DNS 是互聯網核心協議之一。不管是上網瀏覽，還是編程開發，都需要了解一點它的知識。
本文詳細介紹DNS的原理，以及如何運用工具軟件觀察它的運作。我的目標是，讀完此文後，你就能完全理解DNS。
一、DNS 是什麼？
DNS （Domain Name System 的縮寫）的作用非常簡單，就是根據域名查出IP地址。你可以把它想象成一本巨大的電話本。
舉例來說，如果你要訪問域名http://math.stackexchange.com，首先要通過DNS查出它的IP地址是151.101.129.69。
如果你不清楚爲什麼一定要查出IP地址，才能進行網絡通信，建議先閱讀我寫的 《互聯網協議入門》 。
二、查詢過程
雖然只需要返回一個IP地址，但是DNS的查詢過程非常複雜，分成多個步驟。
工具軟件dig可以顯示整個查詢過程。
$ dig math.stackexchange.com
上面的命令會輸出六段信息。
第一段是查詢參數和統計。
第二段是查詢內容。
上面結果表示，查詢域名http://math.stackexchange.com的A記錄，A是address的縮寫。
第三段是DNS服務器的答覆。
上面結果顯示，http://math.stackexchange.com有四個A記錄，即四個IP地址。600是TTL值（Time to live 的縮寫），表示緩存時間，即600秒之內不用重新查詢。
第四段顯示http://stackexchange.com的NS記錄（Name Server的縮寫），即哪些服務器負責管理http://stackexchange.com的DNS記錄。
上面結果顯示http://stackexchange.com共有四條NS記錄，即四個域名服務器，向其中任一臺查詢就能知道http://math.stackexchange.com的IP地址是什麼。
第五段是上面四個域名服務器的IP地址，這是隨着前一段一起返回的。
第六段是DNS服務器的一些傳輸信息。
上面結果顯示，本機的DNS服務器是192.168.1.253，查詢端口是53（DNS服務器的默認端口），以及迴應長度是305字節。
如果不想看到這麼多內容，可以使用+short參數。
$ dig +short math.stackexchange.com 151.101.129.69 151.101.65.69 151.101.193.69 151.101.1.69
上面命令只返回http://math.stackexchange.com對應的4個IP地址（即A記錄）。
三、DNS服務器
下面我們根據前面這個例子，一步步還原，本機到底怎麼得到域名http://math.stackexchange.com的IP地址。
首先，本機一定要知道DNS服務器的IP地址，否則上不了網。通過DNS服務器，才能知道某個域名的IP地址到底是什麼。
DNS服務器的IP地址，有可能是動態的，每次上網時由網關分配，這叫做DHCP機制；也有可能是事先指定的固定地址。Linux系統裏面，DNS服務器的IP地址保存在/etc/resolv.conf文件。
上例的DNS服務器是192.168.1.253，這是一個內網地址。有一些公網的DNS服務器，也可以使用，其中最有名的就是Google的8.8.8.8和Level 3的4.2.2.2。
本機只向自己的DNS服務器查詢，dig命令有一個@參數，顯示向其他DNS服務器查詢的結果。
$ dig @4.2.2.2 math.stackexchange.com
上面命令指定向DNS服務器4.2.2.2查詢。
四、域名的層級
DNS服務器怎麼會知道每個域名的IP地址呢？答案是分級查詢。
請仔細看前面的例子，每個域名的尾部都多了一個點。
比如，域名http://math.stackexchange.com顯示爲math.stackexchange.com.。這不是疏忽，而是所有域名的尾部，實際上都有一個根域名。
舉例來說，http://www.example.com真正的域名是www.example.com.root，簡寫爲www.example.com.。因爲，根域名.root對於所有域名都是一樣的，所以平時是省略的。
根域名的下一級，叫做”頂級域名”（top-level domain，縮寫爲TLD），比如.com、.net；再下一級叫做”次級域名”（second-level domain，縮寫爲SLD），比如http://www.example.com裏面的.example，這一級域名是用戶可以註冊的；再下一級是主機名（host），比如http://www.example.com裏面的www，又稱爲”三級域名”，這是用戶在自己的域裏面爲服務器分配的名稱，是用戶可以任意分配的。
總結一下，域名的層級結構如下。
主機名.次級域名.頂級域名.根域名 # 即 host.sld.tld.root
五、根域名服務器
DNS服務器根據域名的層級，進行分級查詢。
需要明確的是，每一級域名都有自己的NS記錄，NS記錄指向該級域名的域名服務器。這些服務器知道下一級域名的各種記錄。
所謂”分級查詢”，就是從根域名開始，依次查詢每一級域名的NS記錄，直到查到最終的IP地址，過程大致如下。
從”根域名服務器”查到”頂級域名服務器”的NS記錄和A記錄（IP地址）
從”頂級域名服務器”查到”次級域名服務器”的NS記錄和A記錄（IP地址）
從”次級域名服務器”查出”主機名”的IP地址
仔細看上面的過程，你可能發現了，沒有提到DNS服務器怎麼知道”根域名服務器”的IP地址。回答是”根域名服務器”的NS記錄和IP地址一般是不會變化的，所以內置在DNS服務器裏面。
