8.DNS ：域名系统

前面已经提到了访问一台机器要靠IP地址和MAC地址，其中，MAC地址可以通过ARP协议得到，所以这对用户是透明的，但是IP地址就不行，无论如何用户都需要用一个指定的IP来访问一台计算机，而IP地址又非常不好记，于是就出现了DNS系统。

1.DNS系统介绍

DNS的全称是Domain Name System。它负责把FQDN(域名)翻译成一个IP。最初的DNS系统使用的是一个巨大的hosts.txt文件（windows中就有这个文件），可是一段时间以后，开发者就不得不用数据库来代替hosts.txt文件，最终发展到了现在的分布式数据库。

windows中的hosts文件：

DNS系统结构图

DNS系统是一个巨大的树，最上方有一个未命名树根，代表根域服务器，顶级域名的解析由根域服务器提供支持。

顶级域名分为3个部分：

1. arpa是一个用作地址到名字转换的特殊域。（用于支持ptr反向查询）。

2. 7个3个字符长的普通域，也叫组织域，分别是company ，education，government，international，military，net，organization

3. 所有2字符长的域都是国家域，依据ISO3166中定义的国家代码。

一个独立管理的DNS子树叫做zone，最常见的区域就是二级域名，比如说.com.cn。我们还可以把这个二级域名给划分成更小的区域，比如说sina.com.cn。

DNS系统是一个分布式的数据库，当一个数据库发现自己并没有某查询所需要的数据的时候，它将把查询转发出去，而转发的目的地通常是根服务器，根服务器从上至下层层转发查询，直到找到目标为止。DNS还有一个特点就是使用高速缓存，DNS把查询过的数据缓存在闪存里，以便于下次查询时使用。

2.DNS协议

DNS报文定义了一个既可以查询也可以响应的报文格式。对各个字段简单解释如下

最前面的16个bit唯一的标示了问题号码，用于查询端区别自己的查询。
紧接着的16个bit又可以做进一步的细分，标示了报文的性质和一些细节，比如说是查询报文还是响应报文，需要递归查询与否（一般服务器都支持递归查询，而且不需要任何设置，BIND就是这样）
查询问题后面有查询类型，包括A，NS，CNAME，PTR，HINFO，MX。
响应报文可以回复多个IP，也就是说，域名可以和多个IP地址对应，并且有很多CNAME。

主要资源类型：A记录：ip地址；CNAME记录：别名记录；ptr 记录：用于支持反向查询，由IP地址反查域名；MX记录：邮件服务器地址

3.反向查询

正向查询指的是通过域名得到IP的查询，而反向查询就是通过IP得到域名。例如用host命令，host ip就可以得到服务器的域名，host domainName 就得到IP。

稍微知道一点数据结构的人都能意识到，在正向查询的域里面做反向查询，其做法只有遍历整个数据集合----对于DNS来说，那就是遍历整个数据库，这将带来巨大的负担，所以DNS采取了另一种方法，使用另一棵子树来维护IP-〉域名的对应表。这个子树的根节点是in-addr.arpa,而一个IP例如192.168.11.2所具有的DNS地址就是 2.11.168.192.in-addr.arpa（ip倒置）。在DNS系统里面，一个反向地址对应一个PTR纪录（对应A纪录），所以反向查询又叫做指针(PTR)查询。

4.其他问题的讨论

4.1.DNS服务器高速缓存

为了减少Internet上的DNS的通信量，所有的名字服务器均使用高速缓存，存放最近用过的名字以及从何处获得名字映射信息的记录。

4.2.用UDP还是TCP

DNS服务器支持TCP和UDP两种协议的查询方式，而且端口都是53。而大多数的查询都是UDP查询的，一般需要TCP查询的有两种情况：

当查询数据多大以至于产生了数据截断(TC标志为1)（说明响应数据报超过了512bytes），这时，需要利用TCP的分片能力来进行数据传输。
当主（master）服务器和辅（slave）服务器之间通信，辅服务器要拿到主服务器的ZONE信息的时候。