DNS協議也可以稱為DNS服務，全稱是Domain Name System，即域名系統，和HTTP協議一樣，也是一個位於應用層的協議（服務），它是基於運輸層的UDP協議的，關於網路協議的分層介紹，見這裡（還沒有寫好，先放這裡一個空連結）。從DNS的名字我們就可以知道，它提供域名對映到IP地址的服務，那麼在我們詳細說DNS協議之前，先來大致講講網際網路的域名結構。

1. 域名結構

我們都知道，在網際網路中，每一臺計算機想要訪問網際網路，都需要一個IP地址來進行網路通訊，可以是形如192.168.1.1這樣的點分十進位制的IPv4地址，也可以是形如[0:0:0:0:0:0:0:1]這樣方括號包圍的十六進位制的IPv6地址，但是這些地址不便於記憶，所以就產生了域名這種方便人們記住的東西（當然你要是記憶力好能記住IP地址，在瀏覽器位址列輸入URL的時候，也可以直接用IP地址替換掉域名，效果是一樣的）。

域名也可以叫做主機名。這裡我們先給出一個域名，例如www.abc.com，以這個域名為例，來看一下域名的結構。

域名採用層次化的結構，其中com是頂級域名，abc是二級域名，www是三級域名，從語法上來說，每個域名都是幾個不同層級的名字用.連線起來的組合，域名不區分大小寫字母，所以www.ABC.com和www.abc.com是一樣的，按照規定來說，域名有長度限制，這裡就不再細講。

上面提到，com是一個頂級域名（TLD，Top Level Domain），除了com之外，頂級域名還有好多，一般來說可以分為：

• 國家頂級域名

  如cn表示中國，us表示美國，uk表示英國，當然還有一些特殊地區也有所謂的國家頂級域名，比如hk

  表示香港

• 通用頂級域名

  如com表示公司企業，net表示網路服務機構，org表示非營利組織，edu表示美國教育機構（中國的教育機構一般來說是xxx.edu.cn），gov表示美國政府部門（中國的政府部門一般來說是xxx.gov.cn）等。

• 基礎結構域名

  不常見，不做敘述。

所以說，在中國，企業的域名一般可以是xxx.com、xxx.com.cn、xxx.cn。

下面這個域名樹，清晰地展示了網際網路的域名空間：

在圖中，edu.cn下面，劃分除了很多三級域名，如tsinghua、pku等，一旦某個單位有了一個域名，它就可以自己決定是否要進一步劃分下屬的子域，域名樹的樹葉節點就是單臺計算機的名字，不能再繼續劃分了，例如mail

到這裡，我們已經知道了為什麼要有域名以及域名的結構，域名就是為了便於人們記憶而產生的，但是域名是方便人們記憶了，計算機反而不好處理了，它更善於處理IP地址這種東西，所以這裡就用到了我們要講的DNS協議，用來把域名對映到IP地址，在瞭解DNS解析域名的過程之前，我們還需要了解一下域名伺服器這種東西（怎麼這麼多東西，寫個部落格好麻煩啊23333）。

2. 域名伺服器（DNS伺服器）

上面說到了域名體系的樹狀結構，為了實現域名系統，我們首先想到的就是在域名樹的每個節點都設定一臺對應的伺服器，這樣就可以了，但是這樣做的後果就是導致域名伺服器太多，域名系統的執行效率太低，所以，通常是將好多個節點劃分為一個區，用分割槽的方式來實現域名系統，如下圖：

其中，(a)是abc這個公司只設置了一個分割槽的樣子，(b)是abc公司設定了兩個分割槽的樣子，這兩個區分別為abc.com和y.abc.com，這兩個區對應了兩個許可權域名伺服器（後面還會提到）。下圖可以看出域名伺服器的層次結構：

由上圖可以看出，根據域名伺服器起的作用，可以把域名伺服器分為四種不同的型別：

• 根域名伺服器

  根域名伺服器對應的是域名樹中的根節點，是最高層次的域名伺服器，但是並不是只有一臺，而是有好多臺，總共有13個不同IP地址的根域名伺服器，用a到m來表示，如a.rootservers.net，每個IP地址對應一套裝置，一套裝置在世界不同地點安裝了伺服器，總之，數量很多，當訪問根域名伺服器時，往往就是由路由器找到最近的根域名伺服器訪問。

  一般來說，每臺根域名伺服器都知道所有的頂級域名伺服器的域名以及IP地址，但往往也只知道這些，所以訪問根域名伺服器一般只能得到頂級域名伺服器的IP地址，而不能直接知曉你要找的具體伺服器的IP。一般來講，如果要通過網際網路解析域名，本地域名伺服器首先訪問的就是根域名伺服器，下面還會講到。

