DNS系统工作原理图
DNS系统
DNS（Domain Name System，域名系统）是互联网的一项核心服务，它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网，而不需要记住复杂的IP地址。
（一）DNS的主要功能
- 域名解析：把用户易于记忆的域名转换为计算机能够理解的IP地址，例如将www.baidu.com转换为对应的IP地址，以便浏览器能够找到目标服务器。
- 反向解析：根据IP地址获取对应的域名，这在某些网络管理和故障排查场景中会用到。
（二）DNS的分布式架构
DNS是一个分布式系统,由多个层次的服务器组成，包括根DNS服务器、顶级域名服务器（TLD Server）和权威DNS服务器等，这种分布式架构有助于提高系统的可靠性和可扩展性，使得全球范围内的域名解析能够高效进行。
DNS系统工作流程
以下是DNS系统工作时的详细步骤,结合原理图来理解更加清晰。
（一）用户发起域名解析请求
当用户在浏览器中输入一个网址（如www.example.com）并按下回车键后，浏览器会向本地DNS服务器发送一个域名解析请求，这个请求包含了要解析的域名信息。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 1 | 用户在浏览器中输入域名并发起请求 |
（二）本地DNS服务器缓存查询
本地DNS服务器首先会检查自己的缓存中是否有该域名对应的IP地址记录,如果有，就直接将缓存中的IP地址返回给浏览器，这样可以避免重复向上级服务器查询，提高解析效率。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 2 | 本地DNS服务器检查缓存 |
（三）本地DNS服务器递归查询（若缓存未命中）
如果本地DNS服务器缓存中没有找到对应的记录,它会开启递归查询过程，本地DNS服务器会向根DNS服务器发送一个查询请求，询问关于该域名的权威DNS服务器的信息。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 3 | 本地DNS服务器向根DNS服务器查询 |
（四）根DNS服务器响应
根DNS服务器收到查询请求后,会根据域名的顶级域名部分（如.com、.org等），返回负责该顶级域名的顶级域名服务器（TLD Server）的IP地址给本地DNS服务器。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 4 | 根DNS服务器返回TLD Server地址 |
（五）本地DNS服务器向TLD Server查询
本地DNS服务器得到TLD Server的地址后，会向相应的TLD Server发送查询请求，询问关于具体域名（如example.com）的权威DNS服务器的信息。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 5 | 本地DNS服务器向TLD Server查询 |
（六）TLD Server响应
TLD Server收到查询请求后，会返回负责该域名的权威DNS服务器的IP地址给本地DNS服务器。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 6 | TLD Server返回权威DNS服务器地址 |
（七）本地DNS服务器向权威DNS服务器查询
本地DNS服务器得到权威DNS服务器的地址后,会向权威DNS服务器发送查询请求，要求获取该域名对应的IP地址。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 7 | 本地DNS服务器向权威DNS服务器查询 |
（八）权威DNS服务器响应
权威DNS服务器收到查询请求后,会在自己的数据库中查找该域名对应的IP地址，并将结果返回给本地DNS服务器。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 8 | 权威DNS服务器返回IP地址 |
（九）本地DNS服务器返回结果给客户端
本地DNS服务器收到权威DNS服务器返回的IP地址后,会将这个IP地址缓存起来，以便下次查询时可以快速响应，它将IP地址返回给发起请求的客户端（浏览器）。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 9 | 本地DNS服务器返回IP地址给客户端 |
（十）客户端访问目标服务器
浏览器得到目标服务器的IP地址后,就可以通过这个IP地址与目标服务器建立连接，获取网页内容等数据。
| 步骤 | 事件 |
|---|---|
| 10 | 客户端访问目标服务器 |
DNS记录类型
DNS系统中有多种记录类型,用于存储不同类型的信息。
（一）A记录（Address Record）
- 功能：将域名映射到一个IPv4地址，这是最常见的DNS记录类型，将www.example.com映射到192.168.1.1。
- 格式：A记录的格式为“主机名 IN A IP地址”，IN”表示Internet类别。
（二）AAAA记录（IPv6 Address Record）
- 功能：与A记录类似，但它是将域名映射到一个IPv6地址，用于支持IPv6网络环境。
- 格式：格式为“主机名 IN AAAA IPv6地址”。
（三）CNAME记录（Canonical Name Record）
- 功能：别名记录，允许将多个域名指向同一个IP地址，可以将blog.example.com设置为www.example.com的别名，这样当查询blog.example.com时，会返回www.example.com的IP地址。
- 格式：格式为“别名 IN CNAME canonical name”。
（四）MX记录（Mail Exchange Record）
- 功能：用于指定域名的邮件服务器地址，邮件服务器会根据MX记录的优先级来接收邮件，当发送邮件到example.com时，邮件服务器会查询example.com的MX记录，找到合适的邮件服务器来投递邮件。
- 格式：格式为“主机名 IN MX 优先级 邮件服务器域名”，其中优先级是一个数字，数字越小优先级越高。
（五）NS记录（Name Server Record）
- 功能：用于指定域名的权威DNS服务器的域名，example.com的NS记录可能显示ns1.example.com和ns2.example.com是它的权威DNS服务器。
- 格式：格式为“主机名 IN NS 名称服务器域名”。
相关问题与解答
（一）问题一：为什么DNS采用分布式架构？
- 解答：DNS采用分布式架构主要有以下几个原因，互联网的规模庞大，如果采用单一的集中式服务器来处理所有的域名解析请求，会导致服务器负载过重，无法满足全球范围内大量用户的并发请求，而且一旦这个集中式服务器出现故障，整个互联网的域名解析服务都会瘫痪，而分布式架构可以将负载分散到多个服务器上，提高了系统的可靠性和可扩展性，分布式架构便于管理和维护，不同的层级和区域的服务器可以由不同的组织或机构负责管理，例如根DNS服务器由国际组织管理，顶级域名服务器由相应的顶级域名管理机构管理，权威DNS服务器由域名所有者或其托管的服务提供商管理，分布式架构有利于数据的更新和同步，当某个域名的信息发生变化时，只需要在相关的权威DNS服务器上进行更新，然后通过分布式系统的机制逐步将更新的信息传播到其他服务器，减少了数据更新的复杂性和时间成本。
（二）问题二：DNS缓存的作用是什么？如何清理本地DNS缓存？
- 解答：DNS缓存的作用主要是为了提高域名解析的效率，当本地DNS服务器或其他缓存服务器第一次从上级服务器获取到某个域名对应的IP地址后，会将这个信息存储在缓存中，当再次有用户查询相同的域名时，就可以直接从缓存中获取IP地址，而不需要再次向上级服务器发送查询请求，这样可以大大减少查询时间和网络流量。
清理本地DNS缓存的方法因操作系统而异,在Windows系统中，可以通过打开命令提示符（以管理员身份运行），然后输入“ipconfig /flushdns”命令来清理DNS缓存，在Linux系统中，可以使用“sudo systemd restart NetworkManager wait && sudo rm f /var/cache/dns/*”命令（具体命令可能因Linux发行版不同而略有差异）来清理DNS缓存，在macOS系统中，可以通过终端输入“sudo killall HUP mDNSResponder”命令来