DNS 是什么

DNS (Domain Name System)，也叫网域名称系统，是互联网的一项服务。它实质上是一个域名和 IP 相互映射的分布式数据库，有了它，我们就可以通过域名更方便的访问互联网。

DNS有以下特点:

分布式的
协议支持TCP 和 UDP, 常用端口是53
每一级域名的长度限制是63
域名总长度限制是253

那么，什么情况下使用TCP，什么情况下使用UDP呢?

最早的时候，DNS 的UDP报文上限大小是512 字节，所以当某个response大小超过512 (返回信息太多)，DNS服务就会使用TCP协议来传输。后来DNS 协议扩展了自己的UDP协议，DNS client 发出查询请求时，可以指定自己能接收超过512字节的UDP包，这种情况下，DNS 还是会使用UDP协议

分层的数据库结构

DNS 的结构跟Linux 文件系统很相似，像一棵倒立的树。下面用站长之家的域名举例:

最上面的.是根域名, 接着是顶级域名com，再下来是站长之家域名chinaz 依次类推。使用域名时，从下而上。 s.tool.chinaz.com. 就是一个完整的域名, www.chinaz.com. 也是。

之所以设计这样复杂的树形结构，是为了防止名称冲突。 这样一棵树结构，当然可以存储在一台机器上，但现实世界中完整的域名非常多，并且每天都在新增、删除大量的域名，存在一台机器上，对单机器的存储性能就是不小的挑战。另外，集中管理还有一个缺点就是管理不够灵活。可以想象一下，每次新增、删除域名都需要向中央数据库申请是多么麻烦。所以现实中的DNS 都是分布式存储的。

根域名服务器只管理顶级域，同时把每个顶级域的管理委派给各个顶级域，所以当你想要申请com下的二级域名时，找com域名注册中心就好了。例如你申请了上图的chinaz.com二级域名， chinaz.com 再向下的域名就归你管理了。当你管理chinaz.com的子域名时，你可以搭建自己的nameserver, 在.com注册中心把chinaz.com的管理权委派给自己搭建的nameserver。自建nameserver 和不自建的结构图如下:

一般情况下，能不自建就不要自建，因为维护一个高可用的DNS也并非容易。据我所知，有两种情况需要搭建自己的nameserver:

搭建对内的DNS。公司内部机器众多，通过ip相互访问太过凌乱，这时可以搭建对内的nameserver，允许内部服务器通过域名互通
公司对域名厂商提供的nameserver性能不满意。虽然顶级域名注册商都有自己的nameserver, 但注册商提供的nameserver 并不专业，在性能和稳定性上无法满足企业需求，这时就需要企业搭建自己的高性能nameserver，比如增加智能解析功能，让不同地域的用户访问最近的IP，以此来提高服务质量

概括一下DNS的分布式管理，当把一个域委派给一个nameserver后，这个域下的管理权都交由此nameserver处理。这种设计一方面解决了存储压力，另一方面提高了域名管理的灵活性 (这种结构像极了Linux File System, 可以把任何一个子目录挂载到另一个磁盘，还可以把它下面的子目录继续挂载出去)

顶级域名

像com这样的顶级域名，由ICANN 严格控制，是不允许随便创建的。顶级域名分两类:

通用顶级域名
国家顶级域名

通用顶级域名常见的如.com、 .org、.edu等，国家顶级域名如我国的.cn，美国的.us。一般公司申请公网域名时，如果是跨国产品，应该选择通用顶级域名；如果没有跨国业务，看自己喜好（可以对比各家顶级域的服务、稳定性等再做选择）。这里说一下几个比较热的顶级域，完整的顶级域参见维基百科。

me
me顶级域其实是国家域名，是黑山共和国的国家域名，只不过它对个人开发申请，所以很多个人博主就用它作为自己的博客域名（本博客也是这么来的~)

io
很多开源项目常用io做顶级域名，它也是国家域名。因为io 与计算机中的 input/output 缩写相同，和计算机的二机制10也很像，给人一种geek的感觉。相较于.com域名，.io下的资源很多，更多选择.

