域名系统

域名系统是互联网的分布式目录，通过委托授权服务器的层级结构和普遍的缓存，将人类可读的域名转换为网络所需的IP地址。

Definition

域名系统是一种分层、分布式的命名服务，通过委托授权名称服务器和缓存解析器的网络实现，将域名映射到IP地址及其他记录。

Scope

本主题涵盖DNS：其分层命名空间和区域；根、顶级域和授权名称服务器的作用；递归和迭代解析；资源记录（如A、AAAA、NS、MX和CNAME）；使系统可扩展的缓存和生存时间值；以及DNS对UDP的依赖性（用于大多数查询）。它还指出DNS在简单查找之外的作用，例如在负载分配和CDN重定向中的作用。它不包括依赖于DNS的应用协议和内容交付系统。

Core questions

• 为什么互联网需要一个独立于IP地址的命名系统？
• DNS命名空间是如何分层组织成区域和委托的？
• 递归和迭代查询如何将名称解析为地址？
• 缓存和生存时间值如何使DNS具有可扩展性和速度？
• DNS使用哪些资源记录类型，每种代表什么？

Key concepts

• 域名层级
• 区域和委托
• 根、TLD和授权服务器
• 递归和迭代解析
• 资源记录（A、AAAA、NS、MX、CNAME）
• 缓存和生存时间（TTL）
• 基于UDP的DNS
• 基于DNS的负载分配

Key theories

分层、委托命名

DNS将命名空间划分为域树，并将子树的权限委托给不同组织的名称服务器，因此没有单个实体需要知道所有名称，并且管理是分布式的。

解析和缓存

解析器通过遵循从根到授权服务器的层级结构来回答查询，然后将其结果缓存至其生存时间；积极的缓存意味着大多数查找永远不会到达授权服务器，这对于DNS的可扩展性至关重要。

Clinical relevance

DNS是几乎所有在线交互的关键依赖项：网页浏览、电子邮件和应用程序连接都始于名称查找，因此DNS的性能和可用性影响用户体验，DNS中断会波及各项服务。DNS还用于引导用户访问附近服务器以进行内容交付和负载均衡，其安全性（通过DNSSEC和加密DNS）是一个活跃的关注点。

History

在DNS出现之前，主机名通过一个无法扩展的单一共享文件映射到地址。Paul Mockapetris在20世纪80年代中期设计了域名系统（RFC 1034和1035，1987年），作为一种分布式、分层的替代方案。此后，DNS得到了巨大发展，增加了记录类型、国际化名称、安全扩展（DNSSEC）和加密传输，同时在架构上忠实于其原始设计。

Debates

加密DNS与操作可见性

加密DNS查询（DNS over HTTPS/TLS）可以保护用户隐私免受路径上的观察者影响，但它也降低了网络运营商用于过滤和故障排除的可见性，并可能将解析集中到少数大型提供商；隐私和控制之间的权衡存在争议。

Key figures

• Paul Mockapetris
• James F. Kurose
• Keith W. Ross

Seminal works

• rfc1034
• rfc1035
• kurose2021

Frequently asked questions

DNS有什么作用？

DNS将诸如example.com之类的用户友好名称转换为网络路由数据包到正确服务器所需的IP地址。它是互联网的电话簿，通过分布式服务器层级结构和大量缓存进行此查找，从而使其能够扩展到整个互联网。

为什么DNS是分布式的而不是一个大型服务器？

单个服务器无法处理查询量，将成为单点故障，并且无法由全球所有组织管理。DNS转而将部分命名空间的权限委托给许多服务器并广泛缓存结果，从而分散负载和控制，使系统具有弹性。