下面是內置的根域名服務器IP地址的一個例子。
上面列表中，列出了根域名（.root）的三條NS記錄http://A.ROOT-SERVERS.NET、http://B.ROOT-SERVERS.NET和http://C.ROOT-SERVERS.NET，以及它們的IP地址（即A記錄）198.41.0.4、192.228.79.201、192.33.4.12。
另外，可以看到所有記錄的TTL值是3600000秒，相當於1000小時。也就是說，每1000小時才查詢一次根域名服務器的列表。
目前，世界上一共有十三組根域名服務器，從http://A.ROOT-SERVERS.NET一直到http://M.ROOT-SERVERS.NET。
六、分級查詢的實例
dig命令的+trace參數可以顯示DNS的整個分級查詢過程。
$ dig +trace math.stackexchange.com
上面命令的第一段列出根域名.的所有NS記錄，即所有根域名服務器。
根據內置的根域名服務器IP地址，DNS服務器向所有這些IP地址發出查詢請求，詢問http://math.stackexchange.com的頂級域名服務器com.的NS記錄。最先回復的根域名服務器將被緩存，以後只向這臺服務器發請求。
接着是第二段。
上面結果顯示.com域名的13條NS記錄，同時返回的還有每一條記錄對應的IP地址。
然後，DNS服務器向這些頂級域名服務器發出查詢請求，詢問http://math.stackexchange.com的次級域名http://stackexchange.com的NS記錄。
上面結果顯示http://stackexchange.com有四條NS記錄，同時返回的還有每一條NS記錄對應的IP地址。
然後，DNS服務器向上面這四臺NS服務器查詢http://math.stackexchange.com的主機名。
上面結果顯示，http://math.stackexchange.com有4條A記錄，即這四個IP地址都可以訪問到網站。並且還顯示，最先返回結果的NS服務器是http://ns-463.awsdns-57.com，IP地址爲205.251.193.207。
七、NS 記錄的查詢
dig命令可以單獨查看每一級域名的NS記錄。
$ dig ns com $ dig ns stackexchange.com
+short參數可以顯示簡化的結果。
$ dig +short ns com $ dig +short ns stackexchange.com
八、DNS的記錄類型
域名與IP之間的對應關係，稱爲”記錄”（record）。根據使用場景，”記錄”可以分成不同的類型（type），前面已經看到了有A記錄和NS記錄。
常見的DNS記錄類型如下。
（1） A：地址記錄（Address），返回域名指向的IP地址。
（2） NS：域名服務器記錄（Name Server），返回保存下一級域名信息的服務器地址。該記錄只能設置爲域名，不能設置爲IP地址。
（3）MX：郵件記錄（Mail eXchange），返回接收電子郵件的服務器地址。
（4）CNAME：規範名稱記錄（Canonical Name），返回另一個域名，即當前查詢的域名是另一個域名的跳轉，詳見下文。
（5）PTR：逆向查詢記錄（Pointer Record），只用於從IP地址查詢域名，詳見下文。
一般來說，爲了服務的安全可靠，至少應該有兩條NS記錄，而A記錄和MX記錄也可以有多條，這樣就提供了服務的冗餘性，防止出現單點失敗。
CNAME記錄主要用於域名的內部跳轉，爲服務器配置提供靈活性，用戶感知不到。舉例來說，http://facebook.github.io這個域名就是一個CNAME記錄。
$ dig facebook.github.io ... ;; ANSWER SECTION: facebook.github.io. 3370 IN CNAME github.map.fastly.net. github.map.fastly.net. 600 IN A 103.245.222.133
上面結果顯示，http://facebook.github.io的CNAME記錄指向http://github.map.fastly.net。也就是說，用戶查詢http://facebook.github.io的時候，實際上返回的是http://github.map.fastly.net的IP地址。這樣的好處是，變更服務器IP地址的時候，只要修改http://github.map.fastly.net這個域名就可以了，用戶的http://facebook.github.io域名不用修改。
由於CNAME記錄就是一個替換，所以域名一旦設置CNAME記錄以後，就不能再設置其他記錄了（比如A記錄和MX記錄），這是爲了防止產生衝突。舉例來說，http://foo.com指向http://bar.com，而兩個域名各有自己的MX記錄，如果兩者不一致，就會產生問題。由於頂級域名通常要設置MX記錄，所以一般不允許用戶對頂級域名設置CNAME記錄。
PTR記錄用於從IP地址反查域名。dig命令的-x參數用於查詢PTR記錄。
$ dig -x 192.30.252.153 ... ;; ANSWER SECTION: 153.252.30.192.in-addr.arpa. 3600 IN PTR pages.github.com.
