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06 | 域名里有哪些门道？

06 | 域名里有哪些门道？-极客时间

06 | 域名里有哪些门道？

2019-06-10 Chrono 来自北京
《透视HTTP协议》
课程介绍

讲述：Chrono

时长09:27大小12.96M

在上一讲里，我们学习了 HTTP 协议使用的 TCP/IP 协议栈，知道了 HTTP 协议是运行在 TCP/IP 上的。
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。
看一下极客时间的域名“time.geekbang.org”，这里的“org”就是顶级域名，“geekbang”是二级域名，“time”则是主机名。使用这个域名，DNS 就会把它转换成相应的 IP 地址，你就可以访问极客时间的网站了。
域名不仅能够代替 IP 地址，还有许多其他的用途。
在 Apache、Nginx 这样的 Web 服务器里，域名可以用来标识虚拟主机，决定由哪个虚拟主机来对外提供服务，比如在 Nginx 里就会使用“server_name”指令：
server {
listen 80; #监听80端口
server_name time.geekbang.org; #主机名是time.geekbang.org
...
}
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：
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；
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；
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。
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：
访问根域名服务器，它会告诉你“com”顶级域名服务器的地址；
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；
最后访问“apple.com”域名服务器，就得到了“www.apple.com”的地址。
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。
下面的这张图比较完整地表示了现在的 DNS 架构。
在 Nginx 里有这么一条配置指令“resolver”，它就是用来配置 DNS 服务器的，如果没有它，那么 Nginx 就无法查询域名对应的 IP，也就无法反向代理到外部的网站。
resolver 8.8.8.8 valid=30s; #指定Google的DNS，缓存30秒

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。
好在互联网上还是好人多，而且 DNS 又是互联网的基础设施，这些“恶意 DNS”并不多见，你上网的时候不需要太过担心。

小结

这次我们学习了与 HTTP 协议有重要关系的域名和 DNS，在这里简单小结一下今天的内容：
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；
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”；
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；
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。

课下作业

在浏览器地址栏里随便输入一个不存在的域名，比如就叫“www. 不存在.com”，试着解释一下它的 DNS 解析过程。
如果因为某些原因，DNS 失效或者出错了，会出现什么后果？
欢迎你把自己的答案写在留言区，与我和其他同学一起讨论。如果你觉得有所收获，也欢迎把文章分享给你的朋友。
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赞 49

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精选留言(97)

  • Wendy
    2019-08-31
    比如你有一个网站要上线，你在域名注册商那里申请了abc.com,那么你的域名A记录就保存在这个域名注册商的DNS服务器上，该DNS服务器称为权威域名服务器。当客户端访问abc.com时，先查找浏览器DNS缓存，没有则查找操作系统DNS缓存，在这一阶段是操作系统dnscache clinet 服务进行DNS缓存的（你在任务管理器里面可以看到一个dns客户端进程，就是这玩意实现缓存的），如果还是没有则查找hosts文件中的域名记录。然后依然没有的话则访问电脑上设置的DNS服务器IP，比如三大营运商的dns服务器或者谷歌的8.8.8.8，此时这一层的DNS服务器称为“野生DNS缓存服务器”，也就是非权威域名服务器。如果还是没有则非权威域名服务器会去查找 根域名服务器-顶级域名服务器-二级域名服务器-权威域名服务器 ，这样客户端就在权威域名服务器上找到了abc.com对应的IP了，这个IP可以是多个，每次客户端请求的时候域名服务器会根据负载均衡算法分配一个IP给你。当DNS缓存失效了，则重新开始新一轮的域名请求。 总结如下： 浏览器缓存->操作系统dnscache ->hosts文件->非权威域名服务器->根域名服务器->顶级域名服务器->二级域名服务器->权威域名服务器。 其中非权威域名服务器还包括LDNS（企业内网DNS服务器），三大营运商DNS，谷歌公开的DNS，微软公开的DNS等。 另外DNS请求有两种方式：递归查询和迭代查询，这方面大家可以网上了解一下。LDNS往后面查询一般是递归查询，因为公司内网是有防火墙的，全部请求通过LDNS来递归查询然后把结果给内网用户。 以上为自己理解整理的，若有错误还请大家指正。
    展开

