又到了招聘季了，前兩天遇到一個面試的小伙伴，他說面試官和他聊得很投機，無意中談到了DNS請求的過程。他一時語塞隨便應付了兩句，雖然對方沒有追問的意思，但最后面試結果也并不理想。本著邊面試邊學習的態度，我們來看看DNS請求的過程中涉及到的定義和原理。
DNS的含義和結構
眾所周知，在互聯網中是用IP來標識一臺服務器的。IP地址雖然能夠代表一臺設備，但是由于記憶起來比較困難，所以將其替換成一個能夠理解和識別的名字，這個名字我們稱作為域名。例如：www.51cto.com 就是一個域名，在域名后面會定義一個IP地址用來指向網站服務器。那么問題來了，誰來做這個從域名到IP地址的對應呢？答案是通過DNS來實現。
DNS 是域名系統（Domain Name System，縮寫：DNS）是互聯網的一項服務。它將域名和IP地址相互映射的一個分布式數據庫，在數據庫中保存域名與IP的對照關系，從而使人更方便地訪問互聯網。
DNS解析是分布式存儲的，從結構上來說最頂層是，根域名服務器（ROOT DNS Server），存儲260個頂級域名服務器的IP地址。對于Ipv4來說全球有13個根域名服務器，它儲存了每個域（如.com .net .cn）的解析和域名服務器的地址信息。簡單的說，根域名服務器就是存放頂級域名服務器地址的。
在根域名服務器下一級就是，頂級域名服務器。例如.com的域名服務器，存儲的是一些一級域名的權威DNS服務器地址(如toutiao.com的DNS)。
頂級域名又稱一級域名，頂級域名可以分為三類，即gTLD、ccTLD和New gTLD：
- gTLD：國際頂級域名（generic top-level domains，gTLD），例如：.com/.net/.org等都屬于gTLD；
- ccTLD：國家和地區頂級域名（country code top-level domains，簡稱ccTLD），例如：中國是.cn域名，日本是.jp域名；
- New gTLD：新頂級域名（New gTLD），例如：.xyz/.top/.red/.help等新頂級域名。
頂級域名服務器就是根據上面三類保存域名IP對應數據的。
在頂級域名服務器下面一級就是，本地域名服務器（Local DNS）一般是運營商的DNS，主要作用就是代理用戶進行域名分析的。
如圖1 所示，DNS域名服務器分為三級，從上到下分別是根域名服務器（Root DNS Server）、頂級域名服務器（gTLD、ccTLD、New gTLD）、本地域名服務器（Local DNS Server）。
圖1 DNS 分層結構
DNS解析原理
說完DNS的結構，再來談談其運行原理。通過用戶訪問網頁的過程，來描述DNS解析以及獲取URL到IP映射的整個過程。其中過程比較復雜，會存在信息的來回傳遞。畫圖的過程中我們會簡化信息來回傳遞的線段，重點放在信息傳遞的路徑，通過9步來詮釋DNS解析過程。
圖2 用戶請求以及DNS解析的全過程
①用戶請求通過瀏覽器輸入要訪問網站的地址，例如：www.51cto.com。瀏覽器會在自己的緩存中查找URL對應IP地址。如果之前訪問過，保存了這個URL對應IP地址的緩存，那么就直接訪問IP地址。如果沒有緩存，進入到第2步。
②通過計算機本地的Host文件配置，可以設置URL和IP地址的映射關系。比如windows下是通過C:windwossystem32driveretchosts文件來設置的，linux中則是/etc/named.confg文件。這里查找本地的Host文件，看是有IP地址的緩存。如果在文件中依舊沒有找到映射關系，進入第3步。
③請求Local DNS Server，通過本地運營商獲取URL和IP的映射關系。如果在校園網，DNS服務器就在學校，如果是小區網絡，DNS服務器是運營商提供的。總之這個服務器在物理位置上離發起請求的計算機比較近。Local DNS Server緩存了大量的DNS解析結果。由于它的性能較好，物理上的距離又比較近，它通常會在很短的時間內返回指定域名的解析結果。80%的DNS解析需求在這一步就滿足了。如果在這一步還是沒有完成DNS解析，進入第4步
④通過Root DNS Server進行解析，ROOT DNS Server會根據請求的URL 返回給Local DNS Server頂級域名服務器的地址。例如：查詢的是”.com”的域名，就查詢 gTL對應的域名服務器的地址。
⑤返回頂級域名服務器的地址以后，訪問對應的頂級域名服務器（gTLD、ccTLD、New gTLD），并且返回Name Server服務器地址。這個Name Server就是網站注冊的域名服務器，上面包含了網站URL和IP的對應信息。例如你在某個域名服務提供商申請的域名，這個域名就由他們的服務器來解析。這個Name Server是由域名提供商維護的。
⑥Name Server會把指定域名的A記錄或者CNAME返回給Local DNS Server，并且設置一個TTL。
- A (Address) 記錄是用來指定主機名（或域名）對應的IP地址記錄。用戶可以將該域名下的網站服務器指向到自己的web server上。同時也可以設置您域名的二級域名。
- CNAME：別名記錄。這種記錄允許您將多個名字映射到另外一個域名。通常用于同時提供WWW和MAIL服務的計算機。例如，有一臺計算機名為“host.mydomain.com”（A記錄）。它同時提供WWW和MAIL服務，為了便于用戶訪問服務。服務商從方便維護的角度，一般也建議用戶使用CNAME記錄綁定域名的。如果主機使用了雙線IP，顯然使用CNAME也要方便一些。
- TTL（Time To Live）：也就是設置這個DNS解析在Local DNS Server上面的過期時間。超過了這個過期時間，URL和IP的映射就會被刪除，需要獲取還要請求Name Server。
⑦如果此時獲取的是A記錄，那么就可以直接訪問網站的IP了。但是通常來說大型的網站都會返回CNAME，然后將其傳給GTM Server。
GTM（Global Traffic Manager的簡寫）即全局流量管理，基于網宿智能DNS、分布式監控體系，實現實時故障切換及全球負載均衡，保障應用服務的持續高可用性。傳給GTM的目的就是希望通過GTM的負載均衡機制，幫助用戶找到最適合自己的服務器IP。
也就是離自己最近，性能最好，服務器狀態最健康的。而且大多數的網站會做CDN緩存，此時就更需要使用GTM幫你找到網絡節點中適合你的CDN緩存服務器。
⑧找到CDN緩存服務器以后，可以直接從服務器上面獲取一些靜態資源，例如：html、css、JS和圖片。但是一些動態資源，例如商品信息，訂單信息，需要通過第9步。
⑨對于沒有緩存的動態資源需要從應用服務器獲取，在應用服務器與互聯網之間通常有一層負載均衡器負責反向代理。有它路由到應用服務器上。
總結
DNS服務器是用來做URL與IP地址解析的，幫助用戶找到要訪問服務器的IP。從DNS服務器的結構來說大致分為三層：根域名服務器，頂級域名服務器，本地域名服務器。
申請域名的供應商會提供Name Server作為DNS解析。從用戶訪問一個網站出發，經過瀏覽器，本地Host文件、Local DNS Server、Root DNS Server、頂級域名服務器（gTLD、ccTLD、New gTLD）、Name Server、GTM、CDN、Application Server。共經歷了九個步驟。
