图解系列 DNS查找过程和DNS缓存

DNS 充当地址簿。它将人类可读的域名 (google.com) 转换为机器可读的 IP 地址 (142.251.46.238)。

开局一张图

来自：https://xiaolishen.medium.com/the-dns-lookup-journey-240e9a5d345c

寻址流程

1. 查询浏览器缓存：当你输入一个域名后，浏览器会首先检查自己的缓存，看是否已经解析过该域名的IP地址。
2. 查询操作系统的DNS缓存：如果在浏览器缓存中找不到对应的IP地址，浏览器会向操作系统发出DNS解析请求。操作系统会检查自己的DNS缓存，看是否已经解析过该域名。
3. 查询OS的hosts文件：如果在操作系统的DNS缓存中找不到对应的IP地址，操作系统会检查自己的hosts文件，看是否有该域名的映射信息。hosts文件是一个本地的文本文件，可以手动添加域名和IP地址的映射关系。
4. 查询家庭路由器缓存：如果在操作系统的hosts文件中找不到对应的IP地址，操作系统会将DNS解析请求发送给家庭路由器。家庭路由器也有一个DNS缓存，用于存储最近解析过的域名和IP地址。
5. 查询ISP的DNS服务器：如果在家庭路由器的缓存中找不到对应的IP地址，家庭路由器会将DNS解析请求发送给配置的ISP的DNS服务器。
6. 查询ISP缓存：ISP的DNS服务器收到解析请求后，会检查自己的DNS缓存，看是否已经解析过该域名。
7. DNS服务器递归查询：如果在ISP的缓存中找不到对应的IP地址，ISP的DNS服务器会根据域名的层级结构，从根域名服务器开始递归查询，直到找到负责该域名的权威域名服务器。（这里也有可能是迭代查询 ）
   1. 解析器向根名称服务器询问域名，假设它是example.com
   2. 根名称服务器知道所有TLD（顶级域）名称服务器。由于我们附带了.com域，因此它将我们的查询转发到处理.com域的 TLD 名称服务器。
   3. .com TLD 名称服务器知道存储example.com域的 DNS 记录的权威名称服务器，因此它会提前转发查询。
   4. 权威名称服务器响应映射到域名的A 记录（地址记录，即 IP 地址）。
8. 然后，IP 地址一路传回我们的浏览器，中间每个拥有 DNS 缓存的浏览器都会在途中缓存它，因此下次当我们或其他人询问 example.com 时，会更快的响应。
9. 浏览器打开与 IP 地址（即托管example.com的服务器的地址）的 TCP/IP 连接，然后发送 HTTP 请求。如果服务器已启动并正在运行，它会将 HTTP 响应发送回我们的浏览器。

DNS 查询类型

递归查询 - 客户端向 ISP DNS 服务器发送请求后，它必须响应客户端请求的答案，即： www.example.com 的 IP 地址。如果ISP的DNS服务器没有答案，它必须不断地自行寻找答案，直到得到答案，然后它回复客户端。

迭代查询 - 当ISP DNS服务器向远程DNS服务器发送请求后，远程DNS服务器不需要响应应答，它可以响应另一个DNS服务器的IP地址来进行引用。 ISP DNS 服务器查看响应并向另一台服务器重新发出新请求。它不断重复这个过程，直到找到答案。

DNS zone

DNS缓存

• 浏览器DNS缓存

  在 Chrome 浏览器中，您可以转到 chrome://net-internals/#dns 查看 DNS 缓存的状态。

• 本地DNS缓存

  在 Windows 中查看 DNS 缓存条目 ipconfig /displaydns

  刷新 DNS 缓存ipconfig /flushdns

  并非所有 Linux 发行版都启用或默认安装 DNS 缓存

  Debian 或 Ubuntu 系统，则 DNS 缓存文件存储在目录中 /var/cache/nscd/hosts

  sudo strings /var/cache/nscd/hosts

• hosts文件

• 路由器DNS缓存

• ISP（运营商）DNS缓存

• Java DNS Cache

高级

Java DNS Cache

相关代码在InetAddressCachePolicy.java

public final class InetAddressCachePolicy {// 成功寻址的缓存策略// 安全属性private static final String cachePolicyProp = "networkaddress.cache.ttl";// 系统属性private static final String cachePolicyPropFallback ="sun.net.inetaddr.ttl";// 失败寻址的无效缓存策略// 安全属性private static final String negativeCachePolicyProp ="networkaddress.cache.negative.ttl";// 系统属性private static final String negativeCachePolicyPropFallback ="sun.net.inetaddr.negative.ttl";public static final int FOREVER = -1;public static final int NEVER = 0;/* default value for positive lookups */public static final int DEFAULT_POSITIVE = 30;