    作者回复: 整理的非常完善非常好，感谢补充！

    共 12 条评论
    208
  • Yif
    2019-06-10
    GFW就是使用了这些恶意的DNS

    作者回复: ……

    共 17 条评论
    203
  • 初音未来
    2019-06-12
    应该是先查找本地hosts文件，在查找缓存吧

    作者回复: 浏览器缓存->操作系统缓存->hosts->dns

    共 2 条评论
    38
  • 肥low
    2019-06-13
    老师好！ 第一个问题： 1、检查本地dns缓存是否存在解析"www.不存在.com"域名的ip 2、如果没有找到继续查找本地hosts文件内是否有对应的固定记录 3、如果hosts中还是没有那就根据本地网卡被分配的 dns server ip 来进行解析，dns server ip 一般是“非官方”的ip，比如谷歌的“8.8.8.8”，本身它也会对查找的域名解析结果进行缓存，如果它没有缓存或者缓存失效，则先去顶级域名服务器“com”去查找“不存在.com”的域名服务器ip，结果发现不存在，于是直接返回告诉浏览器域名解析错误，当然这两次查找过程是基于udp协议 第二个问题：如果dns失效或出错，那就访问不了了呗，我现在有个域名在国外某些国家每天都有不少访问失败的http请求，客户端直接报“Failed host lookup”的错误
    展开

    作者回复: √

    共 4 条评论
    35
  • 何用
    2019-06-10
    为何全世界只有 13 组根域名服务器呢？

    作者回复: 细节原因不好解释，简单来说是因为dns协议还有udp协议里包大小的限制，只有512字节，再除以dns记录长度，最多15组，再去掉buffer。

    32
  • Chuan
    2019-06-28
    老师好： 对于DNS解析的过程：浏览器DNS缓存->操作系统缓存->Hosts文件->非权威域名服务器->根域名服务器->顶级域名服务器->权威域名服务器。一直对浏览器/本机如何知道根服务器地址存在疑惑。 在查阅《计算机网络自顶向下方法》后发现，我们在连接某个ISP时，ISP一般会给我们提供一个IP地址，同时该地址拥有一台或多台DNS服务器地址（通过DHCP）。所以我们在Hosts文件中找不到时，会去查询这个局域网DNS服务器，如果没有查到，它会帮我们去查询根NDS服务器、顶级域名服务器和权威域名服务器，然后返回给本机，同时进行缓存。 个人认为，如果我们自己配置了非权威DNS服务器，如8.8.8.8，它应该也会帮我们去查询根NDS服务器、顶级域名服务器和权威域名服务器。 这些远程查询都是基于UDP协议，通常使用53号端口。 不知道以上理解是否正确?
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    作者回复: 是的，你学习的很仔细。 一般上网的时候都会有默认dns，都配置好了，所以通常都感觉不到。 但默认dns有的时候性能不好，所以才会有很多的免费dns。

    共 3 条评论
    21
  • 钱
    2020-03-24
    1：在浏览器地址栏里随便输入一个不存在的域名，比如就叫“www. 不存在.com”，试着解释一下它的 DNS 解析过程。 首先，非常感谢老师和评论区的同学，我的认知又被刷新了，之前只模糊认识到有一个翻译的过程，把域名解析成对应的IP地址，然而光域名解析这一个动作就有一长串组合拳，目的除了便于人类的记忆和理解，剩下的核心就是提速。 提速的关键是，第一尽可能的少做事情，第二是尽可能的少做慢动作，怎么来实现呢？合适的数据结构和算法＋缓存（可能是多级缓存），这里都是有体现的，比如：域名服务器的树行结构，各种缓存机制。 OK，回答问题，这里仅是整理，我之前确实不知道有这么多门道。 第一：拿着域名去浏览器缓存中查找，这里有些疑问，浏览器中缓存在哪里？过期时间大概多久？过期机制是什么？ 第二：去操作系统缓存中去查找，同样的疑问，缓存在哪里？过期时间多久？过期机制是什么？怎么确认一下？ 第三：去hosts文件中查找，这个文件还好进程修改，那么每个操作系统这个文件都必须在默认的路径下吗？否则就需要全部文件遍历一下啦？ 第四：去非权威DNS服务器中查找，到此这些都可以认为是一种缓存思想的运用，把域名和IP的映射关系信息放在更快的存储设备之上，把这份信息放在离用户更近的地方，来加速用户通过域名获取IP的速度。 第五：去根域名DNS服务器中查找，注意，此时仅拿着根域名去查找，下面的查找过程有一定的层次结构，这样不仅查找的信息少存储的信息也会少，速度也会更快一些 第六：去顶级域名DNS服务器中查找，此时拿的信息是“com”查找“不存在.com”，确实查不到，然后就抛出异常，逐级返回了，最后把找不到的提升信息给到用户——无法访问此网站，找不到www.不存在.com的服务器IP地址 第七：假设第六步找到了，则会继续去二级域名DNS服务器去查找，根据“不存在.com”找“ww.不存在.com” 第八：去权威DNS服务器中找到“ww.不存在.com”对应的IP地址 第九：然后返回，在返回的过程中会更新操作系统缓存，浏览器缓存，不知道非权威DNS服务器中的域名和IP映射信息是怎么进去的，是定时加载嘛？ 2：如果因为某些原因，DNS 失效或者出错了，会出现什么后果？ 会出现“无法访问此网站，找不到www.XXX.com的服务器IP地址”
    展开

