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超清晰的 DNS 原理入門指南

(給資料分析與開發加星標,提升資料技能

來源:阮一峰

www.ruanyifeng.com/blog/2016/06/dns.html

DNS 是互聯網核心協議之一。不管是上網瀏覽,還是編程開發,都需要瞭解一點它的知識。


本文詳細介紹DNS的原理,以及如何運用工具軟體觀察它的運作。我的標的是,讀完此文後,你就能完全理解DNS。



一、DNS 是什麼?


DNS (Domain Name System 的縮寫)的作用非常簡單,就是根據域名查出IP地址。你可以把它想象成一本巨大的電話本。


舉例來說,如果你要訪問域名math.stackexchange.com,首先要通過DNS查出它的IP地址是151.101.129.69。


如果你不清楚為什麼一定要查出IP地址,才能進行網絡通信,建議先閱讀我寫的 《互聯網協議入門》 。


二、查詢過程


雖然只需要傳回一個IP地址,但是DNS的查詢過程非常複雜,分成多個步驟。


工具軟體dig可以顯示整個查詢過程。


dig math.stackexchange.com


上面的命令會輸出六段信息。



第一段是查詢引數和統計。



第二段是查詢內容。



上面結果表示,查詢域名math.stackexchange.com的A記錄,A是address的縮寫。


第三段是DNS服務器的答覆。


上面結果顯示,math.stackexchange.com有四個A記錄,即四個IP地址。600是TTL值(Time to live 的縮寫),表示快取時間,即600秒之內不用重新查詢。


第四段顯示stackexchange.com的NS記錄(Name Server的縮寫),即哪些服務器負責管理stackexchange.com的DNS記錄。



上面結果顯示stackexchange.com共有四條NS記錄,即四個域名服務器,向其中任一臺查詢就能知道math.stackexchange.com的IP地址是什麼。


第五段是上面四個域名服務器的IP地址,這是隨著前一段一起傳回的。


第六段是DNS服務器的一些傳輸信息。



上面結果顯示,本機的DNS服務器是192.168.1.253,查詢端口是53(DNS服務器的預設端口),以及回應長度是305位元組。


如果不想看到這麼多內容,可以使用+short引數。


dig +short math.stackexchange.com

151.101.129.69
151.101.65.69
151.101.193.69
151.101.1.69


上面命令只傳回math.stackexchange.com對應的4個IP地址(即A記錄)。


三、DNS服務器


下麵我們根據前面這個例子,一步步還原,本機到底怎麼得到域名math.stackexchange.com的IP地址。


首先,本機一定要知道DNS服務器的IP地址,否則上不了網。通過DNS服務器,才能知道某個域名的IP地址到底是什麼。



DNS服務器的IP地址,有可能是動態的,每次上網時由網關分配,這叫做DHCP機制;也有可能是事先指定的固定地址。Linux系統裡面,DNS服務器的IP地址儲存在/etc/resolv.conf檔案。


上例的DNS服務器是192.168.1.253,這是一個內網地址。有一些公網的DNS服務器,也可以使用,其中最有名的就是Google的8.8.8.8和Level 3的4.2.2.2。


本機只向自己的DNS服務器查詢,dig命令有一個@引數,顯示向其他DNS服務器查詢的結果。


dig @4.2.2.2 math.stackexchange.com


上面命令指定向DNS服務器4.2.2.2查詢。


四、域名的層級


DNS服務器怎麼會知道每個域名的IP地址呢?答案是分級查詢。


請仔細看前面的例子,每個域名的尾部都多了一個點。



比如,域名math.stackexchange.com顯示為math.stackexchange.com.。這不是疏忽,而是所有域名的尾部,實際上都有一個根域名。


舉例來說,www.example.com真正的域名是www.example.com.root,簡寫為www.example.com.。因為,根域名.root對於所有域名都是一樣的,所以平時是省略的。


根域名的下一級,叫做”頂級域名”(top-level domain,縮寫為TLD),比如.com、.net;再下一級叫做”次級域名”(second-level domain,縮寫為SLD),比如www.example.com裡面的.example,這一級域名是用戶可以註冊的;再下一級是主機名(host),比如www.example.com裡面的www,又稱為”三級域名”,這是用戶在自己的域裡面為服務器分配的名稱,是用戶可以任意分配的。


總結一下,域名的層級結構如下。


主機名.次級域名.頂級域名.根域名
# 即
host.sld.tld.root


五、根域名服務器


DNS服務器根據域名的層級,進行分級查詢。


需要明確的是,每一級域名都有自己的NS記錄,NS記錄指向該級域名的域名服務器。這些服務器知道下一級域名的各種記錄。


所謂”分級查詢”,就是從根域名開始,依次查詢每一級域名的NS記錄,直到查到最終的IP地址,過程大致如下。


  1. 從”根域名服務器”查到”頂級域名服務器”的NS記錄和A記錄(IP地址)

