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写在前面

最近有个同学后台私信让我出一个DNS的工作原理，面试的时候居然问到了，所以就简单聊聊DNS的工作原理吧！

1. DNS 的核心作用

DNS（域名系统，Domain Name System）是互联网中用于将人类可读的域名转换为机器可识别的 IP 地址的核心服务。

域名与 IP 的映射：DNS 本质上是一个分布式数据库，存储了域名与对应 IP 地址的映射关系。

2. DNS 的组成部分

• 域名空间（Domain Name Space）：
  以树状结构组织域名，例如：根域（.） → 顶级域（.com） → 二级域（sbnvidia.com） → 子域（www.sbnvidia.com）
• DNS 服务器：
  • 递归解析器（Recursive Resolver）：用户直接访问的服务器（如 ISP 提供的 DNS 或公共 DNS 如 8.8.8.8），负责代替用户完成查询。
  • 根域名服务器（Root Server）：全球共 13 组，存储顶级域（如 .com、.org）的地址信息。
  • 顶级域服务器（TLD Server）：管理特定顶级域（如 .com 服务器存储所有以 .com 结尾的域名信息）。
  • 权威域名服务器（Authoritative Server）：存储具体域名的 IP 地址（如 example.com 的权威服务器由域名所有者管理）。

• DNS 记录：存储域名相关信息的条目，常见类型包括：
  • A 记录：域名到 IPv4 地址的映射。
  • AAAA 记录：域名到 IPv6 地址的映射。
  • CNAME 记录：域名别名（如将 www.example.com 指向 example.com）。
  • MX 记录：邮件服务器地址。
  • NS 记录：指定管理域名的权威服务器。

这也是在我们域名解析的时候所需要了解的

3. DNS 解析流程

当用户在浏览器输入 www.sbnvidia.com 时，解析过程如下：

1. 本地缓存查询：
   • 浏览器检查自身缓存 → 若无，检查操作系统缓存（如 hosts 文件）。
   • 若仍无结果，向递归解析器（如本地 DNS 服务器）发起请求。
2. 递归解析器处理：
   • 递归解析器先检查自身缓存，若未命中，则从根域名服务器开始逐级查询：
     a. 根域名服务器：返回 .com 顶级域服务器的地址。
     b. 顶级域服务器（.com）：返回 sbnvidia.com 的权威服务器地址。
     c. 权威域名服务器：返回 www.sbnvidia.com 的 IP 地址。
3. 返回结果：
   • 递归解析器将最终 IP 返回给用户设备，并缓存结果（根据记录的 TTL 时间）。

• 缓存层级：浏览器 → 操作系统 → 递归解析器均会缓存结果，减少重复查询。
• TTL（Time to Live）：每条 DNS 记录设有时效性，超时后缓存失效，需重新查询。

4. 基于UDP 还是TCP？

UDP 在过去的几十年中其实都是 DNS 主要使用的协议，作为互联网的标准，目前的绝大多数 DNS 请求和响应都会使用 UDP 协议进行数据的传输，我们通过抓包工具就能轻松获得以 UDP 协议为载体的 DNS 请求和响应。

抓去 baidu.com 的DNS解析发现协议是UDP

但其实 DNS 使用了 UDP 来获取域名对应的 IP 地址，这个观点虽然没错，抓包抓出来也确实是这样，但是还是有一些片面，这仅仅只是验证了这种case是UDP，更加准确的说法其实是 DNS 查询在刚设计时主要使用 UDP 协议进行通信，但 TCP 也是在 DNS 的演进和发展中被加入到规范的：

1. DNS 在设计之初就在区域传输中引入了 TCP 协议，在查询中使用 UDP 协议
2. 当 DNS 超过了 512 字节的限制，如果 DNS 查询被截断，应该使用 TCP 协议进行重试
3. 随后引入的 EDNS 机制可以将 UDP 的数据提升到 4096 字节的，但是由于 MTU 的限制导致的数据分片以及丢失，使得这一特性不够可靠
4. 重新规定了 DNS 应该同时支持 UDP 和 TCP 协议，TCP 协议也不再只是重试时的选择；

参考
[1] https://draveness.me/whys-the-design-dns-udp-tcp/
[2] https://chat.deepseek.com/
[3] https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc7766