怎样学习一个新的东西,也可以按照一定的套路的。这个东西解决什么问题?这个东西怎样解决问题? 还有没有其他方法?

三步走分析一下 DNS

解决什么问题

根据域名找到 IP。为啥要找到域名对应的 IP 呢?答案很简单,因为 TCP/IP 协议栈需要。 很常见的一个问题就是浏览器得到一个 web page 的流程是啥样的。

什么方式解决问题

怎样组织域名(domain name)?这是域名系统的首要问题。底层的组织架构,决定了域名解析的流程。有点经济基础决定上层建筑的意思。域名少的时候可以直接放在一个文件里。对,这个文件在类 unix 系统里就是 /etc/hosts 的文件。但是域名超级多怎么办?分类、组成层次结构。就像 Linux 的文件系统的组织方式一样。组织成一个树状结构。DNS 的查询问题,那就可以视为树的遍历问题。

top level domain

comorgcn 等等就是所谓的顶级域名。也就是一级域名。那么问题就来了,这些顶级域名存放在哪呢?存放到 root server。换一种理解方法就是,这些 root server 就是顶级域名的 metadata。这些 root server IP 是固定的。实现 DNS 这个功能的软件内置这些 root server 的 ip。这一点很重要。

second level domain

www.google.com. 为例 google 就是二级域名。其他的依此类推。

DNS 层级树

DNS 层级树

可以看到整个 DNS 的入口就是 root。也就是记录顶级域名在哪些服务器上的信息。这是 root 也就是不需要解析这些记录顶级域名的服务器。直接固定了这些 root server 的 IP 地址。实现 DNS 功能的软件,直接内置这些固定的 IP。DNS 查询第一步就是向这些 root server 查询顶级域名对应哪些 nameserver,也就是顶级域名对应的 IP。其实 DNS也就是个分布式层级数据库。注册域名也就是向数据库添加一条记录。但是不是免费注册的。

DNS Zone

DNS Zone

可以看到整个 DNS 层级树,每一个节点对应一个 Zone。

uncached DNS lookup

dns-look-up

图中 OS stub resovler 就是负责 DNS 解析的进程,发起 DNS 递归查询请求。 local dns server 发起迭代查询,查询域名对应的 IP。之后返给 OS stub resovler

  1. 这个进程向 local dns server 发起递归查询。也就是只需要等 local dns server 查询结果就行。
  2. local dns server 发起迭代查询。因为 local dns server 有所有 root server 的 IP,选择一个 IP,根据顶级域名属于哪一个 TLD Zone, 发起迭代查询。
  3. 可以查询得到记录这个顶级域名的 TLD server 有哪些,以及这些服务器的 IP。
  4. local dns server 选择一个 TLD server,发起迭代查询。
  5. 得到这个域名的权威服务器。
  6. 选择一个权威服务器,发起迭代查询,查询域名对应的 IP。
  7. local dns server 从权威服务器得到域名对应的 IP。
  8. 返还给 OS stub resovler。递归查询结束。

有没有其他解决方案

dig 命令

dig domainname

 ~ dig github.com

; <<>> DiG 9.10.6 <<>> github.com
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 23033
;; flags: qr rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 1, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 0

;; QUESTION SECTION:
;github.com.   IN A

;; ANSWER SECTION:
github.com.  17 IN A 52.74.223.119  # github.com. 这个域名对应的一个 ip

;; Query time: 14 msec
;; SERVER: 61.139.2.69#53(61.139.2.69)
;; WHEN: Thu Apr 23 19:53:17 CST 2020
;; MSG SIZE  rcvd: 44

wireshark 抓包验证实际的网络架构

TCP/IP stack

tcp-ip-stack

dig +trace domainname

~ dig +trace github.com

; <<>> DiG 9.10.6 <<>> +trace github.com
;; global options: +cmd
.   81219 IN NS k.root-servers.net.
.   81219 IN NS e.root-servers.net.
.   81219 IN NS b.root-servers.net.
.   81219 IN NS a.root-servers.net.
.   81219 IN NS m.root-servers.net.
.   81219 IN NS l.root-servers.net.
.   81219 IN NS d.root-servers.net.
.   81219 IN NS f.root-servers.net.
.   81219 IN NS g.root-servers.net.
.   81219 IN NS h.root-servers.net.
.   81219 IN NS j.root-servers.net.
.   81219 IN NS c.root-servers.net.
.   81219 IN NS i.root-servers.net.
;; Received 228 bytes from 61.139.2.69#53(61.139.2.69) in 15 ms #local dns server,本地 DNS 拥有完整的 root server ip 列表。内置到本地 DNS 服务器。

