在我们通过浏览器打开页面时，幕后都在使用 DNS。那么什么是 DNS 呢？DNS 代表域名系统。它允许我们打开网站而无需记住访问网站的 IP 地址。当我们访问 www.baidu.com 时，浏览器是不知道 baidu.com 是什么。它只识别 110.242.68.66 等 IP 地址。DNS 帮助我们将 www.baidu.com 等人类可读的域名转换为其实际 IP 地址（110.242.68.66），以便我们可以访问该网站。它是将域名转换为 IP 地址的互联网目录。我们访问的每个网站都会经过 DNS，但它的速度非常快，以至于我们在日常生活中甚至没有注意到它。有没有想过它在幕后是如何运作的？本文，我们将探索这一个过程的所有步骤，从浏览器开始，直到 DNS 返回 IP 地址。但在这之前，我们首先需要了解域名的结构，了解这一点对于理解 DNS 是如何有效工作是至关重要的。
域名的结构
我们已 www.baidu.com 为例，来分解域名的 3 个部分。
- 子域名：这是域名的最前面部分，没有提及时默认为
www。例如我们上述域名的子域名就是www。 - 域名：实际域名的名称，例如我们上述域名的域名名称就是
baidu。 - 顶级域名：域名最后一个点之后的最后一段。它们是域名层次结构的顶层。例如我们上述域名的顶级域名就是
.com。
下文中我们将会用到这些术语，所以需要对其有一个基本的了解。
DNS 如何工作
以下是 DNS 工作原理的分步过程：
- Local Cache：本地缓存。首先，浏览器会检查自己的缓存，看是否有网站的 IP 地址。对于经常访问的网站或流行的网站，如 Baidu、Google 等，浏览器将使用缓存的 IP。如果浏览器在其缓存中找不到该 URL，它将询问操作系统缓存中是否有该域的 IP 地址。缓存由浏览器和操作系统共同维护（例如 cURL 等工具）。
- DNS Query：DNS 查询。当两个缓存都没有返回任何结果时，操作系统会将 DNS 查询发送给 DNS 解析器。查询通常是对解析器的 UDP 请求，它是无状态的并且比 TCP 快得多。
- DNS Resolver：DNS 解析器。操作系统使用的 DNS 解析器通常由我们的 ISP（互联网服务提供商）提供，也可以来自 Google (8.8.8.8) 或 Cloudflare (1.1.1.1)。与前面的步骤一样，DNS 解析器也有一个缓存，它通过每个域名所有者设置的 TTL（生存时间）来维护（稍后会详细介绍），因此如果域名缓存存在，那么它将直接返回 IP，否则将继续下一步。
- Root Name Servers：根服务器。DNS 解析器如果在缓存中找不到 IP，就会查询其中一个根域名服务器。根域名服务器是最具权威性的域名服务器，全球只有 13 个命名的根服务器（命名为 a - m），由 ICANN 管理。根域名服务器将返回 TLD 域名服务器。例如，如果我们查询 www.baidu.com，根域名服务器将返回 .com TLD 的域名服务器列表。
- TLD Name Servers：TLD 名称服务器。现在，解析器将查询最近的 TLD 名称服务器（通过 Anycast 功能），并向其询问管理域名的权威名称服务器。请注意，TLD 名称服务器并不知道域名的 IP，但它会返回一个实际管理域名的附加名称服务器。
- Authoritative Name Servers：权威名称服务器。解析器将向权威名称服务器查询域名的 IP 地址。该名称服务器实际上存储了该域名的 DNS 记录，如 A、AAAA、CNAME 等（稍后详述）。它将返回域名的 IP 地址。
- Returning the IP：返回 IP。解析器从权威名称服务器获取 IP 地址后，会缓存 IP，并将 IP 返回操作系统，由操作系统再次缓存，然后再返回浏览器。
从缓存查询到 DNS 解析器的整个过程称为 DNS 查询。您可以使用以下工具对任何网站进行查询：
代码语言：javascript复制nslookup {domain_name}
例如：
代码语言：javascript复制$ nslookup www.baidu.com
Non-authoritative answer:
DNS request timed out.
timeout was 2 seconds.
Server: UnKnown
Address: 10.198.1.1
DNS request timed out.
timeout was 2 seconds.
DNS request timed out.
timeout was 2 seconds.
Name: www.baidu.com
Addresses: 240e:ff:e020:966:0:ff:b042:f296
240e:ff:e020:9ae:0:ff:b014:8e8b
183.2.172.185
183.2.172.42
现在，让我们来谈谈 DNS 记录、它们的含义以及添加 DNS 记录的过程。
DNS 记录
DNS 记录是各种类型记录中关于域名的信息。这些信息存储在权威名称服务器中（Authoritative Name Servers）。记录有多种类型，其中包括：
- A Record：A 记录。该记录存储域名的 IPv4 地址。
- AAAA Record：AAAA 记录。该记录存储域名的 IPv6 地址。
- CNAME Record：CNAME 记录。该记录是域名的规范名称记录。它用于为域名的不同子域设置别名。
- MX Record：MX 记录。它指向域名的邮件交换服务器。
- ... 还有更多
添加 DNS 记录会发生什么？
- 当有人从注册商（如 阿里云）购买域名时，他可以选择由谁来管理该域名。它可以由注册商（使用自己的名称服务器）或任何其他自定义名称服务器（例如 Cloudflare 或自制）提供。
- 一旦他为自己的域名选择了一个域名服务器，他就可以为该域名添加一个 DNS 记录和一个 TTL，以告诉解析器何时使系统中的 DNS 记录缓存过期。
- 一旦 DNS 记录被填充，该信息就会传播到域名的顶级域名服务器，这样当解析器尝试查询 IP 时，就会知道哪个权威域名服务器拥有该信息。向整个 DNS 网络共享这一传播信息可能需要一些时间。
DNS 安全
由于大多数 DNS 查询使用 UDP 协议进行，这使得 DNS 查询容易受到攻击，因为任何黑客都可以拦截从操作系统发送到解析器的网络数据包，并且可以知道客户端 IP 及其尝试访问的站点。还有另一种称为 DNS 欺骗的攻击，其中黑客在域名解析器中存储错误信息，因此，该数据被缓存在解析器中，导致某人访问受感染的站点，直到 TTL 过期。为确保 DNS 安全采取了多种措施，如 DNSSEC[1] 和 DNS over HTTPS (DoH)[2]，但由于缺乏认识，这些措施仍未被广泛采用。
结论
DNS 是运行互联网的支柱，它让我们意识到，如果没有它，互联网就不会是今天的样子。对于那些想进一步了解该主题的人，可以查看：
- 什么是 DNS：https://www.cloudflare.com/learning/dns/what-is-dns/
参考资料
[1]
DNSSEC: https://www.cloudflare.com/learning/dns/dns-security/
[2]
DNS over HTTPS (DoH): https://developers.cloudflare.com/1.1.1.1/encryption/dns-over-https/