  2. 從”頂級域名服務器”查到”次級域名服務器”的NS記錄和A記錄(IP地址)

  3. 從”次級域名服務器”查出”主機名”的IP地址


仔細看上面的過程,你可能發現了,沒有提到DNS服務器怎麼知道”根域名服務器”的IP地址。回答是”根域名服務器”的NS記錄和IP地址一般是不會變化的,所以內置在DNS服務器裡面。


下麵是內置的根域名服務器IP地址的一個例子。



上面串列中,列出了根域名(.root)的三條NS記錄A.ROOT-SERVERS.NET、B.ROOT-SERVERS.NET和C.ROOT-SERVERS.NET,以及它們的IP地址(即A記錄)198.41.0.4、192.228.79.201、192.33.4.12。


另外,可以看到所有記錄的TTL值是3600000秒,相當於1000小時。也就是說,每1000小時才查詢一次根域名服務器的串列。


目前,世界上一共有十三組根域名服務器,從A.ROOT-SERVERS.NET一直到M.ROOT-SERVERS.NET。


六、分級查詢的實體


dig命令的+trace引數可以顯示DNS的整個分級查詢過程。


dig +trace math.stackexchange.com


上面命令的第一段列出根域名.的所有NS記錄,即所有根域名服務器。



根據內置的根域名服務器IP地址,DNS服務器向所有這些IP地址發出查詢請求,詢問math.stackexchange.com的頂級域名服務器com.的NS記錄。最先回覆的根域名服務器將被快取,以後只向這台服務器發請求。


接著是第二段。



上面結果顯示.com域名的13條NS記錄,同時傳回的還有每一條記錄對應的IP地址。


然後,DNS服務器向這些頂級域名服務器發出查詢請求,詢問math.stackexchange.com的次級域名stackexchange.com的NS記錄。



上面結果顯示stackexchange.com有四條NS記錄,同時傳回的還有每一條NS記錄對應的IP地址。


然後,DNS服務器向上面這四台NS服務器查詢math.stackexchange.com的主機名。



上面結果顯示,math.stackexchange.com有4條A記錄,即這四個IP地址都可以訪問到網站。並且還顯示,最先傳回結果的NS服務器是ns-463.awsdns-57.com,IP地址為205.251.193.207。


七、NS 記錄的查詢


dig命令可以單獨查看每一級域名的NS記錄。


dig ns com
dig ns stackexchange.com


+short引數可以顯示簡化的結果。


dig +short ns com
dig +short ns stackexchange.com


八、DNS的記錄型別


域名與IP之間的對應關係,稱為”記錄”(record)。根據使用場景,”記錄”可以分成不同的型別(type),前面已經看到了有A記錄和NS記錄。


常見的DNS記錄型別如下。


(1) A:地址記錄(Address),傳回域名指向的IP地址。

(2) NS:域名服務器記錄(Name Server),傳回儲存下一級域名信息的服務器地址。該記錄只能設置為域名,不能設置為IP地址。

(3)MX:郵件記錄(Mail eXchange),傳回接收電子郵件的服務器地址。

(4)CNAME:規範名稱記錄(Canonical Name),傳回另一個域名,即當前查詢的域名是另一個域名的跳轉,詳見下文。

(5)PTR:逆向查詢記錄(Pointer Record),只用於從IP地址查詢域名,詳見下文。

一般來說,為了服務的安全可靠,至少應該有兩條NS記錄,而A記錄和MX記錄也可以有多條,這樣就提供了服務的冗餘性,防止出現單點失敗。


CNAME記錄主要用於域名的內部跳轉,為服務器配置提供靈活性,用戶感知不到。舉例來說,facebook.github.io這個域名就是一個CNAME記錄。


$ dig facebook.github.io
...
;; ANSWER SECTION:
facebook.github.io. 3370    IN  CNAME   github.map.fastly.net.
github.map.fastly.net.  600 IN  A   103.245.222.133


上面結果顯示,facebook.github.io的CNAME記錄指向github.map.fastly.net。也就是說,用戶查詢facebook.github.io的時候,實際上傳回的是github.map.fastly.net的IP地址。這樣的好處是,變更服務器IP地址的時候,只要修改github.map.fastly.net這個域名就可以了,用戶的facebook.github.io域名不用修改。


由於CNAME記錄就是一個替換,所以域名一旦設置CNAME記錄以後,就不能再設置其他記錄了(比如A記錄和MX記錄),這是為了防止產生衝突。舉例來說,foo.com指向bar.com,而兩個域名各有自己的MX記錄,如果兩者不一致,就會產生問題。由於頂級域名通常要設置MX記錄,所以一般不允許用戶對頂級域名設置CNAME記錄。


PTR記錄用於從IP地址反查域名。dig命令的-x引數用於查詢PTR記錄。


$ dig -x 192.30.252.153
...
;; ANSWER SECTION:
153.252.30.192.in-addr.arpa. 3600 IN    PTR pages.github.com.


