 blog.konghy.cn 为例,cn 为顶级域名,konghy 为二级域名,blog 为三级域名。而通常说域名的时候都把名字带上,如说 konghy.cn 是顶级域名,blog.konghy.cn 是二级域名,xxx.blog.konghy.cn 则是三级域名。其实真正的网址在配置中应该是 blog.konghy.cn.(最后有一点),一般在使用时省略了最后的点,而这也已经成为了一种习惯,最后的这个点就是 根域

DNS 服务器

DNS 根据域名的层级,进行分级查询。所谓分级查询,就是从根域名开始依次查询,直到查到最终的IP地址,过程大致为:

  • 从 根域名服务器 查询,若有记录则直接返回,否则返回其管辖范围内 顶级域名(如 .cn)服务器 的 NS 记录和 A 记录(IP地址)
  • 从 顶级域名服务器 查询,若有记录在直接返回,否则返回其管辖范围内 次级域名服务器 的 NS 记录和 A 记录(IP地址)
  • 从 次级域名服务器 查询出主机名的 IP 地址并返回

根域名服务器 是域名解析体系的核心,握有域名的最终解释权,简单来说,如果要查询域名,均需要从根域名服务器开始查询。全球 IPv4 的根域名服务器只有 13 台,因为域名解析查询过程采用 UDP 协议,其受限于 UDP 报文 MTU < 512 的影响,故只能架设 13 台。根域名服务器网站:https://root-servers.org

以上所说的服务器均是 权威 DNS 服务器,其决定着最终的域名解析结果。域名拥有着可以在域名提供商那里配置、变更、删除具体域名的对应解析结果信息,域名提供商会将其同步至权威 DNS 服务器。此外,还有一种 递归 DNS 服务器

递归 DNS 又称为 Local DNS,其没有域名解析结果的决定权,主要是代理用户向权威 DNS 获取域名解析结果。递归 DNS 上可能会有缓存模块,当目标域名存在缓存解析结果并且 TTL 未过期时(每个域名都有 TTL 时间,即有效生存时间,若域名解析结果缓存的时间超过 TTL,需要重新向权威 DNS 服务器获取解析结果),递归 DNS 会返回缓存结果,否则,递归 DNS 会一级一级地查询各个层级域名的权威 DNS 直至获取最终完整域名的解析结果。

公共 DNS 是递归 DNS 的一种特例,它是一种开放的递归 DNS 服务,而传统的递归 DNS 信息一般由运营商分发给用户,或者用户自己搭建。一个比较典型的公共 DNS 即 Google 的 8.8.8.8。可以通过自己搭建递归 DNS 服务器并在操作系统中修改 DNS 服务器配置来优化域名的解析流程。

DNS 解析流程

在此以在浏览器中输入域名访问网站为例,说明 DNS 的解析流程。其域名会经过如下几个查询过程:

  • 浏览器缓存

通过浏览器访问某域名时,浏览器首先会在自己的缓存中查找是否有该域名对应的 IP 地址(若曾经访问过该域名且没有清空缓存便会存在);

  • 系统缓存

当浏览器缓存中无域名对应 IP 则会自动检查用户计算机系统 hosts 文件中是否有该域名对应的 IP;

  • 路由器缓存

当浏览器及系统缓存中均无域名对应 IP 则进入路由器缓存中检查,以上均是用于本地机器的 DNS 缓存;

  • ISP(互联网服务提供商)DNS 缓存

当在本地机器查询不到域名对应 IP 地址时,则将进入 ISP DNS 缓存中进行查询。比如你用的是电信的网络,则会进入电信的 DNS 缓存服务器中进行查找;也可以通过修改本机的 DNS 配置来绕过 ISP 的 DNS 缓存;

  • 根域名服务器

当以上均未完成查询,则进入根服务器进行查询。根域名收到请求后会查看区域文件记录,若无则将其管辖范围内顶级域名(如.com)服务器 IP 告诉 Local DNS 服务器,Local DNS 服务器再向顶级域名服务器其查询;

  • 顶级域名服务器

顶级域名服务器收到请求后查看区域文件记录,若无则将其管辖范围内主域名服务器的 IP 地址告诉 Local DNS 服务器,以继续后续的查询;

  • 主域名服务器

主域名服务器接受到请求后查询自己的缓存,如果没有则进入下一级域名服务器进行查找,并重复该步骤直至找到正确纪录;

  • 保存结果至缓存

本地域名服务器把返回的结果保存到缓存,以备下一次使用,同时将该结果返回,于是并可通过这个 IP 地址与 web 服务器建立通信连接。

域名解析方式

域名解析记录主要分为 A 记录、CNAME 记录、MX 记录、NS 记录和 TXT 记录:

