写在前面
在面试中，经常遇到面试官这样问到：输入网址到浏览器中发什么了什么，于是我开始拿出了“老三样”，DNS解析、TCP链接叭叭叭一堆，当我反问自己究竟对DNS服务器到底是怎样将域名解析成IP的时候我开始慌了。首先先列出来我对DNS服务器的疑问。
- DNS在网络传输中担任什么角色？
- DNS是怎样将域名解析成IP地址的？
- 为什么不在网址中写IP地址，这样不就不需要DNS服务器了嘛？
- 为什么不能用网址来确定通讯对象。而要用IP？...
1 DNS在网络传输中担任什么角色
1.1 IP的基本知识
所有的互联网公司的局域网都是基于TCP/IP思路来设计的，TCP/IP的设计思路就是由一些小的子网，通过路由器连接起来组成一个大的网络，子网可以理解为用集线器（对包进行转发的设备，某些路由器中已经自带了集线器，他们在路由器内部已经连接起来了）连接起来的计算机，将子网通过路由器连接起来就形成了一个网络。
所有的设备都会被分配一个地址，就像是身份证上的地址 xx路xx小区xx室，xx小区对应的是子网，xx区对应的就是某一台计算机，这个地址在网络中就称为IP地址，通过IP地址就可以找到对应的计算机，从而将消息发送到服务器。现在用的是IP协议的第四版简称IPv4，是由一串32Byte的数组组成，按照8位一组分成4组，再用十进制表示并且用圆点隔开，这就是IP地址了。其中对于主机号网络号表示不固定，需要另外附加信息详情参考阮一峰-互联网协议入门
1.2 DNS服务器的作用
DNS（Domain Name System，域名系统），将服务器与IP地址关联是DNS常见用法，想要进行网络传输，必须要明确IP地址，就像快递员送快递，如果他不知道详细的地址，就无法将快递准确的送到客户的手里，所以在委托操作系统发消息之前必须先查询IP地址
既然如此为何不用服务器名字去确定通信对象呢，从运行效率上看，由于域名的长短差距较大，处理长短不一的数据比处理固定数据要复杂，造成了效率低下，也无形中增加了路由起的负担。为了弥补其中的不足，DNS完美的解决了这件事情，这个时候我们访问网站输入网站域名，DNS服务器就解析我们的域名为IP样我们实际访问的就是对应的IP地址。
2 客户端如何发出向DNS服务器查询的请求
调用socket库中的解析器向DNS发出查询
socket库是用于调用网络功能的程序组件集合，包含很多用于发送和接收数据的程序组件，其中就包含解析器。是网络开发中的一种标准库。 对于DNS服务器，我们的计算机上有相应的DNS客户端,称为解析器。具体来说就是只要写上解析器的程序名称，以及web服务器的域名，就完成了对解析器的调用。调用解析器后，解析器会向DNS服务器发送查询消息，然后DNS服务器返回响应消息。响应消息中包含查询到的IP地址，解析器会取出IP地址并写到指定的内存中，接下来就可以在向web服务器发送消息时一起交给操作系统，到此DNS解析域名就完成了。
上图即为整个查询DNS服务器的过程，和浏览器一样，解析器也不具备收发数据的功能，传输层需要解析器调用协议栈，协议栈会执行发送消息的操作。然后通过网卡将消息发送到DNS服务器。如果要访问的web服务器已经在DNS服务器上注册，那这条记录就会被找到，IP地址便随着响应消息返回给客户端，通过协议栈再传递给解析器，解析器会将取出的IP写入指定程序的应用内存地址中。应用层序此时就可以使用IP地址了。
实际上向DNS服务器发送消息时也是需要知道DNS服务器的IP地址的，只不过整个IP地址是事先设置好的，不需要再去查询。
3 DNS服务器的功能
3.1客服端的查询消息
DNS就是根据客户端的查询消息然后返回对应的信息，那消息中包含哪些信息呢？ 包含一下三种消息
- 域名：服务器的名称
- Class：用来识别网络类型，如今出来互联网也没有其他类型的网络了，所以Class目前是IN
- 记录类型：表示域名对应何种类型的记录，对于不同的记录类型也会有不同的消息返回。
| 记录类型 | 解释 |
|---|---|
| A | 域名对应IP |
| MX | 域名对应邮件服务器 |
| NS | 解析服务器记录。用来表明由哪台服务器对该域名进行解析，这里的NS记录只对子域名生效（优先级高于A） |
| TXT | 为某个主机或域名设置联系信息 |
| AAAA | 是用来将域名解析到IPv6地址的DNS记录。用户可以将一个域名解析到IPv6地址上，也可以将子域名解析到IPv6地址上。 |
