一文搞懂DNS基础知识，收藏起来有备无患

　　作者：多米诺
　　链接：https：juejin。cnpost6844903497494855687
　　DNS（DomainNameSystem），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，DNSclient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LinuxFileSystem，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inputoutput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etcnsswitch。conf来控制resolving行为，配置文件中最关键的是这行：hosts：filesdnsmyhostname
　　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etcresolv。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comnameserver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。comnameserver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originclientIP，这样nameserver就能根据clientIP返回距离client比较近的serverIP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etcnamed。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namedcheckconf和namedcheckzone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：gt；servicenamedstartRedirectingtobinsystemctlrestartnamed。service
　　我们用netstatntlp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。wwwINA1。2。3。4wwwINA1。2。3。5
　　复制代码上面的配置中，我们给www域添加了两条A记录，这种做法叫multihomedhosts，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vsLVS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DNSresponse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：INSOAns。a。hello。comadmin。a。hello。com。（）复制代码
　　第二步，在hello。com域的nameserver上添加一条NS记录：a。hello。comINNSns。a。hello。comns。a。hello。comINAxx。xx。xx。xx（自建nameserver的IP）复制代码
　　这样当解析xx。a。hello。com域名时，hello。comnameserver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bindutils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requestresponse，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DNSquery包的sourceIP，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。
　　但一般常用的DNS服务器都会对攻击请求做过滤，所以找DNS服务器漏洞也是一个问题。详细的放大攻击方法大家有兴趣自行google吧，这里只做一个简单介绍：）
　　（完）
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