  • A 记录

A 代表 Address,用来指定域名对应的 IP 地址,如将 blog.konghy.cn 指定到 114.192.210.xxx,将 www.baidu.com 指定到 220.181.38.148 等。A 记录可以将多个域名解析到一个 IP 地址,但是不能将一个域名解析到多个 IP 地址。

  • MX 记录

MX 即 Mail Exchange,就是可以将某个域名下的邮件服务器指向自己的 Mail Server,如 baidu.com 域名的 A 记录 IP 地址是 115.238.25.xxx,如果将 MX 记录设置为 115.238.25.xxx,即 xxx@taobao.com 的邮件路由,DNS 会将邮件发送到 115.238.25.xxx 所在的服务器,而正常通过 Web 请求的话仍然解析到A记录的 IP 地址。

  • CNAME 记录

CNAME 即 Canonical Name,也称别名解析。所谓别名解析就是可以为一个域名设置一个或者多个别名,如将 aaa.com 解析到 bbb.net、将 ccc.com 也解析到 bbb.net,其中 bbb.net 分别是 aaa.com 和 ccc.com 的别名。

  • NS 记录

为某个域名指定 DNS 解析服务器,也就是这个域名由指定的 IP 地址的 DNS 服务器取解析。

  • TXT 记录

为某个主机名或域名设置说明,如可以为 ddd.net 设置 TXT 记录为 "这是XXX的博客" 这样的说明。

DNS 配置

Linux 系统中有关 DNS 的配置文件有如下三个:

  • /etc/hosts: 记录 hostname 对应的 IP 地址
  • /etc/resolv.conf: 设置 DNS 服务器的 IP 地址
  • /etc/host.conf: 指定域名解析的顺序(是先从本地的 hosts 文件解析还是从 DNS 解析)

/etc/hosts 是在早期的计算中出现的,仅仅在 hosts 文件中保存 IP 地址与主机名的对应关系即可满足需要,随着网络的逐渐发展,hosts 文件已不再能满足需求,于是并出现了分布式的 DNS 解析服务,但是 /etc/hosts 的形式被保留了下来。

/etc/resolv.conf 是客户端本地域名解析器的配置文件,C 标准库中包含一系列函数(如:gethostbyname, getaddrinfo 等)用于向 DNS 服务器查询域名的解析地址。其用于设置 DNS 服务器的 IP 地址,以及主机的域名搜索顺序等。配置示例:

# 定义本地域名
domain  konghy.cn

# 定义域名的搜索列表
search  konghy.cn joinquant.com

# 指定域名解析服务器地址(最多三个)
nameserver 10.143.22.116
nameserver 10.143.22.118

# 其他选项
options timeout:2 attempts:3 rotate single-request-reopen

配置文件共包含如下几个配置项:

  • nameserver: 指定域名解析服务器。解析器会按照文件中出现的顺序来查询,且只有当第一个 nameserver 没有响应时才使用下面的 nameserver 继续查询,一般不要指定超过 3 个服务器。
  • domain: 声明主机的域名。很多程序用到它,如邮件系统;当为没有域名的主机进行 DNS 查询时,也要用到。如果没有域名,主机名将被使用,删除所有在第一个点(.)前面的内容。
  • search: 指定域名的搜索列表。当要查询没有域名的主机,主机将在 search 声明的域中依次查找。domain 和 search 不能共存,当 search 存在时其会被优先使用。如当 ping new 时,如果 search 配置为 search google.com baidu.com,那么会依次尝试解析 new.google.com, new.baidu.com。 目前, 查找列表限制在 6 个域名内, 总共不超过 256 个字符。
  • sortlist: 允许将得到域名结果进行特定的排序。它的参数为网络/掩码对,允许任意的排列顺序。
  • options: 其他选项设置, 允许修改某些解析器的内部变量。

/etc/host.conf 文件指定如何解析主机名。配置示例:

# 指域名查询顺序,此为先 /etc/hosts 中查找,然后再使用 DNS 解析器解析
order hosts,bind

# 允许一个域名对应多个 IP 地址
multi on

multi on 开启时,hosts 文件可以有如下的配置:

104.168.215.18 blog.kongny.cn
104.168.215.20 blog.kongny.cn
104.168.215.21 blog.kongny.cn

DNS 查询指令

  • dig
dig [@server] [-b address] [-c class] [-f filename] [-k filename] [-m] [-p port#]
    [-q name] [-t type] [-v] [-x addr] [-y [hmac:]name:key] [-4] [-6] [name]
    [type] [class] [queryopt...]

dig [global-queryopt...] [query...]

