DNS 查询简述

简单比喻：电话簿查询

想象一下你要找一个你不太熟悉的同事“张三”的电话号码：

1. 检查手机通讯录：你先在自己的手机通讯录里找“张三”。（本地 DNS 缓存）
2. 询问办公室前台：如果通讯录里没有，你会问公司前台，他们有一份全公司的电话簿。（本地 DNS 解析器）
3. 前台查询总部分机目录：前台也不知道，他会打电话给集团总部的人事部查询。（根域名服务器）
4. 总部指引到分公司人事：总部人事部说：“张三是上海分公司的，我给你上海分公司人事部的电话。”（顶级域域名服务器）
5. 分公司人事提供号码：前台打给上海分公司人事部，对方准确地给出了张三的分机号。（权威域名服务器）
6. 前台告诉你号码：前台把号码告诉你，同时自己也记录一下，下次有人问可以快速回答。（缓存结果）
7. 你拨打号码：你最终拿到号码，并打给张三。（建立连接）

技术性的 DNS 查询过程

DNS 查询的目标是将人类可读的域名（如 www.google.com）转换为机器可读的 IP 地址（如 142.251.42.196）。这个过程是分层的、分布式的。

一次完整的 DNS 查询会经历以下步骤。下图清晰地展示了这个过程：

flowchart TD
    A[用户访问 www.example.com] --> B{本地缓存/ Hosts文件<br>有记录?}
    B -- 有 --> C[返回IP地址<br>查询结束]
    B -- 没有 --> D[向递归解析器查询]

    D --> E{递归解析器缓存<br>有记录?}
    E -- 有 --> C
    E -- 没有 --> F[开始迭代查询]

    subgraph F [迭代查询]
        direction TB
        G[询问根域名服务器] --> H[返回 .com TLD服务器地址]
        H --> I[询问 .com TLD服务器]
        I --> J[返回 example.com 权威服务器地址]
        J --> K[询问 example.com 权威服务器]
        K --> L[返回 www.example.com 的IP地址]
    end

    L --> M[递归解析器向用户<br>返回IP并缓存]
    M --> N[浏览器向该IP<br>发起HTTP连接]

现在，我们来详细说明图中的每一步。

第 1 步：检查本地缓存（浏览器 & 操作系统）

当你在浏览器中输入一个网址后，计算机会首先在以下地方查找是否有这个域名的 IP 地址缓存：

• 浏览器缓存：浏览器会保存你最近访问过的网站的 DNS 记录。
• 操作系统缓存：操作系统（如 Windows、macOS、Linux）也有自己的 DNS 缓存（例如，在 Windows 中可以通过 ipconfig /displaydns 命令查看）。
• Hosts 文件：操作系统还会检查本地的 hosts 文件，这个文件可以手动设置域名和 IP 的映射关系。

如果本地有记录且未过期，则直接使用该 IP，查询结束。

第 2 步：联系递归解析器

如果本地没有缓存，你的计算机会将查询请求发送到递归解析器。

• 这个解析器通常由你的网络服务提供商（ISP） 提供，你也可以使用公共的 DNS 解析器，如 Google DNS (8.8.8.8) 或 Cloudflare DNS (1.1.1.1)。
• 递归解析器有责任替你完成整个查询过程，直到给你返回最终的 IP 地址。它自己也有一个巨大的缓存。如果它缓存了你要查询的域名记录，它会直接返回给你，查询结束。

第 3 & 4 步：迭代查询过程（递归解析器的工作）

如果递归解析器也没有缓存，它就会开始一个“迭代查询”的过程，如下图所示，它会从上至下逐级查询全球的 DNS 系统。

• 询问根域名服务器：

  • 递归解析器首先会去询问 13 组根域名服务器（分布在全球）。
  • 根服务器不存储具体域名的 IP，但它会查看域名的后缀（如 .com），然后返回负责该顶级域的 TLD 域名服务器的地址。
  • 这就好比问“世界的电话总局”：“请问谁知道 .com 区域的事？” 总局告诉你：“你去问 .com 分局吧，这是他们的地址。”

• 询问顶级域域名服务器：

  • 递归解析器拿着地址，去询问 .com 的 TLD 服务器。
  • TLD 服务器存储着所有以 .com 结尾的域名的信息。它会查看下一部分（如 example），然后返回负责该域（example.com）的权威域名服务器的地址。
  • 这就好比问“.com 分局”：“请问谁知道 example.com 这个公司的事？” 分局告诉你：“你去问 example.com 公司自己的总机吧，这是他们的地址。”

• 询问权威域名服务器：

  • 递归解析器最后去询问 example.com 的权威域名服务器。
  • 这个服务器是域名记录的最终来源，它掌握着该域名下所有主机的真实记录（如 www、mail 等）。它会查找记录，并将 www.example.com 对应的 IP 地址返回给递归解析器。
  • 这就好比问“公司的总机”：“请给我 www 这个部门的电话。” 总机准确地告诉了你号码。

第 5 步：返回结果并缓存

• 递归解析器终于拿到了 www.example.com 的 IP 地址。
• 它首先将这个记录保存到自己的缓存中一段时间（根据记录中的 TTL 值决定），以便下次快速响应。
• 然后，它将最终的 IP 地址返回给你的操作系统，操作系统也会缓存它，再传递给浏览器。

第 6 步：建立连接

• 浏览器现在拿到了 IP 地址，它就可以向该 IP 的 80（HTTP）或 443（HTTPS）端口发起 TCP 连接，开始加载网页内容。

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重要的补充概念

• 递归查询 vs. 迭代查询：

  • 递归查询：发生在你的电脑和递归解析器之间。意思是：“我不管你怎么做，你必须给我最终答案（IP）或一个错误消息。”
  • 迭代查询：发生在递归解析器和根、TLD、权威服务器之间。意思是：“我问你一个问题，如果你不知道答案，请告诉我下一个该问谁。”

• DNS 记录类型：

  • A 记录：将域名指向一个 IPv4 地址。
  • AAAA 记录：将域名指向一个 IPv6 地址。
  • CNAME 记录：将域名指向另一个域名（别名）。
  • MX 记录：指定接收邮件的服务器。
  • NS 记录：指定该域名由哪台权威服务器来解析。

• DNS 的重要性： DNS 是互联网的“基石”，它使得我们无需记忆复杂的数字 IP 地址。没有 DNS，今天的互联网将无法正常运转。