DNS 解析流程

聊完了DNS 的基本概念，我们再来聊一聊DNS 的解析流程。当我们通过浏览器或者应用程序访问互联网时，都会先执行一遍DNS解析流程。标准glibc提供了libresolv.so.2 动态库，我们的应用程序就是用它进行域名解析(也叫resolving)的，它还提供了一个配置文件/etc/nsswitch.conf来控制resolving行为，配置文件中最关键的是这行:

hosts: files dns myhostname

它决定了resolving 的顺序，默认是先查找hosts文件，如果没有匹配到，再进行DNS解析。默认的解析流程如下图:

上图主要描述了client端的解析流程，我们可以看到最主要的是第四步请求本地DNS服务器去执行resolving，它会根据本地DNS服务器配置，发送解析请求到递归解析服务器（稍后介绍什么是递归解析服务器)，本地DNS服务器在 /etc/resolv.conf 中配置。下面我们再来看看服务端的resolving流程:

我们分析一下解析流程:

客户端向本地DNS服务器(递归解析服务器) 发出解析tool.chinaz.com域名的请求
本地dns服务器查看缓存，是否有缓存过tool.chinaz.com域名，如果有直接返回给客户端；如果没有执行下一步
本地dns服务器向根域名服务器发送请求，查询com顶级域的nameserver 地址
拿到com域名的IP后，再向com nameserver发送请求，获取chinaz域名的nameserver地址
继续请求chinaz的nameserver, 获取tool域名的地址，最终得到了tool.chinaz.com的IP，本地dns服务器把这个结果缓存起来，以供下次查询快速返回
本地dns服务器把把结果返回给客户端

递归解析服务器 vs 权威域名服务器

我们在解析流程中发现两类DNS服务器，客户端直接访问的是 递归解析服务器，它在整个解析过程中也最忙。它的查询步骤是递归的，从根域名服务器开始，一直询问到目标域名。

递归解析服务器通过请求一级一级的权威域名服务器，获得下一目标的地址，直到找到目标域名的 权威域名服务器

简单来说： 递归解析服务器 是负责解析域名的， 权威域名服务器是负责存储域名记录的

递归解析服务器一般由ISP提供，除此之外也有一些比较出名的公共递归解析服务器，如谷歌的8.8.8.8，联通的114，BAT也都有推出公共递归解析服务器，但性能最好的应该还是你的ISP提供的，只是可能会有 DNS劫持 的问题

缓存

由于整个解析过程非常复杂，所以DNS 通过缓存技术来实现服务的鲁棒性。当递归nameserver解析过tool.chianaz.com 域名后，再次收到tool.chinaz.com查询时，它不会再走一遍递归解析流程，而是把上一次解析结果的缓存直接返回。并且它是分级缓存的，也就是说，当下次收到的是www.chinaz.com的查询时，由于这台递归解析服务器已经知道chinaz.com的权威nameserver, 所以它只需要再向chinaz.com nameserver 发送一个查询www的请求就可以了。

根域名服务器
递归解析服务器是怎么知道 根域名服务器的地址的呢？根域名服务器的地址是固定的，目前全球有13个根域名解析服务器，这13条记录持久化在递归解析服务器中:

为什么只有13个根域名服务器呢，不是应该越多越好来做负载均衡吗？之前说过DNS 协议使用了UDP查询，由于UDP查询中能保证性能的最大长度是512字节，要让所有根域名服务器数据能包含在512字节的UDP包中，根服务器只能限制在13个，而且每个服务器要使用字母表中单字母名

智能解析

智能解析，就是当一个域名对应多个IP时，当你查询这个域名的IP，会返回离你最近的IP。由于国内不同运营商之间的带宽很低，所以电信用户访问联通的IP就是一个灾难，而智能DNS解析就能解决这个问题。