dig (domain information groper) 域名查询工具,其执行 DNS 搜索,显示从接受请求的域名服务器返回的答复。

$ dig blog.konghy.cn

; <<>> DiG 9.10.6 <<>> blog.konghy.cn
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 45614
;; flags: qr rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 1, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1

;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 512
;; QUESTION SECTION:
;blog.konghy.cn.            IN  A

;; ANSWER SECTION:
blog.konghy.cn.     599 IN  A   104.168.215.21

;; Query time: 89 msec
;; SERVER: 192.168.1.1#53(192.168.1.1)
;; WHEN: Tue Aug 06 11:26:19 CST 2019
;; MSG SIZE  rcvd: 59

dig 命令的输出信息大致分为 5 个部分:

  • 第一部分显示为 dig 命令的版本和输入的参数
  • 第二部分显示服务返回的一些技术详情,其中如果 status 值为 NOERROR 则说明本次查询成功结束
  • 第三部分的 "QUESTION SECTION" 显示要查询的域名
  • 第四部分的 "ANSWER SECTION" 是查询到的结果
  • 第五部分则是本次查询的一些统计信息,如所花时间,查询的 DNS 服务器,查询的时间等

一些使用示例:

# 查询 A 记录并返回简短信息
dig A +noall +answer konghy.cn
dig -t A +noall +answer konghy.cn

# 查询 NS 记录(只有一级域名有 NS 记录)
dig -t NS konghy.cn

# 查询 MX 记录
dig -t MX mail.konghy.cn

# 不使用 Local DNS,而是直接从跟服务器迭代查询,以跟踪域名解析的整个过程
dig +trace blog.konghy.cn

# 仅提供简短的答复
dig +short blog.konghy.cn

# 使用 TCP 方式查询
dig +tcp konghy.cn

# 指定 DNS 服务器
dig @8.8.8.8 blog.konghy.cn

# 设置超时时间和超时次数
dig @8.8.8.8 +time=10 +tries=6 blog.konghy.cn
  • nslookup
nslookup [-option] [name | -] [server]

nslookup 支持 交互模式 和 非交互模式 两种,直接输入命令不带任何参数时进入交互模式。

$ nslookup blog.konghy.cn
Server:     192.168.1.1
Address:    192.168.1.1#53

Non-authoritative answer:
Name:   blog.konghy.cn
Address: 104.168.215.21
  • host
host [-aCdlnrsTwv] [-c class] [-N ndots] [-R number] [-t type] [-W wait]
     [-m flag] [-4] [-6] [-v] [-V]
     {name}
     [server]

host 也是一个域名 DNS 查询工具。常用参数说明:

-a:显示详细的DNS信息;
-c:指定查询类型,默认值为 IN;
-C:查询指定主机的完整的 SOA 记录;
-r:在查询域名时,不使用递归的查询方式;
-t:指定查询的域名信息类型;
-v:显示指令执行的详细信息;
-w:如果域名服务器没有给出应答信息,则总是等待,直到域名服务器给出应答;
-W:指定域名查询的最长时间,如果在指定时间内域名服务器没有给出应答信息,则退出指令;
-4:使用IPv4;
-6:使用IPv6.
  • whois

whois 不是一个 DNS 查询工具,且系统不自带该工具,需要手动安装。其用于查询域名的注册信息,包括持有人,管理资料以及技术联络资料, 也包括该域名的域名服务器等等。

清除本地 DNS 缓存

在部分 Linux 发行版中,默认安装了 nscd 程序。 NSCD(Name Service Cache Daemon)是服务缓存守护进程,它为 NIS 和 LDAP 等服务提供更快的验证。 NSCD 会缓存三种服务 passwd, group, hosts,所以它会记录三个库,分别对应源 /etc/passwd, /etc/hosts 和 /etc/resolv.conf,每一种缓存都保存有生存时间(TTL)。其作用是在本地增加 cache ,加快如 DNS 的解析等的速度。

NSCD 的配置文件示例:

$ cat /etc/nscd.conf
#logfile        /var/log/nscd.log
threads         6
max-threads     128
server-user     nobody
debug-level     5
paranoia        no
enable-cache    passwd      no
enable-cache    group       no
enable-cache    hosts       yes
positive-time-to-live   hosts   5
negative-time-to-live   hosts       20
suggested-size  hosts       211
check-files     hosts       yes
persistent      hosts       yes
shared          hosts       yes
max-db-size     hosts       33554432

如果需要清除响应缓存,可以使用如下命令:

nscd -i passwd
nscd -i group
nscd -i hosts

或者重启 nscd 服务(基于 ubuntu 系统):

service nscd restart

参考资料