    作者回复: 写的很用心，整理一下可以在公司内部开分享会了。 你提的这些问题其实是属于操作系统、浏览器、DNS服务器自己的问题，如何处理缓存、查找文件都有自己的策略，在协议层面是不太关心的，太细节的方面我也没办法回答，不过有好奇心和求知欲总是好事，有答案欢迎分享给大家。

    共 3 条评论
    15
  • 数学汤家凤
    2020-07-10
    域名解析过程 浏览器缓存 -> OS 缓存 -> hosts 文件 -> 本地域名服务器 -> 根域名服务器 -> 顶级域名服务器 -> 权威域名服务器 客户端向本地域名服务器获取，是递归查询 本地域名服务器向根域名服务器获取，可以是递归也可是迭代 递归就是你交给别人，让别人查到，在返回给你 迭代就是你找别人要，他叫你去别的地方找
    展开

    作者回复: great

    共 3 条评论
    8
  • 海盗船长
    2020-05-10
    chrome chrome://net-internals/#dns 查看和清空缓存 windows查看系统缓存： ipconfig /displaydns 显示已有缓存 ipconfig /displaydns > C:\Users\SDWQ\Desktop\1.txt 导出到再查看。 ipconfig /flushdns 强制更新缓存
    展开

    作者回复: 这些小工具用来在实验环境测试很方便。

    7
  • 梦倚栏杆
    2019-06-10
    老师好，我有两个疑问： 1.终极dns的解析是有谁实现的或者谁规定的： 比如乔布斯有个苹果域名：www.apple.com，苹果电脑的官网；张三也想为水果苹果申请个域名(www.apple.com)来展示他的苹果;结果我们几乎可以猜测到，他是申请失败的，原因已经有一个苹果存在了，谁来评判这个苹果域名已经被占用了呢？判断逻辑是如何来的，如果两个申请发生在同时呢？ 2. ip地址的分配和身份证号一样吗？有地址在里面吗？ 比如1-45属于美国的网段，或者属于哪个超大公司的网段。如果有，那是不是就以为着预分配，也就意味着部分ip段的浪费，如果没有，那ip地址从一个地方查找另外一个地方怎么找呢？莫非每个初始的线路都需要访问到根DNS
    展开

    作者回复: 域名由专门的域名注册机构管理，终极的是ICANN。 IP地址的分配也由ICANN管理，当然有浪费，美国是互联网的发明国，所以占用ip地址最多。 ip地址查找由专门的协议，比如arp。 这些比较偏底层，离http比较远，可以再找其他资料学习。。

    6
  • Even
    2019-08-05
    有个疑问，操作系统的dns缓存存在哪里？内存还是硬盘？为什么有hosts文件还需要操作系统的dns缓存。