智能解析依赖EDNS协议，这是google 起草的DNS扩展协议，修改比较简单，就是在DNS包里面添加origin client IP, 这样nameserver 就能根据client IP 返回距离client 比较近的server IP 了

国内最新支持EDNS的就是DNSPod 了，DNSPod 是国内比较流行的域名解析厂商，很多公司会把域名利用DNSPod 加速，它已经被鹅厂收购

域名注册商

一般我们要注册域名，都要需要找域名注册商，比如说我想注册hello.com，那么我需要找com域名注册商注册hello域名。com的域名注册商不止一家，这些域名注册商也是从ICANN 拿到的注册权，参见如何申请成为.com域名注册商

那么，域名注册商 和 权威域名解析服务器 有什么关系呢？域名注册商都会自建权威域名解析服务器，比如你在狗爹上申请一个.com下的二级域名，你并不需要搭建nameserver，直接在godaddy控制中心里管理你的域名指向就可以了，原因就是你新域名的权威域名服务器默认由域名注册商提供。当然你也可以更换，比如从godaddy申请的境外域名，把权威域名服务器改成DNSPod，一方面加快国内解析速度，另一方面还能享受DNSPod 提供的智能解析功能

用bind搭建域名解析服务器

由于网上介绍bind搭建的文章实在太多了，我就不再赘述了，喜欢动手的朋友可以网上搜一搜搭建教程，一步步搭建一个本地的nameserver 玩一玩。这里主要介绍一下bind 的配置文件吧

bind 的配置文件分两部分: bind配置文件 和 zone配置文件

bind配置文件

bind配置文件位于/etc/named.conf，它主要负责bind功能配置，如zone路径、日志、安全、主从等配置

其中最主要的是添加zone的配置以及指定zone配置文件。 recursion 开启递归解析功能，这个如果是no，那么此bind服务只能做权威解析服务，当你的bind服务对外时，打开它会有安全风险，如何防御不当，会让你的nameserver 被hacker 用来做肉鸡

zone配置文件

zone的配置文件在bind配置文件中指定，下图是一份简单的zone配置:

zone的配置是nameserver的核心配置，它指定了DNS 资源记录，如SOA、A、CNAME、AAAA等记录，各种记录的概念网上资料太多，我这里就不重复了。其中主要讲一下SOA 和 CNAME 的作用。

SOA记录

SOA 记录表示此域名的权威解析服务器地址。上文讲了权威解析服务器和递归解析服务器的差别，当所有递归解析服务器中有没你域名解析的缓存时，它们就会回源来请求此域名的SOA记录，也叫权威解析记录

CNAME

CNAME 的概念很像别名，它的处理逻辑也如此。一个server 执行resloving 时，发现name 是一个CNAME，它会转而查询这个CNAME的A记录。一般来说，能使用CNAME的地方都可以用A记录代替，那么为什么还要发明CNAME这样一个东西呢？它是让多个域名指向同一个IP的一种快捷手段，这样当最低层的CNAME 对应的IP换了之后，上层的CNAME 不用做任何改动。就像我们代码中的硬编码，我们总会去掉这些硬编码，用一个变量来表示，这样当这个变量变化时，我们只需要修改一处

配置完之后可以用named-checkconf 和 named-checkzone 两个命令来check我们的配置文件有没有问题，之后就可以启动bind服务了:

$> service named start
Redirecting to /bin/systemctl restart  named.service

我们用netstat -ntlp 来检查一下服务是否启动:

53端口已启动，那么我们测试一下效果，用dig解析一下www.hello.com域名，使用127.0.0.1 作为递归解析服务器

我们看到dig的结果跟我们配置文件中配置的一样是1.2.3.4，DNS完成了它的使命，根据域名获取到IP，但我们这里用来做示范的IP明显是个假IP:)