• 頂級域名伺服器

  頂級域名伺服器負責管理在頂級域名下的所有二級域名，例如cn是頂級域名伺服器，管理edu、gov等二級域名，當接收到查詢請求時，要麼給出最終結果（即具體IP地址），要麼給出下一步應該訪問的許可權域名伺服器的IP地址。

• 許可權域名伺服器

  許可權域名伺服器上面已經提到過一次了，就是每個域名分割槽對應一個伺服器就叫做許可權域名伺服器。當接收到DNS查詢請求時，如果可以給出具體的IP地址就給出（例如前面的abc.com可以給出v.x.abc.com的IP地址，所以直接返回），如果不可以，就把下一步要訪問的許可權域名伺服器的IP地址返回（如abc.com不能給出t.y.abc.com的IP，就會把y.abc.com這個許可權域名伺服器的IP地址返回）。

• 本地域名伺服器

  可能有人已經發現了，上面的圖中並沒有本地域名伺服器這一層級結構，這是因為本地域名伺服器（有時候也叫作首選域名伺服器或者預設域名伺服器）不屬於域名樹的層次結構，但是相當重要。當一臺計算機要進行DNS查詢的時候，就會將查詢的請求發給本地域名伺服器。

  一般來說，一個網際網路服務提供商（ISP）或者是一個大學（甚至是一個系）都有一個本地域名伺服器，也就是說，當你再學校內使用校園網時，你的本地域名伺服器並不是指你自己的電腦，因為你的系或者你的學校，都共用一個本地域名伺服器。

3. 域名解析過程

在瞭解了上面的域名結構以及域名伺服器之後，我們來看一下域名的解析過程，總的來講，主機向本地域名伺服器的域名查詢一般採用遞迴查詢，而本地域名伺服器向根域名伺服器的查詢一般採用迭代查詢。

概念其實很簡單，遞迴查詢就是如果主機向本地域名伺服器查詢IP，本地域名伺服器不知道IP地址，這是本地域名伺服器就代替主機稱為DNS客戶，向根域名伺服器進行下一步查詢。而迭代查詢就是，在本地域名伺服器向根域名伺服器查詢時，根域名伺服器要麼給出最終的IP地址，要麼給出下一步本地域名伺服器要訪問的頂級域名伺服器的IP地址，之後本地域名伺服器再去訪問相應的頂級域名伺服器（而不是讓根域名伺服器代替本地域名伺服器去進行下一步查詢）。簡單來說，遞迴查詢返回具體IP地址或者報錯沒找到，迭代查詢返回具體IP地址或者返回下一步的IP地址。如下圖：

當然，我們也可以指定查詢方式讓查詢過程全程使用遞迴查詢，如下圖：

下面以一個例子說說明在無快取的情況下（下面會談到快取），通過DNS來查詢域名的步驟，假設域名為m.xyz.com的主機想要查詢y.abc.com這個域名對應的IP地址，那麼他就會按照域名查詢方式1（上圖）中的方式進行查詢：

1. 主機m.xyz.com先向本地域名伺服器dns.xyz.com進行遞迴查詢。
2. 本地域名伺服器無法給出IP地址，所以本地域名伺服器向（離自己最近的）根域名伺服器查詢，這是的查詢已經變為了迭代查詢。
3. 根域名伺服器根據本地域名伺服器傳送的報文，知道了下一步應該查詢的是哪個頂級域名伺服器，這時根域名伺服器告訴本地域名伺服器，下一步應該查詢的頂級域名伺服器dns.com的IP地址。
4. 本地域名伺服器向頂級域名伺服器dns.com傳送請求查詢。
5. 頂級域名伺服器dns.com告訴本地域名伺服器，下一步應該查詢的許可權域名伺服器dns.abc.com的IP地址。
6. 本地域名伺服器向許可權域名伺服器dns.abc.com傳送請求查詢。
7. 許可權域名伺服器dns.abc.com告訴本地域名伺服器想要查詢的域名y.abc.com的IP地址。
8. 本地域名伺服器在拿到IP地址後，將IP地址返回給主機m.xyz.com。這就是域名查詢的具體過程，因為DNS協議的基於UDP協議，所以上述8個步驟中，總共使用了8個UDP報文。

上面提到，這是在沒有快取的情況下的DNS查詢，實際上，為了提高查詢的效率以及降低根域名伺服器的負荷，一般來說域名伺服器中都有快取記憶體，用來記錄最近查詢過的域名的快取，如果在查詢域名時，有想要的域名到IP的對映快取，並且快取沒有過期，那麼就直接將快取中域名對映的IP地址返回，省去了接下來的查詢。只有在沒有快取或者快取過期了才會進行下一步的查詢。實際上，不知域名伺服器有快取，每臺計算機甚至瀏覽器都會對域名到IP的對映進行快取，這樣一來大大加快的DNS的查詢速度。

上面這些就是DNS協議的大概了，如果覺得有哪裡寫的不對的，還請多多指教。

參考書籍：《計算機網路》謝希仁