自学教程 从零学编程

DNS 协议

网络协议

一、DNS 是什么

DNS（Domain Name System，域名系统），属于应用层协议。
DNS 的核心作用：域名 ↔ IP地址 相互解析。

IP地址是互联网主机的数字编号（如 180.101.49.11），不方便人类记忆；域名（www.baidu.com）是给人看的名字。DNS就像互联网的电话本，把域名翻译成IP地址，浏览器才能找到目标服务器。

默认端口：53
DNS 既可以使用 UDP，也支持 TCP。

  • UDP：短查询，绝大多数域名解析请求，速度快；
  • TCP：DNS报文过大、区域传输、DNSSEC场景使用。

二、DNS 域名层级结构

域名采用树状分层结构，从右往左层级依次降低：
www.baidu.com.

  • . 根域名（根服务器）
  • com 顶级域名（TLD）
  • baidu 二级域名
  • www 主机名

域名末尾的.代表根，写域名时通常省略。

三、DNS 服务器分类

  1. 根域名服务器
    全球一共13组根服务器，只保存顶级域名服务器地址，不保存具体域名记录。
    作用：收到请求，返回对应顶级域名服务器地址。
  2. 顶级域名服务器（TLD）
    负责 .com、.org、.cn 这类后缀，保存二级域名的权威服务器地址。
  3. 权威域名服务器
    保存某个域名（如 baidu.com）的真实解析记录，是域名记录的最终来源。
  4. 递归域名服务器（本地DNS）
    也就是我们电脑配置的DNS服务器（如 114.114.114.114、8.8.8.8）。
    客户端只和递归服务器交互；递归服务器代替客户端，逐层去查询根、TLD、权威服务器，拿到结果返回给客户端，并缓存结果。

区分：

  • 递归查询：客户端 → 本地DNS（本地DNS帮你查到底）
  • 迭代查询：本地DNS → 根 → TLD → 权威服务器（一层层自己去问）

四、DNS 完整查询流程（以访问 www.baidu.com 举例）

  1. 客户端（电脑/手机）检查本地hosts文件，如果有域名IP映射，直接使用，不走DNS；
  2. 若无，检查本机DNS缓存；缓存命中直接返回IP；
  3. 缓存未命中，客户端向本地递归DNS服务器发送UDP查询请求；
  4. 本地DNS检查自己缓存，有记录直接返回；没有则发起迭代查询：
    1. 询问根服务器：www.baidu.com 去哪里查；根服务器返回 .com 顶级域名服务器地址；
    2. 询问 .com顶级域名服务器，得到 baidu.com 的权威服务器地址；
    3. 询问 baidu.com权威服务器，拿到 www.baidu.com 对应的IP；
  5. 本地DNS把IP结果返回给客户端；
  6. 本地DNS缓存这条解析记录（受TTL控制），客户端也在本机缓存；
  7. 客户端拿到IP，发起TCP连接访问网站。

TTL（Time To Live，生存时间）：控制DNS记录在缓存中保留多久，过期重新查询。

五、常见DNS资源记录类型

DNS服务器保存多条类型的记录，最常用：

记录类型含义作用
A记录IPv4地址记录域名 → IPv4地址
AAAA记录IPv6地址记录域名 → IPv6地址
CNAME别名记录一个域名指向另一个域名
MX邮件交换记录指定域名对应的邮件服务器（SMTP使用）
NS域名服务器记录该域名由哪台权威服务器负责解析
TXT文本记录存放SPF、DKIM等邮件验证、域名所有权验证

六、DNS 报文结构

DNS请求与响应报文格式相同，分为头部、问题段、回答段、授权段、附加段。
重点字段：

  • ID：请求与响应匹配编号；
  • Flags：标志位，区分查询/响应、递归请求等；
  • QNAME：要查询的域名；
  • QTYPE：查询的记录类型（A/AAAA/MX）。

七、DNS 两种查询方式

  1. 递归查询
    客户端只向本地DNS发一次请求，本地DNS负责完成全部查询，最后返回结果给客户端。

客户端 ↔ 本地DNS 是递归查询。

  1. 迭代查询
    本地DNS服务器依次询问根、TLD、权威服务器；每一级服务器只返回下一级服务器地址，不会直接返回最终IP。

本地DNS 和根/TLD/权威服务器之间是迭代查询。

八、DNS 相关安全问题

  1. DNS劫持：篡改DNS返回结果，把域名解析到恶意IP；
  2. DNS缓存投毒：污染DNS服务器缓存，让缓存内域名指向错误IP；
  3. 中间人窃听：传统UDP DNS查询明文传输，可以被抓包看到查询的域名；

安全方案：DNS over HTTPS（DoH）、DNS over TLS（DoT）、DNSSEC（域名记录签名防篡改）。

九、hosts 文件

hosts是本机静态域名映射文件，优先级高于DNS查询。
Windows路径：C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts
Linux/macOS路径：/etc/hosts
可以手动写域名与IP映射，用来本地调试网站。

十、小结

  1. DNS应用层协议，默认端口53；UDP为主，TCP用于大报文；
  2. 核心功能：域名和IP互相转换；
  3. 服务器分层：根服务器→顶级域名服务器→权威服务器；递归服务器帮用户代查并缓存；
  4. 两种查询：递归查询（客户端到本地DNS）、迭代查询（DNS服务器之间）；
  5. 解析顺序：hosts文件 → 本机DNS缓存 → 递归DNS查询；
  6. 常用记录A、AAAA、CNAME、MX、TXT。

思考题：DNS查询大部分用UDP，为什么设计成UDP而不是TCP？

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