| SRV | 一般是为Microsoft的活动目录设置时的应用。 |
| CNAME | 解析域名到域名 |
| URL转发 | 是URL到URL的映射，把某一个URL地址指向另一个URL地址 |
在我们申请到一个域名时，先要进行域名解析，此过程会将解析的内容保存到DNS服务器上，当客户端发送消息时便将符合要求的记录返回。如下图
列如，我要查找www.sina.com.cn这个域名下对应的IP，客户端会发送消息，然后DNS服务器会从已有的记录查找与之匹配的记录，如上图需要查找的消息与DNS服务器记录的第一条一样，则会将123.126.55.41返回给客户端。
3.2域名的分级查询
假如所有的域名信息全部都保存到了一台DNS服务器，那么所有的域名都可以查询到对应的信息，但是全世界有数不清的服务器，将这些服务器保存在一台DNS服务器上是不可能的，那如何将所有的域名信息保存在DNS服务器上呢？答案就是将信息分布保存在多台DNS服务器上，每个部分都是一个域，只有这些域接力查找才会查到想要的信息。比如www.qq.com这个域名，其中.是DNS的命名空间，用来分隔不同的域，其实com后面还有一个.，真正的域名应该是www.qq.com.root，因为是域名系统默认的，所以不用写，这个就根域名。
根域名下是顶级域名，如com、net，再下面就是次级域名，如qq，再下面就是三级域名，是在自己域里面为服务器分配的名称。
所以我们想要查询到web服务器的信息，就要先找到其归哪一台DNS服务器管辖。首先，我们将负责管辖下级域的DNS服务器的IP注册到上级，再将上级注册到更上级。如qq.com这个域的DNS服务器要先将IP注册到.com中，再将.com注册到根域中，这样就可以通过上级DNS服务器查询出下级的IP了。除此之外，根域的DNS服务器信息会保存在所有的DNS服务器中，这样所有的DNS服务器找到并访问根域的DNS服务器了。因此客户端只要找到一台DNS，便可以一路寻到目标DNS服务器。如下图
客户端会访问最近的一台DNS服务器，也就是电脑设置中的DNS服务器，由于最近的DNS中无目标域名信息，所以便会直接访问到根域，再一层一层向下寻找，直到找到目标服务器，向目标服务器发送查询消息后就可以得到我们想要的信息了。
3.3 TTL和缓存
在实际网络中并不是每个域都有对应的DNS服务器，有肯存在上下级共用一个DNS服务器的，在这种情况下，访问上级以后就可以跳过一级，直接访问再下一级的DNS服务器。
此外假如我们每次都发送一次DNS请求，服务器的压力将会很大，所以有时候并不需要每次都从上往下去寻找，因为DNS服务器有缓存功能，可以记住之前查询过的域名，如果信息已经在缓存中了，就可以直接从缓存中得到对应的信息。并且当查询的域名不存在时也会被缓存，当下次查询时可以快速响应。
信息被缓存后，原本的注册信息发送改变，此时缓存中 的信息就是不正确的，所以实际上要设置TTL值把DNS缓存到本地。TTL它就是返回的记录在DNS服务器上保留的时间。DNS会将最终域名解析的结果缓存至本地。分为两种浏览器缓存和操作系统(OS)缓存。在浏览器中访问的时候，会优先访问浏览器缓存，如果访问指定域名,没有命中返回,则访问OS缓存。最后再次访问dns服务器。
4 DNS查询跟踪
虽然只需要返回一个IP地址，但是DNS的查询过程非常复杂，分成多个步骤。 工具软件dig可以显示整个查询过程。
dig qq.com
返回信息的内容，分为5部分，头部HEADER、虚选项部OPT PSEUDOSECTION、查询部分QUESTION SECTION、回复部分ANSWER SECTION、权威机构部分AUTHORITY SECTION、附加部分ADDITIONAL SECTION
QUERY 查询数，1代表1个查询，对应下面的QUESTION SECTION中的记录数，结果表示，查询qq.com的A记录。
ANSWER 结果数，3代表有3项结果，对应下面ANSWER SECTION中的记录数。结果表示有三个A记录，即为3个IP地址，TTL值为110，即110秒内不需要重复查询。
AUTHORITY 权威域名服务器记录数，可供域名解析用。对应下面AUTHORITY SECTION ADDITIONAL 格外记录数，对应下面 ADDITIONAL SECTION。
参考文章
网络是怎样链接的[户根勤/日]
写给前端工程师的DNS基础知识
DNS 原理入门[阮一峰]
文章为读书后对知识点的总结，若有错误之处，还请大佬指出。
