HTTP第四讲——域名和DNS

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IP 协议的职责是“网际互连”,它在 MAC 层之上,使用 IP 地址把 MAC 编号转换成了四位数字,这就对物理网卡的 MAC 地址做了一层抽象,发展出了许多的“新玩法”。
例如,分为 A、B、C、D、E 五种类型,公有地址和私有地址,掩码分割子网等。只要每个小网络在 IP 地址这个概念上达成一致,不管它在 MAC 层有多大的差异,都可以接入 TCP/IP 协议栈,最终汇合进整个互联网。
但接入互联网的计算机越来越多,IP 地址的缺点也就暴露出来了,最主要的是它“对人不友好”,虽然比 MAC 的 16 进制数要好一点,但还是难于记忆和输入。
怎么解决这个问题呢?
那就“以其人之道还治其人之身”,在 IP 地址之上再来一次抽象,把数字形式的 IP 地址转换成更有意义更好记的名字,在字符串的层面上再增加“新玩法”。于是,DNS 域名系统就这么出现了。

域名的形式

在第 4 讲曾经说过,域名是一个有层次的结构,是一串用“.”分隔的多个单词,最右边的被称为“顶级域名”,然后是“二级域名”,层级关系向左依次降低。
最左边的是主机名,通常用来表明主机的用途,比如“www”表示提供万维网服务、“mail”表示提供邮件服务,不过这也不是绝对的,名字的关键是要让我们容易记忆。

域名本质上还是个名字空间系统,使用多级域名就可以划分出不同的国家、地区、组织、公司、部门,每个域名都是独一无二的,可以作为一种身份的标识。
举个例子吧,假设 A 公司里有个小明,B 公司里有个小强,于是他们就可以分别说是“小明.A公司”,“小强.B 公司”,即使 B 公司里也有个小明也不怕,可以标记为“小明.B 公司”,很好地解决了重名问题。
因为这个特性,域名也被扩展到了其他应用领域,比如 Java 的包机制就采用域名作为命名空间,只是它使用了反序。如果极客时间要开发 Java 应用,那么它的包名可能就是“org.geekbang.time”。
而 XML 里使用 URI 作为名字空间,也是间接使用了域名。

域名的解析

就像 IP 地址必须转换成 MAC 地址才能访问主机一样,域名也必须要转换成 IP 地址,这个过程就是“域名解析”。
目前全世界有几亿个站点,有几十亿网民,而每天网络上发生的 HTTP 流量更是天文数字。这些请求绝大多数都是基于域名来访问网站的,所以 DNS 就成了互联网的重要基础设施,必须要保证域名解析稳定可靠、快速高效。
DNS 的核心系统是一个三层的树状、分布式服务,基本对应域名的结构:
1.根域名服务器(Root DNS Server):管理顶级域名服务器,返回“com”“net”“cn”等顶级域名服务器的 IP 地址;
2.顶级域名服务器(Top-level DNS Server):管理各自域名下的权威域名服务器,比如com 顶级域名服务器可以返回 apple.com 域名服务器的 IP 地址;
3.权威域名服务器(Authoritative DNS Server):管理自己域名下主机的 IP 地址,比如apple.com 权威域名服务器可以返回 www.apple.com 的 IP 地址。
HTTP第四讲——域名和DNS
在这里根域名服务器是关键,它必须是众所周知的,否则下面的各级服务器就无从谈起了。目前全世界共有 13 组根域名服务器,又有数百台的镜像,保证一定能够被访问到。
有了这个系统以后,任何一个域名都可以在这个树形结构里从顶至下进行查询,就好像是把域名从右到左顺序走了一遍,最终就获得了域名对应的 IP 地址。

例如,你要访问“www.apple.com”,就要进行下面的三次查询:
1.访问根域名服务器,它会告诉你“com”顶级域名服务器的地址;
2. 访问“com”顶级域名服务器,它再告诉你“apple.com”域名服务器的地址;
3. 最后访问“apple.com”域名服务器,就得到了“www.apple.com”的地址。