上面結果顯示,192.30.252.153這台服務器的域名是pages.github.com。


逆向查詢的一個應用,是可以防止垃圾郵件,即驗證發送郵件的IP地址,是否真的有它所聲稱的域名。


dig命令可以查看指定的記錄型別。


dig a github.com
dig ns github.com
dig mx github.com


九、其他DNS工具


除了dig,還有一些其他小工具也可以使用。


(1)host 命令


host命令可以看作dig命令的簡化版本,傳回當前請求域名的各種記錄。


$ host github.com

github.com has address 192.30.252.121
github.com mail is handled by 5 ALT2.ASPMX.L.GOOGLE.COM.
github.com mail is handled by 10 ALT4.ASPMX.L.GOOGLE.COM.
github.com mail is handled by 10 ALT3.ASPMX.L.GOOGLE.COM.
github.com mail is handled by 5 ALT1.ASPMX.L.GOOGLE.COM.
github.com mail is handled by 1 ASPMX.L.GOOGLE.COM.

$ host facebook.github.com

facebook.github.com is an alias for github.map.fastly.net.
github.map.fastly.net has address 103.245.222.133


host命令也可以用於逆向查詢,即從IP地址查詢域名,等同於dig -x 。


$ host 192.30.252.153
153.252.30.192.in-addr.arpa domain name pointer pages.github.com.


(2)nslookup 命令


nslookup命令用於互動式地查詢域名記錄。


$ nslookup

>
 facebook.github.io
Server:     192.168.1.253
Address:    192.168.1.253#53

Non-authoritative answer:
facebook.github.io  canonical name = github.map.fastly.net.
Name:   github.map.fastly.net
Address: 103.245.222.133
>


(3)whois 命令


whois命令用來查看域名的註冊情況。


$ whois github.com


十、參考文章

  • DNS: The Good Parts, by Pete Keen

  • DNS 101, by Mark McDonnell



附:DNS百科


DNS(Domain Name System,域名系統),因特網上作為域名和IP地址相互映射的一個分佈式資料庫,能夠使用戶更方便的訪問互聯網,而不用去記住能夠被機器直接讀取的IP數串。通過主機名,最終得到該主機名對應的IP地址的過程叫做域名解析(或主機名解析)。DNS協議運行在UDP協議之上,使用端口號53。在RFC文件中RFC 2181對DNS有規範說明,RFC 2136對DNS的動態更新進行說明,RFC 2308對DNS查詢的反向快取進行說明。


DNS功能


每個IP地址都可以有一個主機名,主機名由一個或多個字串組成,字串之間用小數點隔開。有了主機名,就不要死記硬背每台IP設備的IP地址,只要記住相對直觀有意義的主機名就行了。這就是DNS協議所要完成的功能。


主機名到IP地址的映射有兩種方式:

1)靜態映射,每台設備上都配置主機到IP地址的映射,各設備獨立維護自己的映射表,而且只供本設備使用;

2)動態映射,建立一套域名解析系統(DNS),只在專門的DNS服務器上配置主機到IP地址的映射,網絡上需要使用主機名通信的設備,首先需要到DNS服務器查詢主機所對應的IP地址。


通過主機名,最終得到該主機名對應的IP地址的過程叫做域名解析(或主機名解析)。在解析域名時,可以首先採用靜態域名解析的方法,如果靜態域名解析不成功,再採用動態域名解析的方法。可以將一些常用的域名放入靜態域名解析表中,這樣可以大大提高域名解析效率。


DNS安全問題

1.針對域名系統的惡意攻擊:DDOS攻擊造成域名解析癱瘓。

2.域名劫持:修改註冊信息、劫持解析結果。

3.國家性質的域名系統安全事件:“.ly”域名癱瘓、“.af”域名的域名管理權變更。

4.系統上運行的DNS服務存在漏洞,導致被黑客獲取權限,從而篡改DNS信息。

5.DNS設置不當,導致泄漏一些敏感信息。提供給黑客進一步攻擊提供有力信息。

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