DNS 是互聯(lián)網(wǎng)核心協(xié)議之一。不管是上網(wǎng)瀏覽，還是編程開發(fā)，都需要了解一點(diǎn)它的知識(shí)。

本文詳細(xì)介紹DNS的原理，以及如何運(yùn)用工具軟件觀察它的運(yùn)作。我的目標(biāo)是，讀完此文后，你就能完全理解DNS。

一、DNS 是什么？

DNS （Domain Name System 的縮寫）的作用非常簡(jiǎn)單，就是根據(jù)域名查出IP地址。你可以把它想象成一本巨大的電話本。

舉例來說，如果你要訪問域名math.stackexchange.com，首先要通過DNS查出它的IP地址是151.101.129.69。

如果你不清楚為什么一定要查出IP地址，才能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，建議先閱讀我寫的《互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議入門》。

二、查詢過程

雖然只需要返回一個(gè)IP地址，但是DNS的查詢過程非常復(fù)雜，分成多個(gè)步驟。

工具軟件dig可以顯示整個(gè)查詢過程。

$ dig math.stackexchange.com

上面的命令會(huì)輸出六段信息。

段是查詢參數(shù)和統(tǒng)計(jì)。

第二段是查詢內(nèi)容。

上面結(jié)果表示，查詢域名math.stackexchange.com的A記錄，A是address的縮寫。

第三段是DNS服務(wù)器的答復(fù)。

上面結(jié)果顯示，math.stackexchange.com有四個(gè)A記錄，即四個(gè)IP地址。600是TTL值（Time to live 的縮寫），表示緩存時(shí)間，即600秒之內(nèi)不用重新查詢。

第四段顯示stackexchange.com的NS記錄（Name Server的縮寫），即哪些服務(wù)器負(fù)責(zé)管理stackexchange.com的DNS記錄。

上面結(jié)果顯示stackexchange.com共有四條NS記錄，即四個(gè)域名服務(wù)器，向其中任一臺(tái)查詢就能知道m(xù)ath.stackexchange.com的IP地址是什么。

第五段是上面四個(gè)域名服務(wù)器的IP地址，這是隨著前一段一起返回的。

第六段是DNS服務(wù)器的一些傳輸信息。

上面結(jié)果顯示，本機(jī)的DNS服務(wù)器是192.168.1.253，查詢端口是53（DNS服務(wù)器的默認(rèn)端口），以及回應(yīng)長(zhǎng)度是305字節(jié)。

如果不想看到這么多內(nèi)容，可以使用+short參數(shù)。

$ 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對(duì)應(yīng)的4個(gè)IP地址（即A記錄）。

三、DNS服務(wù)器

下面我們根據(jù)前面這個(gè)例子，一步步還原，本機(jī)到底怎么得到域名math.stackexchange.com的IP地址。

首先，本機(jī)一定要知道DNS服務(wù)器的IP地址，否則上不了網(wǎng)。通過DNS服務(wù)器，才能知道某個(gè)域名的IP地址到底是什么。

DNS服務(wù)器的IP地址，有可能是動(dòng)態(tài)的，每次上網(wǎng)時(shí)由網(wǎng)關(guān)分配，這叫做DHCP機(jī)制；也有可能是事先指定的固定地址。linux系統(tǒng)里面，DNS服務(wù)器的IP地址保存在/etc/resolv.conf文件。

上例的DNS服務(wù)器是192.168.1.253，這是一個(gè)內(nèi)網(wǎng)地址。有一些公網(wǎng)的DNS服務(wù)器，也可以使用，其中最有名的就是Google的8.8.8.8和Level 3的4.2.2.2。

本機(jī)只向自己的DNS服務(wù)器查詢，dig命令有一個(gè)@參數(shù)，顯示向其他DNS服務(wù)器查詢的結(jié)果。

$ dig @4.2.2.2 math.stackexchange.com

上面命令指定向DNS服務(wù)器4.2.2.2查詢。

四、域名的層級(jí)

DNS服務(wù)器怎么會(huì)知道每個(gè)域名的IP地址呢？答案是分級(jí)查詢。

請(qǐng)仔細(xì)看前面的例子，每個(gè)域名的尾部都多了一個(gè)點(diǎn)。

比如，域名math.stackexchange.com顯示為math.stackexchange.com.。這不是疏忽，而是所有域名的尾部，實(shí)際上都有一個(gè)根域名。

舉例來說，www.example.com真正的域名是www.example.com.root，簡(jiǎn)寫為www.example.com.。因?yàn)?，根域?root對(duì)于所有域名都是一樣的，所以平時(shí)是省略的。

根域名的下一級(jí)，叫做" 域名"（top-level domain，縮寫為TLD），比如.com、.net；再下一級(jí)叫做"次級(jí)域名"（second-level domain，縮寫為SLD），比如www.example.com里面的.example，這一級(jí)域名是用戶可以注冊(cè)的；再下一級(jí)是主機(jī)名（host），比如www.example.com里面的www，又稱為"三級(jí)域名"，這是用戶在自己的域里面為服務(wù)器分配的名稱，是用戶可以任意分配的。

總結(jié)一下，域名的層級(jí)結(jié)構(gòu)如下。

主機(jī)名.次級(jí)域名. 域名.根域名

# 即

host.sld.tld.root

五、根域名服務(wù)器

DNS服務(wù)器根據(jù)域名的層級(jí)，進(jìn)行分級(jí)查詢。

需要明確的是，每一級(jí)域名都有自己的NS記錄，NS記錄指向該級(jí)域名的域名服務(wù)器。這些服務(wù)器知道下一級(jí)域名的各種記錄。

所謂"分級(jí)查詢"，就是從根域名開始，依次查詢每一級(jí)域名的NS記錄，直到查到最終的IP地址，過程大致如下。

從"根域名服務(wù)器"查到" 域名服務(wù)器"的NS記錄和A記錄（IP地址）

從" 域名服務(wù)器"查到"次級(jí)域名服務(wù)器"的NS記錄和A記錄（IP地址）

從"次級(jí)域名服務(wù)器"查出"主機(jī)名"的IP地址

仔細(xì)看上面的過程，你可能發(fā)現(xiàn)了，沒有提到DNS服務(wù)器怎么知道"根域名服務(wù)器"的IP地址。回答是"根域名服務(wù)器"的NS記錄和IP地址一般是不會(huì)變化的，所以內(nèi)置在DNS服務(wù)器里面。

下面是內(nèi)置的根域名服務(wù)器IP地址的一個(gè)例子。

上面列表中，列出了根域名（.root）的三條NS記錄A.ROOT-SERVERS.NET、B.ROOT-SERVERS.NET和C.ROOT-SERVERS.NET，以及它們的IP地址（即A記錄）198.41.0.4、192.228.79.201、192.33.4.12。

另外，可以看到所有記錄的TTL值是3600000秒，相當(dāng)于1000小時(shí)。也就是說，每1000小時(shí)才查詢一次根域名服務(wù)器的列表。

目前，世界上一共有十三組根域名服務(wù)器，從A.ROOT-SERVERS.NET一直到M.ROOT-SERVERS.NET。