缓存

虽然核心的 DNS 系统遍布全球,服务能力很强也很稳定,但如果全世界的网民都往这个系统里挤,即使不挤瘫痪了,访问速度也会很慢。
所以在核心 DNS 系统之外,还有两种手段用来减轻域名解析的压力,并且能够更快地获取结果,基本思路就是“缓存”。
首先,许多大公司、网络运行商都会建立自己的 DNS 服务器,作为用户 DNS 查询的代理,代替用户访问核心 DNS 系统。这些“野生”服务器被称为“非权威域名服务器”,可以缓存之前的查询结果,如果已经有了记录,就无需再向根服务器发起查询,直接返回对应的 IP 地址。
这些 DNS 服务器的数量要比核心系统的服务器多很多,而且大多部署在离用户很近的地方。
比较知名的 DNS 有 Google 的“8.8.8.8”,Microsoft 的“4.2.2.1”,还有 CloudFlare 的“1.1.1.1”等等。
其次,操作系统里也会对 DNS 解析结果做缓存,如果你之前访问过“www.apple.com”,那么下一次在浏览器里再输入这个网址的时候就不会再跑到 DNS 那里去问了,直接在操作系统里就可以拿到 IP 地址。
另外,操作系统里还有一个特殊的“主机映射”文件,通常是一个可编辑的文本,在 Linux 里是“/etc/hosts”,在 Windows 里是“C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\hosts”,如果操作系统在缓存里找不到 DNS 记录,就会找这个文件。
有了上面的“野生”DNS 服务器、操作系统缓存和 hosts 文件后,很多域名解析的工作就都不用“跋山涉水”了,直接在本地或本机就能解决,不仅方便了用户,也减轻了各级 DNS 服务器的压力,效率就大大提升了。
HTTP第四讲——域名和DNS

域名的“新玩法”

有了域名,又有了可以稳定工作的解析系统,于是我们就可以实现比 IP 地址更多的“新玩法”了。
第一种,也是最简单的,“重定向”。因为域名代替了 IP 地址,所以可以让对外服务的域名不变,而主机的 IP 地址任意变动。当主机有情况需要下线、迁移时,可以更改 DNS 记录,让域名指向其他的机器。
比如,你有一台“buy.tv”的服务器要临时停机维护,那你就可以通知 DNS 服务器:“我这个 buy.tv 域名的地址变了啊,原先是 1.2.3.4,现在是 5.6.7.8,麻烦你改一下。”DNS 于是就修改内部的 IP 地址映射关系,之后再有访问 buy.tv 的请求就不走 1.2.3.4 这台主机,改由5.6.7.8 来处理,这样就可以保证业务服务不中断。

第二种,因为域名是一个名字空间,所以可以使用 bind9 等开源软件搭建一个在内部使用的DNS,作为名字服务器。这样我们开发的各种内部服务就都用域名来标记,比如数据库服务都用域名“mysql.inner.app”,商品服务都用“goods.inner.app”,发起网络通信时也就不必再使用写死的 IP 地址了,可以直接用域名,而且这种方式也兼具了第一种“玩法”的优势。

第三种“玩法”包含了前两种,也就是基于域名实现的负载均衡。这种“玩法”也有两种方式,两种方式可以混用。
第一种方式,因为域名解析可以返回多个 IP 地址,所以一个域名可以对应多台主机,客户端收到多个 IP 地址后,就可以自己使用轮询算法依次向服务器发起请求,实现负载均衡。
第二种方式,域名解析可以配置内部的策略,返回离客户端最近的主机,或者返回当前服务质量最好的主机,这样在 DNS 端把请求分发到不同的服务器,实现负载均衡。

前面我们说的都是可信的 DNS,如果有一些不怀好意的 DNS,那么它也可以在域名这方面“做手脚”,弄一些比较“恶意”的“玩法”,举两个例子:
“域名屏蔽”,对域名直接不解析,返回错误,让你无法拿到 IP 地址,也就无法访问网站;
“域名劫持”,也叫“域名污染”,你要访问 A 网站,但 DNS 给了你 B 网站。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-436207.html

小结

  1. 域名使用字符串来代替 IP 地址,方便用户记忆,本质上一个名字空间系统;
  2. DNS 就像是我们现实世界里的电话本、查号台,统管着互联网世界里的所有网站,是一个“超级大管家”;
  3. DNS 是一个树状的分布式查询系统,但为了提高查询效率,外围有多级的缓存;
  4. 使用 DNS 可以实现基于域名的负载均衡,既可以在内网,也可以在外网。

PS:本文是观看极客之后的笔记。

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