上面結果顯示，192.30.252.153這臺服務器的域名是http://pages.github.com。
逆向查詢的一個應用，是可以防止垃圾郵件，即驗證發送郵件的IP地址，是否真的有它所聲稱的域名。
dig命令可以查看指定的記錄類型。
$ dig a github.com $ dig ns github.com $ dig mx github.com
九、其他DNS工具
除了dig，還有一些其他小工具也可以使用。
（1）host 命令
host命令可以看作dig命令的簡化版本，返回當前請求域名的各種記錄。
$ host github.com github.com has address 192.30.252.121 github.com mail is handled by 5 ALT2.ASPMX.L.GOOGLE.COM. github.com mail is handled by 10 ALT4.ASPMX.L.GOOGLE.COM. github.com mail is handled by 10 ALT3.ASPMX.L.GOOGLE.COM. github.com mail is handled by 5 ALT1.ASPMX.L.GOOGLE.COM. github.com mail is handled by 1 ASPMX.L.GOOGLE.COM. $ host facebook.github.com facebook.github.com is an alias for github.map.fastly.net. github.map.fastly.net has address 103.245.222.133
host命令也可以用於逆向查詢，即從IP地址查詢域名，等同於dig -x 。
$ host 192.30.252.153 153.252.30.192.in-addr.arpa domain name pointer pages.github.com.
（2）nslookup 命令
nslookup命令用於互動式地查詢域名記錄。
$ nslookup > facebook.github.io Server: 192.168.1.253 Address: 192.168.1.253#53 Non-authoritative answer: facebook.github.io canonical name = github.map.fastly.net. Name: github.map.fastly.net Address: 103.245.222.133 >
（3）whois 命令
whois命令用來查看域名的註冊情況。
$ whois github.com
十、參考鏈接
DNS: The Good Parts, by Pete Keen
DNS 101, by Mark McDonnell
…………………………end…………………………
附，DNS百科，可過濾
DNS（Domain Name System，域名系統），因特網上作爲域名和IP地址相互映射的一個分佈式數據庫，能夠使用戶更方便的訪問互聯網，而不用去記住能夠被機器直接讀取的IP數串。通過主機名，最終得到該主機名對應的IP地址的過程叫做域名解析（或主機名解析）。DNS協議運行在UDP協議之上，使用端口號53。在RFC文檔中RFC 2181對DNS有規範說明，RFC 2136對DNS的動態更新進行說明，RFC 2308對DNS查詢的反向緩存進行說明。
DNS功能
每個IP地址都可以有一個主機名，主機名由一個或多個字符串組成，字符串之間用小數點隔開。有了主機名，就不要死記硬背每臺IP設備的IP地址，只要記住相對直觀有意義的主機名就行了。這就是DNS協議所要完成的功能。
主機名到IP地址的映射有兩種方式：
1）靜態映射，每臺設備上都配置主機到IP地址的映射，各設備獨立維護自己的映射表，而且只供本設備使用；
2）動態映射，建立一套域名解析系統（DNS），只在專門的DNS服務器上配置主機到IP地址的映射，網絡上需要使用主機名通信的設備，首先需要到DNS服務器查詢主機所對應的IP地址。
通過主機名，最終得到該主機名對應的IP地址的過程叫做域名解析（或主機名解析）。在解析域名時，可以首先採用靜態域名解析的方法，如果靜態域名解析不成功，再採用動態域名解析的方法。可以將一些常用的域名放入靜態域名解析表中，這樣可以大大提高域名解析效率。
DNS服務器
提供DNS服務的是安裝了DNS服務器端軟件的計算機。服務器端軟件既可以是基於類linux操作系統，也可以是基於Windows操作系統的。裝好DNS服務器軟件後，您就可以在您指定的位置創建區域文件了，所謂區域文件就是包含了此域中名字到IP地址解析記錄的一個文件，如文件的內容可能是這樣的：primary name server = dns2（主服務器的主機名是 ）
serial = 2913 （序列號=2913、這個序列號的作用是當輔域名服務器來複制這個文件的時候，如果號碼增加了就複製）
refresh = 10800 (3 hours) （刷新=10800秒、輔域名服務器每隔3小時查詢一個主服務器）
retry = 3600 (1 hour) （重試=3600秒、當輔域名服務試圖在主服務器上查詢更新時，而連接失敗了，輔域名服務器每隔1小時訪問主域名服務器）
expire = 604800 (7 days) （到期=604800秒、輔域名服務器在向主服務更新失敗後，7天后刪除中的記錄。）
default TTL = 3600 (1 hour) （默認生存時間=3600秒、緩存服務器保存記錄的時間是1小時。也就是告訴緩存服務器保存域的解析記錄爲1小時）
DNS安全問題
1.針對域名系統的惡意***：DDOS***造成域名解析癱瘓。
2.域名劫持：修改註冊信息、劫持解析結果。
3.國家性質的域名系統安全事件：“.ly”域名癱瘓、“.af”域名的域名管理權變更。
4.系統上運行的DNS服務存在漏洞，導致被***獲取權限，從而篡改DNS信息。
5.DNS設置不當，導致泄漏一些敏感信息。提供給***進一步***提供有力信息。
來源：阮一峯的網絡日誌
作者：阮一峯
鏈接：http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/06/dns.html