    作者回复: 1.具体不清楚，应该是都有 2.hosts文件是方便用户自己添加dns解析，与操作系统的目的不同，它不是缓存，而是一个简单的dns解析器。

    5
  • 　　　　　　　鸟人
    2019-06-14
    修改hosts绕过gfw
    共 2 条评论
    5
  • zjajxzg
    2019-06-10
    1、操作系统缓存→本地hosts文件→非核心dns服务器→根域名服务器地址→顶级域名服务器地址→二级域名服务器地址。。。 2、无法访问相应的资源

    作者回复: 第一个没说完，第二个问题可以再说的详细一些。

    5
  • - shadow -
    2019-09-27
    想问问老师，域名的“新玩法”的第一种和第三种在现实环境中真的会使用吗？主要是各级缓存的存在，可能会导致找不到最新的IP，而拿到的是旧的IP呢？

    作者回复: 域名的这些用法在现实中都有用到，但网站服务器变更时不会立即下线，而是等一段时间，当过了dns缓存有效期，新的dns解析结果全网生效时再把旧服务器下线，这时旧服务器已经没有dns解析后的流量了。

    共 2 条评论
    3
  • 听雨
    2019-08-07
    有一个问题： 权威域名服务器是因为公司大，用到的IP比较多，才给分的吗。那为什么谷歌不是权威域名服务器呢？不理解

    作者回复: 权威域名服务器是专门解析某个站点域名的服务器，一个二级域名就要有一个对应的权威域名服务器。 所谓的权威，意思是这个域名如何解析我说了算，其他的都不能算是权威。 8.8.8.8这些域名服务器不是解析专门域名的服务器，需要访问dns解析系统获取各个域名的解析结果，所以是“非权威”。

    共 2 条评论
    3
  • 小鸟淫太
    2019-06-10
    老师您好，之前碰到过这样一个问题 域名解析返回两个IP地址，其中一个IP无法正常访问。 Safari可以自动切换到正常的IP地址继续访问 Chrome会尝试TCP连接不正常的IP，大约1分多钟之后会连接另一个IP 最终导致Chrome页面访问速度缓慢。想问下这种问题是属于浏览器问题，还是DNS的问题呢？
    展开

    作者回复: 这个应该是浏览器的重连策略问题，dsn解析结果已经出来了，就已经跟dns无关了。

    共 2 条评论
    3
  • 欧阳娜
    2020-05-16
    老师，请教一下，去域名注册商注册域名就要告诉它自己服务器的ip，那后面这个ip变了，再通知它更改吗？多级缓存怎么更新？域名负载均衡和nginx的负载均衡有什么差异？

    作者回复: 1.应该是这样，具体怎么操作我不是很了解，可能是有协议来自动更新吧。 2.dns缓存都有有效期，过期了就会更新。 3.域名负载均衡是由dns服务器来执行，基于域名，而Nginx是在http协议上负载均衡，更灵活。

    2
  • missing~~
    2019-07-03
    nginx中的resolve配置dns服务器，这个没太理解，我一直以为是先通过域名解析到ip之后，才找到相应的主机，加载nginx配置。老师，请教一下这个顺序关系

    作者回复: Nginx的里的resolver是给连接后端服务器用的，如果Nginx配置反向代理，用域名的方式指定后端服务器，就必须要用resolver把域名转换成ip地址。 这个指令不影响客户端，客户端是用本地dns解析出服务器的ip地址，连接网站。

    2
  • 极客时间
    2019-06-11
    这句话不是太明白 “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... 域名不是只能绑定一个ip地址吗？为什么解析的时候会返回多个ip呢？ 我是哪里读漏了吗？

    作者回复: 一个域名可以对应多个ip地址，不一定是一个，所以域名能够实现负载均衡。

    共 3 条评论
    2
  • -W.LI-
    2019-06-10
    老师好!1.2.3.4改成5.6.7.8后访问不到浏览器会自动重试解析DNS是么?从事的时候使用野生还是专业的有啥策略?重试几次，DNS集群的域名是最终一致还是强一致。 1.操作系统缓存不存在，host文件不存在，访问DNS服务器，根域名解析成功，二级域名解析失败，重试还是失败。浏览器返回错误。 2走失败策略，最终还是失败的就错误页面。

    作者回复: dns解析出ip后访问失败就不会再解析了。 浏览器的重试策略跟具体实现有关，这个我也不清楚。 dns是最终一致。

    共 2 条评论
    2