com.   172800 IN NS l.gtld-servers.net.  # 记录 com. 这个顶级域名的服务器,generic top level domain server
com.   172800 IN NS b.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS c.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS d.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS e.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS f.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS g.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS a.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS h.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS i.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS j.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS k.gtld-servers.net.
com.   172800 IN NS m.gtld-servers.net.
com.   86400 IN DS 30909 8 2 E2D3C916F6DEEAC73294E8268FB5885044A833FC5459588F4A9184CF C41A5766
com.   86400 IN RRSIG DS 8 1 86400 20200506050000 20200423040000 48903 . Enqd4bffSJHlv8mqHcAptS9+fHo3cg6vCIQgrOZ3aBfx2nG4CjS27iEG 6u6NsPfcKVrz7RoU2xDtDMNJOcMBJdJe/lGNeo14N69SM0/MV2Z8wZBD HRPd2Y8Z1nyc7EnDbkFzuWV5G6vafaQa4KTQpG6jGOPIQpYESNiinxfy 0QQWUJELvjSOideCPqQcug2P2Pln7BzWiqFSg6I8d1h44349LsXcbr5W zJwZQJKLoDd0ysyGl5Bq3UZgfWYvTJFmmZ/OwKYT4QQ4BE0MtbVwae8X 9yI6d9jENsz+eebEEtxLt6o/LNQb3PdNhUH1PC1pxfHiEiNyYUcvbJdf Flgntg==
;; Received 1170 bytes from 192.203.230.10#53(e.root-servers.net) in 211 ms # 从 e.root-servers.net 这个 root server 查询到的 TLD namesever,也就是存储 com. 这个顶级域名的服务器。

github.com.  172800 IN NS ns1.p16.dynect.net. # 记录 github.com. 这个域名的权威服务器
github.com.  172800 IN NS ns3.p16.dynect.net.
github.com.  172800 IN NS ns2.p16.dynect.net.
github.com.  172800 IN NS ns4.p16.dynect.net.
github.com.  172800 IN NS ns-520.awsdns-01.net.
github.com.  172800 IN NS ns-421.awsdns-52.com.
github.com.  172800 IN NS ns-1707.awsdns-21.co.uk.
github.com.  172800 IN NS ns-1283.awsdns-32.org.
CK0POJMG874LJREF7EFN8430QVIT8BSM.com. 86400 IN NSEC3 1 1 0 - CK0Q1GIN43N1ARRC9OSM6QPQR81H5M9A  NS SOA RRSIG DNSKEY NSEC3PARAM
CK0POJMG874LJREF7EFN8430QVIT8BSM.com. 86400 IN RRSIG NSEC3 8 2 86400 20200427045033 20200420034033 39844 com. BDAWMm4AsSRfrBwOXhNN8ihw++J2UkhEk8A6LeSIz1llDs5kt0CcOqTM OK1txlQNr3N0k1RTBW/hkEZ1mxjIHF2GARt/hpO43ILPBVs/vhKAKCKh A96XJG+NzN0t/heB6mFNASKAcmVdfT5a0tVkmmzhGktDp5ECdZAIFRhZ 8y6jxsUhGP7ZiN1AfFBi1cWeSth5FW4Btpy9RffVKg5lIA==
4KB4DFS71LEP8G8P8VT4CCUSQNL4CNCS.com. 86400 IN NSEC3 1 1 0 - 4KB4PTQQ5CTA7POCTGM7RUFC8B1RKTEU  NS DS RRSIG
4KB4DFS71LEP8G8P8VT4CCUSQNL4CNCS.com. 86400 IN RRSIG NSEC3 8 2 86400 20200428061912 20200421050912 39844 com. PFN1p6XvR4SmD4ucRULmtYIMQkFf/ZrdEWz6bRVtcepYF6QwTC/VOVYM 7PV0tuTTdr1LqkUwQJ7mv23vtKnjFba2Cf7pBOTz9JuCHUC0Qml9cOc6 Cwjhx7haj6h0VEzS+oIY7l2p/af/B36iQCXASVN3Y6s/i+66iXIg905z GqFnAKOgR0R4KJx5KwHIzBkgxr/I/SyCd+HNw+2fr15X0w==
;; Received 824 bytes from 192.26.92.30#53(c.gtld-servers.net) in 173 ms # 从 c.gtld-servers.net 这个 TLD nameserver 查询到存储 github.com. 这个域名的权威服务器。

github.com.  60 IN A 13.250.177.223 # 得到了 github.com. 这个域名的一个 ip
github.com.  900 IN NS ns-1707.awsdns-21.co.uk.
github.com.  900 IN NS ns3.p16.dynect.net.
github.com.  900 IN NS ns2.p16.dynect.net.
github.com.  900 IN NS ns-1283.awsdns-32.org.
github.com.  900 IN NS ns-421.awsdns-52.com.
github.com.  900 IN NS ns-520.awsdns-01.net.
github.com.  900 IN NS ns4.p16.dynect.net.
github.com.  900 IN NS ns1.p16.dynect.net.
;; Received 275 bytes from 204.13.250.16#53(ns2.p16.dynect.net) in 198 ms 从 ns2.p16.dynect.net 这个权威服务器查询到的 github.com. 的 ip 是 13.250.177.223。至此,得到域名对应的 ip。

DNS 记录类型

CNAME

Canonical Name 域名指向另一个域名。见下图:

{% asset_img ping-music.163.com.png tcp-ip-stack %}

A

address ip address

NS

name server 保存下一级域名的服务器,只设置成域名

PTR

pointer record,根据 ip 查询域名。类似 ARP,用 ip 找 MAC 地址。

MX

mail exchange 电子邮件服务器

Reference

  1. DNS 入门
  2. Introduction and Layered Network Architecture
  3. root servers ips
  4. all-root-servers
  5. rfc-dns
  6. dns-server-types
  7. what is dns
  8. what is recursive dns
  9. dns record types
  10. ascii
  11. dns-zone