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本文由9527發表

根域名伺服器是域名解析系統（DNS）中最為頂級的域名伺服器，它們負責管理頂級域的權威域名伺服器地址。作為網際網路基礎設施的重要部分，所有域名的解析操作均離不開它們。下面我們將從 DNS 協議實現的角度分析為什麼全球只有13組根域名伺服器。

13組根域名伺服器的資訊

其中，13組根域名伺服器以英文字母 a 到 m 順序命名，域名格式為“a~m.root-servers.net”，如“b.root-servers.net”。

DNS 資料包的大小限制

我們知道 DNS 協議是應用層協議，大多數情況下依賴傳輸層的 UDP 協議進行資料的傳輸(僅在重試的情況下可能使用 TCP 協議)。根據RFC 791規定，未保證 UDP 資料包傳輸成功率，儘量資料包控制在 571 位元組以使資料包不會被分片傳輸。

除去 UDP 資料包自身包頭佔用的位元組數，DNS 資料包被設計為不超過512位元組。

DNS 協議格式

下面我們從根域名解析的返回資料包截圖：

我們假設根域名由 N 組，計算資料包各部分位元組佔用的情況如下：

• Header 部分佔用12個位元組，包括 Transaction ID (2位元組)，Flags (2位元組)，Questions (2位元組)，Answer RRs (2位元組)，Authority RRs (2位元組)，Additional RRs (2位元組)；
• Question Section 部分佔用5個位元組，包括根標籤(1位元組)，Class (2位元組，基本取值都是IN)，查詢型別(2位元組)；
• Answer Section 部分佔用的位元組數為所有記錄位元組數之和，每條記錄包括根標籤(1位元組)，TTL (4位元組)，Class (2位元組，基本取值都是IN)，查詢型別(2位元組)，域名儲存佔用的位元組數；因為域名在 DNS 解析協議當中按照長度(2位元組)+資料的形式儲存，其中資料部分是分段儲存的，儲存格式如下所示，所以第一條記錄的域名儲存佔用22個位元組，繼而第一條記錄總共佔用31個位元組；而從第二條記錄開始，因為記錄中出現的域名存在部分內容與第一條記錄重複，即“root-servers.net”部分，這部分可以利用 DNS 指標壓縮儲存，只需要儲存2個位元組的指標，指向第一條記錄出現的部分，而不需要儲存實際的內容，所以第二條記錄～N條記錄佔用的位元組數分別為11+4=15個位元組；

• Additional Section 部分佔用的位元組數為所有記錄位元組數之和，每條記錄包括域名，TTL (4位元組)，Class (2位元組，基本取值都是IN)，查詢型別(2位元組)，IP 地址(2位元組長度+4位元組內容)；因為 Additional Section 記錄的域名都在 Answer Section 中出現過，所以這部分都可以利用 DNS 指標壓縮儲存，只需要儲存2個位元組的指標即可表示對應的域名，所以Additional Section 部分的記錄佔用的位元組數為2+4+2+2+6=16個位元組；

綜上所述，資料包總長度為12+5+(31+(15(N-1))+16N，再根據前述 DNS 大小限制不超過512位元組的要求，可以得 N 不超過15組，再加上早期設計的時候考慮到預留一些 buffer 於是就有了現在全球13組根域名伺服器的結果。

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