用DNS 实现负载均衡

一个域名添加多条A记录，解析时使用轮询的方式返回随机一条，流量将会均匀分类到多个A记录。

www     IN      A       1.2.3.4
www     IN      A       1.2.3.5

上面的配置中，我们给www域添加了两条A记录，这种做法叫multi-homed hosts，它的效果是：当我们请求nameserver 解析www.hello.com 域名时，返回的IP会在两个IP中轮转(默认行为，有些智能解析DNS会根据IP判断，返回一个离client近的IP, 距离请搜索DNS智能解析)。

其实每次DNS解析请求时，nameserver都会返回全部IP，如上面配置，它会把1.2.3.4 和1.2.3.5 都返回给client端。那么它是怎么实现RR的呢？ nameserver 只是每次返回的IP排序不同，客户端会把response里的第一个IP用来发请求。

DNS负载均衡 vs LVS专业负载均衡

和 LVS 这种专业负载均衡工具相比，在DNS层做负载均衡有以下特点:

实现非常简单
默认只能通过RR方式调度
DNS 对后端服务不具备健康检查
DNS 故障恢复时间比较长（DNS服务之间有缓存）
可负载的rs数量有限（受DNS response包大小限制)

真实场景中，还需要根据需求选择相应的负载均衡策略

子域授权

我们从.com域下申请一个二级域名hello.com后，发展到某一天我们的公司扩大了，需要拆分两个事业部A和B，并且公司给他们都分配了三级域名 a.hello.com 和 b.hello.com，域名结构如下图:

再发展一段时间， A部门和B部门内部业务太多，需要频繁的为新产品申请域名，这个时候他们就想搭建自己的namserver, 并且需要上一级把相应的域名管理权交给自己，他们期望的结构如下:

注意第一阶段和第二阶段的区别：第一阶段， A部门想申请a.hello.com 下的子域名，需要向上级申请，整个a.hello.com 域的管理都在总公司；第二阶段， A部门先自己搭建nameserver，然后总公司把 a.hello.com 域管理权转交给自建的nameserver，这个转交管理权的行为，就叫 子域授权

子域授权分两部操作:

A部门自建nameserver, 并且在zone配置文件中指定a.hello.com 的权威解析服务器为自己的nameserver地址
总公司在nameserver 上增加一条NS记录，把a.hello.com 域授权给A部门的nameserver

第一步我们在用bind搭建域名解析服务器 里讲过，只要在 zone配置文件里指定SOA记录就好:

@ IN SOA ns.a.hello.com admin.a.hello.com. (……)

第二步，在hello.com域的nameserver 上添加一条NS记录:

a.hello.com      IN       NS       ns.a.hello.com
ns.a.hello.com      IN      A        xx.xx.xx.xx (自建nameserver的IP)

这样当解析xx.a.hello.com 域名时， hello.com nameserver 发现配置中有NS记录，就会继续递归向下解析

DNS 调试工具

OPS 常用的DNS调试工具有: host, nslookup, dig

这三个命令都属于 bind-utils 包，也就是bind工具集，它们的使用复杂度、功能依次递增。关于它们的使用， man 手册和网上有太多教程，这里简单分析一下dig命令的输出吧：

dig 的参数非常多，功能也很多，详细使用方法大家自行man吧

其他

DNS 放大攻击

DNS 放大攻击属于DoS攻击的一种，是通过大量流量占满目标机带宽，使得目标机对正常用户的请求拒绝连接从而挂掉。

思路
正常的流量攻击，hack机向目标机建立大量request-response, 但这样存在的问题是需要大量的hack机器。因为服务器一般的带宽远大于家用网络，如果我们自己的家用机用来做hack机器，还没等目标机的带宽占满，我们的带宽早超载了。

原理
DNS 递归解析的流程比较特殊，我们可以通过几个字节的query请求，换来几百甚至几千字节的resolving应答（流量放大），并且大部分服务器不会对DNS服务器做防御。那么hacker们只要可以伪装DNS query包的source IP, 从而让DNS 服务器发送大量的response到目标机，就可以实现DoS攻击。