解析成功缓存策略

        Integer tmp = java.security.AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Integer>() {public Integer run() {// 读取参数 networkaddress.cache.ttl 作为缓存 ttltry {String tmpString = Security.getProperty(cachePolicyProp);if (tmpString != null) {return Integer.valueOf(tmpString);}} catch (NumberFormatException ignored) {// Ignore}// 读取启动参数 sun.net.inetaddr.ttl 作为缓存 ttltry {String tmpString = System.getProperty(cachePolicyPropFallback);if (tmpString != null) {return Integer.decode(tmpString);}} catch (NumberFormatException ignored) {// Ignore}return null;}});if (tmp != null) {cachePolicy = tmp < 0 ? FOREVER : tmp;propertySet = true;} else {// 如果以上参数均未读取到，并且未开启 SecurityManager，则会使用默认值 30s.if (System.getSecurityManager() == null) {cachePolicy = DEFAULT_POSITIVE;}// 否则使用初始值 -1，表示永久生效}

1. 如果开启了 SecurityManager，优先从 ${java.home}/jre/lib/security/java.security 中读取参数 networkaddress.cache.ttl，单位为秒。
2. 如果未读取到，则会读取启动参数 sun.net.inetaddr.ttl 作为缓存 ttl.
3. 如果以上参数均未读取到，并且未开启 SecurityManager，则会使用默认值 30s.（默认是未启用，即默认是30s有效期）
4. 否则使用初始值 -1，表示永久生效。

SecurityManager是一个允许应用实现一种安全策略的类。应用在执行一个安全或敏感的操作之前，可以明确此操作是否在一个安全的上下文中被执行。

默认是未启用状态

1.系统启动开启

JVM参数：-Djava.security.manager

2.程序手动开启

// 创建SecurityManager实例
SecurityManager securityManager = new SecurityManager();
// 设置启动
System.setSecurityManager(securityManager);

寻址失败无效的DNS缓存时间

        tmp = java.security.AccessController.doPrivileged (new PrivilegedAction<Integer>() {public Integer run() {// 读取 networkaddress.cache.negative.ttl 默认10stry {String tmpString = Security.getProperty(negativeCachePolicyProp);if (tmpString != null) {return Integer.valueOf(tmpString);}} catch (NumberFormatException ignored) {// Ignore}// 读取 sun.net.inetaddr.negative.ttltry {String tmpString = System.getProperty(negativeCachePolicyPropFallback);if (tmpString != null) {return Integer.decode(tmpString);}} catch (NumberFormatException ignored) {// Ignore}return null;}});if (tmp != null) {negativeCachePolicy = tmp < 0 ? FOREVER : tmp;propertyNegativeSet = true;}

当DNS解析无效的时候，默认10S，目的是为了帮助提升性能

总结

可查看源码InetAddress 和 InetAddressCachePolicy

• java dns解析缓存之源码解析
  • 如果打开Java中的SecurityManager，DNS缓存将不会失效。
  • 否则，可访问的DNS解析缺省缓存30秒，不可访问的DNS解析缺省缓存10秒。
• 关于jvm dns cache(域名缓存时间)，给出“对于多条A记录是采用什么策略返回IP的结论：
  • 在缓存有效期内，取到的IP永远是缓存中全部A记录的第一条，并没有轮循之类的策略。
  • 缓存失效之后重新进行DNS解析，因为每次域名解析返回的A记录顺序会发生变化(nslookup www.google.com测试可见)，所以缓存中的数据顺序也变了，取到的IP也变化。

如何设置 JVM TTL

要修改 JVM 的 TTL，请设置 networkaddress.cache.ttl 属性值。根据您的需求，使用下列方法之一：

• 全局 (针对所有使用 JVM 的应用程序)。networkaddress.cache.ttl在 Java 8 $JAVA_HOME/jre/lib/security/java.security 的文件或适用于 Java 11 或更高版本$JAVA_HOME/conf/security/java.security的文件中设置：

  networkaddress.cache.ttl=60
  

• 仅针对应用程序，在应用程序的初始化代码中设置 networkaddress.cache.ttl：

  java.security.Security.setProperty("networkaddress.cache.ttl" , "60");