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.
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 http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/05/internet_protocol_suite_part_i.html .
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.
第一段是查询参数和统计.
第二段是查询内容.
上面结果表示, 查询域名
math.stackexchange.com
的 A 记录, A 是 address 的缩写.
第三段是 DNS 服务器的答复.
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.
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.
第六段是 DNS 服务器的一些传输信息.
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.
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 https://developers.google.com/speed/public-dns/ 和 Level 3 的 4.2.2.2 https://www.tummy.com/articles/famous-dns-server/ .
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.
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.
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)
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)
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 http://www.cyberciti.biz/faq/unix-linux-update-root-hints-data-file/ .
上面列表中, 列出了根域名 (.root) 的三条 NS 记录 A.ROOT-SERVERS.NET,B.ROOT-SERVERS.NET 和 C.ROOT-SERVERS.NET, 以及它们的 IP 地址(即 A 记录)198.41.0.4,192.228.79.201,192.33.4.12.
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.
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.
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.
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.
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 <ip>.
$ 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
- DNS: The Good Parts https://www.petekeen.net/dns-the-good-parts , by Pete Keen
- DNS 101 http://www.integralist.co.uk/posts/dnsbasics.html , by Mark McDonnell
- (完)
来源: http://www.mzh.ren/dns.html