计算机网络---DNS(域名系统）
DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网的核心基础设施之一，它如同“网络世界的通讯录”，负责将人类易记的域名（如www.baidu.com）转换为计算机可识别的IP地址（如180.101.49.11），让用户无需记忆复杂的数字IP即可访问网络资源。
一、DNS的定义
DNS是一个分布式的域名解析系统，通过层级化的服务器集群和协议，实现域名与IP地址的映射（包括正向解析：域名→IP，反向解析：IP→域名）。
- 核心作用：解决“人类记域名、机器认IP”的矛盾。例如，当用户在浏览器输入
www.google.com时，DNS会自动查询其对应的IP地址（如142.250.185.196），使浏览器能与目标服务器建立连接。
二、DNS的工作原理（正向解析流程）
DNS解析是一个“从本地到全球”的分层查询过程，以下以访问www.baidu.com为例，拆解其步骤：
-
本地缓存查询
- 首先检查用户设备（电脑、手机）的本地DNS缓存，若之前访问过该域名，会直接返回缓存的IP地址（缓存有过期时间，通常几分钟到几小时）。
- 若本地缓存无记录，查询本地DNS服务器（由ISP或用户手动设置，如家庭网络中路由器分配的DNS，或公共DNS如
114.114.114.114）。
-
本地DNS服务器查询
- 本地DNS服务器先检查自身缓存，若有记录则直接返回；若无，则启动递归查询（代替用户向其他DNS服务器请求）。
-
根域名服务器查询
- 本地DNS服务器向根域名服务器（全球共13组，负责管理顶级域名）发送查询请求。
- 根服务器无法直接返回
www.baidu.com的IP，但会告知“.com顶级域名由哪些服务器负责”（即.com顶级域名服务器的IP）。
-
顶级域名服务器查询
- 本地DNS服务器向
.com顶级域名服务器发送请求，后者告知“baidu.com二级域名由其授权的权威域名服务器负责”（即baidu.com的权威DNS服务器IP）。
- 本地DNS服务器向
-
权威域名服务器查询
- 本地DNS服务器向
baidu.com的权威DNS服务器（由百度公司管理）发送请求，该服务器存储着www.baidu.com对应的IP地址，直接返回结果（如180.101.49.11）。
- 本地DNS服务器向
-
结果返回与缓存
- 本地DNS服务器将IP地址返回给用户设备，并在自身缓存中记录该映射（便于下次快速查询），用户设备即可通过IP访问目标服务器。
三、DNS的域名结构（层级化设计）
DNS域名采用层级化的树状结构，从根到叶依次为：根域→顶级域→二级域→子域→主机名，各层级用“.”分隔。
-
示例：
mail.tech.baidu.com的结构拆解：- 根域：最顶层，通常省略（完整域名为
mail.tech.baidu.com.，末尾的“.”代表根）； - 顶级域（TLD）：
.com（商业机构）、.org（非营利组织）、.cn（中国国家顶级域）等； - 二级域：
baidu.com（百度公司注册的主域名）； - 子域：
tech.baidu.com（百度内部的技术部门子域）； - 主机名：
mail（该子域下的邮件服务器主机）。
- 根域：最顶层，通常省略（完整域名为
-
常见顶级域分类：
- 通用顶级域（gTLD）：
.com（商业）、.org（非营利）、.net（网络服务）、.edu（教育机构）等； - 国家/地区顶级域（ccTLD）：
.cn（中国）、.us（美国）、.jp（日本）等； - 新通用顶级域（New gTLD）：
.xyz、.club、.shop等（2013年后新增）。
- 通用顶级域（gTLD）：
四、DNS服务器的类型
根据功能不同，DNS服务器可分为以下几类：
-
根域名服务器（Root Name Server）
- 全球共13组（编号A至M），由不同机构管理（如美国Verisign、中国CNNIC等），负责返回顶级域服务器的地址。
- 虽然数量少，但通过任播技术（Anycast）在全球部署了数百个节点，确保高可用性。
-
顶级域名服务器（TLD Server）
- 负责管理顶级域（如
.com、.cn），存储二级域的权威服务器地址。例如，.com服务器管理所有以.com结尾的域名。
- 负责管理顶级域（如
-
权威域名服务器（Authoritative Name Server）
- 由域名持有者管理（或委托给服务商），存储该域名下所有主机的DNS记录（如
www、mail对应的IP）。 - 例如，百度的权威服务器存储
baidu.com及其子域的解析记录，是域名解析的“最终来源”。
- 由域名持有者管理（或委托给服务商），存储该域名下所有主机的DNS记录（如
-
递归域名服务器（Recursive Resolver）
- 也称为“本地DNS服务器”，接收用户的查询请求，代替用户向根服务器、顶级域服务器等递归查询，最终返回结果。
- 常见于ISP（如电信、联通）提供的DNS，或公共DNS（如
114.114.114.114、8.8.8.8）。
五、常见DNS记录类型
DNS服务器通过不同类型的记录存储域名与IP的映射关系，常见类型包括：
| 记录类型 | 作用 | 示例 |
|---|---|---|
| A记录 | 域名映射到IPv4地址（最常用） | www.baidu.com → 180.101.49.11 |
| AAAA记录 | 域名映射到IPv6地址 | www.baidu.com → 240e:ff:f100:100::11 |
| CNAME记录 | 域名别名（将一个域名指向另一个域名） | blog.baidu.com → www.baidu.com |
| MX记录 | 指定邮件服务器（用于邮件传输） | baidu.com的MX记录指向mx.baidu.com |
| NS记录 | 指定该域名的权威DNS服务器 | baidu.com的NS记录为ns1.baidu.com |
| TXT记录 | 存储文本信息（如SPF反垃圾邮件配置） | baidu.com的TXT记录包含反垃圾邮件规则 |
| PTR记录 | 反向解析（IP映射到域名） | 180.101.49.11 → www.baidu.com |
六、DNS的重要性与常见问题
-
为什么DNS至关重要？
- 没有DNS，用户需直接输入IP地址访问网站，极大降低互联网易用性；
- DNS故障会导致大面积网站无法访问（如2016年美国DNS服务商Dyn遭攻击，导致Twitter、Netflix等服务瘫痪）。
-
常见问题及解决
- DNS污染：恶意篡改DNS解析结果，将域名指向错误IP（如某些地区无法访问特定网站），可通过使用加密DNS（如DNS over HTTPS）或更换公共DNS解决。
- DNS缓存中毒（缓存污染）：攻击者向递归服务器注入虚假解析记录，导致用户被引导至恶意网站，解决方法包括启用DNSSEC（DNS安全扩展）验证记录真实性。
- 解析延迟：本地DNS服务器响应慢，可更换为公共DNS（如
114.114.114.114、8.8.8.8）提升速度。
七、DNS的扩展技术
- DNSSEC：通过数字签名确保DNS记录未被篡改，防止缓存中毒攻击。
- DNS over HTTPS（DoH）/DNS over TLS（DoT）：对DNS查询数据加密，防止第三方监听或篡改（传统DNS查询为明文）。
- EDNS（扩展DNS）：扩展DNS协议的功能，支持更大的数据包、更多的记录类型，提升解析效率。