DNS 及其工作原理

如果您是后端开发人员，了解 DNS（域名系统）至关重要。 DNS 是一项基础技术，直接影响用户访问您构建的服务和应用程序的方式。

了解 DNS 的工作原理使您能够解决连接问题、设计可扩展系统并增强应用程序的可靠性。

域名系统 (DNS) 通常被称为“互联网电话簿”。它是现代互联网基础设施的重要组成部分，有助于将人类可读的域名连接到机器可理解的 IP 地址。如果没有 DNS，用户将必须记住数字 IP 地址（如“192.0.2.1”）才能访问网站，而不是简单地键入“example.com”等域名。

在本文中，我们将探讨 DNS 的基础知识、它的工作原理以及它在我们与互联网交互中的重要作用。

什么是 DNS？

DNS 代表域名系统。它是一种分层命名系统，允许通过域名来识别计算机、服务或任何连接到互联网的资源，域名比数字 IP 地址更容易被人们记住。每个域名都映射到一个特定的 IP 地址，该地址对应于托管网站或服务的服务器。 DNS 负责将这些域名翻译（或解析）为 IP 地址。

DNS 的关键组件

1. 域名： 这些是人类可读的名称，例如 google.com。它们采用分层结构，由不同部分（例如 www、example 和 .com）组成，对应于不同级别的 DNS 结构。

2. IP 地址： 这是分配给连接到网络的每个设备或服务的唯一标识符。 DNS 将域名映射到各自的 IP 地址。

3. DNS 服务器： 这些是存储有关域名和 IP 地址信息的专用服务器。不同类型的 DNS 服务器协同工作，将域名解析为 IP 地址。

DNS 的工作原理

DNS 解析是将域名转换为 IP 地址的过程，涉及多个步骤以及不同 DNS 服务器之间的交互。以下是 DNS 工作原理的简化分步分析：

1. 用户输入域名

当您在网络浏览器中输入域名（例如 example.com）时，您的计算机开始将该名称解析为其相应的 IP 地址。

2. 本地 DNS 缓存

在联系外部服务器之前，您的计算机会检查其本地 DNS 缓存。该缓存存储最近访问的域名翻译以加快该过程。如果 example.com 的 IP 地址已存储在缓存中，则进程在此停止，并立即加载网站。

3. 查询递归DNS服务器

如果在本地缓存中找不到该地址，请求将转发到递归 DNS 服务器（通常由您的 ISP 或第三方 DNS 提供商（例如 Google DNS 或 Cloudflare DNS）运营）。递归服务器检查自己的缓存，如果未找到域，则继续下一步。

4. 根 DNS 服务器

递归 DNS 服务器然后查询 根 DNS 服务器 之一，它们是 DNS 层次结构中的顶级服务器。这些服务器不直接存储域名信息，但它们根据顶级域 (TLD) 知道接下来将查询定向到哪里，例如 .com、.org 或 .net。

5. 顶级域名 (TLD) DNS 服务器

根 DNS 服务器将递归服务器定向到负责域的顶级域（例如 .com TLD）的 TLD DNS 服务器。该服务器提供特定域的权威名称服务器的地址。

6. 权威名称服务器

权威名称服务器是DNS查询过程的最后一站。它包含域名（例如 example.com）和托管网站的服务器的 IP 地址之间的实际映射。权威服务器用 IP 地址响应递归服务器。

7. 将 IP 地址返回给浏览器

然后，递归 DNS 服务器将 IP 地址发送回用户的浏览器，使其能够与正确的 Web 服务器建立连接并检索网站内容。

8. 加载网站

现在浏览器有了 IP 地址，它可以发起与 Web 服务器的连接，并加载请求的网站。

DNS缓存

在此过程中的各个点（在您的计算机、递归 DNS 服务器等）上缓存 DNS 查询，以提高速度并减少 DNS 服务器的负载。当您重新访问某个站点时，DNS 缓存通常意味着您无需重复整个过程。

DNS 服务器的类型

为了更全面地了解 DNS，了解参与此过程的不同类型的 DNS 服务器非常重要：

• 递归 DNS 服务器： 这些是用户和权威名称服务器之间的中介。它们执行上述查询过程并缓存响应。

• 权威 DNS 服务器： 这些服务器存储域的实际 DNS 记录（例如 A 记录），并使用正确的 IP 地址响应查询。

• 根 DNS 服务器： 这些服务器管理 DNS 层次结构根部的查询，将查询定向到适当的 TLD 服务器。

• TLD 服务器： 这些服务器处理与特定顶级域（如 .com、.org）或特定于国家/地区的域（如 .uk 或 .jp）相关的查询。

DNS 记录

DNS 记录有多种类型，每种都有不同的用途。一些常见的类型包括：

• A 记录（地址记录）： 将域名映射到 IPv4 地址。
• AAAA 记录： 将域名映射到 IPv6 地址。
• CNAME（规范名称记录）： 将一个域名映射到另一个域名（对于子域有用）。
• MX 记录（邮件交换）： 指定负责代表域接收电子邮件的邮件服务器。
• NS 记录（名称服务器）： 指定域的权威 DNS 服务器。
• TXT 记录： 保存用于各种用途的任意文本信息，包括域所有权验证。

DNS安全

虽然 DNS 是一个重要且高效的系统，但它也容易受到某些安全问题的影响，包括：

• DNS 欺骗（缓存中毒）：攻击者破坏 DNS 缓存的攻击，导致流量重定向到恶意网站。

• 对 DNS 服务器的 DDoS 攻击： DNS 服务器可能成为分布式拒绝服务 (DDoS) 攻击的目标，这些攻击会通过虚假流量压垮服务器，从而中断服务。

• DNSSEC（DNS 安全扩展）： 一种旨在通过提供身份验证和确保数据完整性来保护 DNS 安全的协议。

结论

DNS 在互联网的平稳运行中发挥着至关重要的作用，它将易于记忆的域名转换为计算机可以理解的 IP 地址。该系统被设计为分层和分布式，即使随着互联网的发展也能确保可扩展性和效率。尽管很复杂，但 DNS 在很大程度上对用户来说仍然是不可见的，这使得浏览网页就像输入 URL 一样简单。

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