【云计算 IT 基础知识】 5.5.2 DNS

muzilan 2016-08-20 10:54:28

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5.5.2 DNS

概念

域名系统DNS（Domain Name System）是一种能够完成从名称到地址或从地址到名称的映射系统。在使用DNS的情况下，计算机用户可以间接地通过域名来完成通信。Internet中的DNS被设计成为一个联机分布式数据库系统，采用客户/服务器方式工作。分布式的机构使DNS具有很强的容错性。

域名空间

域名空间是一种具有层次结构的命名空间。其设计方式为所有的名称由倒置的树结构定义，根节点位于顶部。树的级别有0级（根节点）到127级，一共128级。整棵树汇聚到根节点，树的每一层定义了一个层次级别。域名空间如图5-34所示。

树中的每一个节点有一个标号（label）。标号是一个最多包含63个字符的字符串。根节点的标号是空字符串（空串）。DNS要求每一个节点的子节点（同一节点的分枝节点）有不同的标号，以确保域名的唯一性。

树中的每一个节点构成一个域名。一个完整的域名是用符号“.”分隔的标号序列。域名总是从节点向上读取到根节点。最后一个标号是根节点的标号（为空）。

DNS是一种可以用于不同平台的协议。在Internet中，域名空间（树）分为三个不同部分：

l 国家域
第一级采用两字符的国家英文名缩写（例如cn代表中国）。第二级标号可以是组织
机构，或者由自己国家自行指定。
l 通用域
最初的7个三字符域标号和新增的7个域标号，如表5-15所示。

l 反向域
用于将地址映射为名称。反向域的第一、二级节点为单节点，分别称为arpa和inaddr。域的其他部分用于定义IP地址。

处理反向域的服务器也是层次结构的。地址的网络号部分所处的层次高于主机号部分所处的层次。为整个网站服务的服务器所处的层次高于为子网服务的服务器。这种配置方法使得反向域与通用域或者国家域相比，看起来是倒置的。按照由下向上读取标号的约定，一个IP地址如140.252.13.33（一个B类地址，网络号是140.252）会被读取为33.13.252.140.in-addr.arpa.。

名称地址解析

在解析时需要使用DNS客户端的解析器。名称地址解析包括将名称映射为地址和将地址映射为名称。

解析过程如下：
1. 主机进程调用解析器。
2. 解析器向最近的DNS服务器发送映射请求：
l 将名称映射为地址：解析器向服务器提交域名。
l 将地址映射为名称：解析器向服务器提交经过处理的地址（例如33.13.252.140.inaddr.arpa.）。
3. 服务器判断是否含有解析器需要的信息：
l 是，向解析器发送映射响应。
l 否，将解析器指向其他服务器，或者请求其他服务器提供映射信息。解析器或其他服务器进行类似处理，直至服务器向解析器发送映射响应。
4. 解析器收到并解析该映射响应，以确定该响应是一个真正的解析还是一个错误。
5. 解析器将结果传递给发出解析请求的主机进程。

解析方式分为如下两种：
l 递归解析
客户端（解析器）期望服务器提供最终答案。如果服务器是被查询域名的授权者，服务器会检查其数据库并做出响应。如果服务器不是授权者，服务器会把请求发送给其他服务器（通常是父服务器），并等待响应。如果父服务器是授权者，父服务器就做出响应。否则父服务器仍把查询发送给其他服务器。当查询最终得到解析后，响应就回溯，直到最终到达发出请求的客户端。

递归解析的流程示意图如图5-35所示。

流程说明如下：
1. 客户机向.edu域名服务器发送查询请求，希望获知域名test.china.huawei.com对应的IP地址。
2. .edu域名服务器发现自己不是该域名的授权者，将该请求发送给根域名服务器。
3. 根域名服务器发现自己也不是该域名的授权者，将该请求发送给.com域名服务器。
4. .com域名服务器发现自己也不是该域名的授权者，将该请求发送给.huawei.com域名服务器。
5. .huawei.com域名服务器发现自己也不是该域名的授权者，将该请求发送给.china.huawei.com域名服务器。
6. .china.huawei.com域名服务器发现自己是该域名的授权者，查询得到该域名对应的IP地址，并将其发送给.huawei.com域名服务器。
7. .huawei.com域名服务器将其发送给.com域名服务器。
8. .com域名服务器将其发送给根域名服务器。
9. 根域名服务器将其发送给.edu域名服务器。
10. .edu域名服务器将其发送给客户机。

l 迭代解析
如果客户端没有请求递归查询，则映射以迭代的形式完成。如果服务器是名称的授权者，服务器发送应答；反之，服务器会返回一个它认为能够解析该查询的服务器的IP地址给客户端，由客户端负责向第二台服务器重复发送请求。如果新的地址解析服务器能够解析该问题，就用IP地址响应该请求。否则，第二台服务器再向客户端返回新的地址解析服务器的IP地址。客户端则向第三台服务器重复发送请求。重复类似过程，直至客户端查询到最终结果。

迭代解析的流程示意图如图5-36所示。

流程说明如下：
1. 客户机向.edu域名服务器发送查询请求，希望获知域名test.china.huawei.com对应的IP地址。
2. .edu域名服务器发现自己不是该域名的授权者，向客户机返回根域名服务器的IP地址。
3. 客户机向根域名服务器发送查询请求。
4. 根域名服务器发现自己也不是该域名的授权者，向客户机返回.com域名服务器的IP地址。
5. 客户机向.com域名服务器发送查询请求。
6. .com域名服务器发现自己也不是该域名的授权者，向客户机返回.huawei.com域名服务器的IP地址。
7. 客户机向.huawei.com域名服务器发送查询请求。
8. .huawei.com域名服务器发现自己也不是该域名的授权者，向客户机返回.china.huawei.com域名服务器的IP地址。
9. 客户机向.china.huawei.com域名服务器发送查询请求。
10. .china.huawei.com域名服务器发现自己是该域名的授权者，查询得到该域名对应的IP地址，并将其发送给客户机。

高速缓存

服务器每次接收到不属于自己域的名称请求时，它需要搜索自己的数据库以查找一台服务器的IP地址。缩短查询时间能提高效率。DNS使用高速缓存机制处理该问题。当服务器向其他服务器请求映射并得到回应时，它首先将该信息存储在高速缓存中，然后再发送给客户端。如果同一客户端或者其他客户请求同一映射，它会检查地高速缓存解析该请求。且需要通知客户该响应来自于高速缓存而不是来源于授权服务器，服务器会将该响应标志为“非授权性的”。

高速缓存能够提高解析速度，但也存在问题。如果一台服务器长时间缓存一种映射，可
能会发送给客户端一个过期的映射。通常有如下两种技术可以防止发生这种情况：
l 授权服务器始终给映射增加称为TTL（Time to Live）的信息。TTL以秒为单位，定义接收服务器可以缓存该信息的持续时间。超过该时间，映射变为无效，任何请求必须再次发送到授权服务器。
l DNS需要每一台服务器为它缓存的每一个映射保存一个TTL计数器。高速缓存会定期检查，清除TTL已经过期的映射。

报文格式

DNS报文由12字节长的首部和4个长度可变的字段组成，其报文格式如图5-37所示。