DNS域名解析系统（Domain Name System）

• DNS的必要性
  • IP地址不好记忆主机，路由器。
  • 一般倾向于一些有意义的字符串来表示Internet上的设备。
  • 由DNS负责转换成二进制的网络地址。

DNS系统需要解决的问题

• 问题1：如何命名设备？
  • 用有意义的字符串：好记，便于人类记忆，使用。
  • 解决一个平面命名问题：层次化命名。
• 问题2：如何完成名字到IP地址的转换？
  • 分布式的数据库维护和响应名字查询。
• 问题3“如何维护：增加或者删除一个域

DNS域名解析系统（Domain Name System）

• DNS的主要思路
  • 分层的，基于域的命名机制
  • 若干分布式的数据库完成名字到IP地址的转换
  • 运行在UDP之上端口号为53的应用服务
  • 核心的Internet功能，但以应用层协议实现
• DNS主要目的
  • 实现主机名-IP地址的转换(name/IP translate)
  • 其它目的
    • 主机别名到规范名字的转换：Host aliasing
    • 邮件服务器别名到邮件服务器的正规名字的转换：Mail server aliasing
    • 负载均衡：Load Distribution

问题1：DNS名字空间(The DNS Name Space）

• DNS域名结构
  • 一个层面命名设备会有很多重名
  • DNS采用层次树状结构的命名方法
  • Internet 根被划为几百个顶级域(top lever domains)
    • 通用的(generic)
      • .com; .edu ; .gov ; .int ; .mil ; .net ; .org
        .firm ; .hsop ; .web ; .arts ; .rec ;
    • 国家的(countries)
      • .cn ; .us ; .nl ; .jp
  • 每个(子)域下面可划分为若干子域(subdomains)
  • 树叶是主机
    

DNS名字空间(The DNS Name Space)

• 域名(Domain Name)
  • 从本域往上，直到树根
  • 中间使用“.”间隔不同的级别
  • 例如：ustc.edu.cn
  • 域的域名：可以用于表示一个域
  • 主机的域名：一个域上的一个主机

DNS名字空间(The DNS Name Space)

• 域名的管理
  • 一个域管理其下的子域
    • .jp 被划分为 ac.jp co.jp
      .cn 被划分为 edu.cn com.cn
    • 创建一个新的域，必须征得它所属域的同意
• 域与物理网络无关
  • 域遵从组织界限，而不是物理网络
    • 一个域的主机可以不在一个网络
    • 一个网络的主机不一定在一个域
  • 域的划分是逻辑的，而不是物理的

问题2：解析问题-名字服务器(Name Server)

• 一个名字服务器的问题
  • 可靠性问题：单点故障
  • 扩展性问题：通信容量
  • 维护问题：远距离的集中式数据库
• 区域（zone）
  • 将DNS名字空间划分为互不相交的区域，每个区域都是
    树的一部分
  • 名字服务器：
    • 每个区域都有一个名字服务器：维护着它所管辖区域的权威信息(authoritative record)
    • 名字服务器允许被放置在区 域之外，以保障可靠性

权威DNS服务器：组织机构的DNS服务器， 提供组织机构服务器（如Web和mail）可访问的主机和IP之间的映射。
组织机构可以选择实现自己维护或由某个服务提供商来维护

TLD服务器

• 顶级域（TLD）服务器：负责顶级域名（如com, org, net,
  edu和gov）和所有国家级的顶级域名（如cn, uk, fr, ca,
  jp ）
  • Network solutions 公司维护com TLD服务器
  • Educause公司维护edu TLD服务器

区域名字服务器维护资源记录

• 资源记录(resource records）
  • 作用：维护 域名-IP地址(其它)的映射关系
  • 位置：Name Server的分布式数据库中
• RR格式: (domain_name, ttl, type,class,Value)
  • Domain_name: 域名
  • Ttl: time to live : 生存时间(权威，缓冲记录)
  • Class 类别 ：对于Internet，值为IN
  • Value 值：可以是数字，域名或ASCII串
  • Type 类别：资源记录的类型—见下页
    

DNS(Domain Name System)

• DNS大致工作过程
  • 应用调用 解析器(resolver)
  • 解析器作为客户向Name Server 发出查询报文（封装在UDP段中）
  • Name Server返回响应报文（name/ip)
    

本地名字服务器（Local Name Server)

• 并不严格属于层次结构
• 每个ISP (居民区的ISP、公司、大学）都有一
  个本地DNS服务器
  • 也称为“默认名字服务器”
• 当一个主机发起一个DNS查询时，查询被送到
  其本地DNS服务器
  • 起着代理的作用，将查询转发到层次结构中

名字服务器(Name Server)

• 名字解析过程
  • 目标名字在Local Name Server中
    • 情况1：查询的名字在该区域内部
    • 情况2：缓存(cashing)
      当本地名字服务器不能解析名字时，联系根名字服务器顺着根-TLD一直找到权威名字服务器。

递归查询

递归查询：

• 名字解析负担都放在当前联络的名字服务器上
• ：根服务器的负担太重
  • 解决： 迭代查询（iterated queries)

迭代查询

• 主机cis.poly.edu 想知道主机 gaia.cs.umass.edu的IP地址
• 根（及各级域名）服务器返回的不是查询结果，而是下一个NS的地址
• 最后由权威名字服务器给出解析结果
• 当前联络的服务器给出可以联系的服务器的名字
• “我不知道这个名字，但可以向这个服务器请求

DNS协议、报文

DNS协议：查询和响应报文的报文格式相同

提高性能：缓存

• 一旦名字服务器学到了一个映射，就将该映射缓存起来
• 根服务器通常都在本地服务器中缓存着
  • 使得根服务器不用经常被访问
• 目的：提高效率
• 可能存在的问题：如果情况变化，缓存结果和
  权威资源记录不一致
• 解决方案：TTL（默认2天）

问题3：维护问题：新增一个域

• 在上级域的名字服务器中增加两条记录，指向这个新增的子域的域名 和 域名服务器的地址
• 在新增子域 的名字服务器上运行名字服务器，负责本域
  的名字解析： 名字->IP地址
  例子：在com域中建立一个“Network Utopia”
• 到注册登记机构注册域名networkutopia.com
• 需要向该机构提供权威DNS服务器（基本的、和辅助的）的名字
  和IP地址
• 登记机构在com TLD服务器中插入两条RR记录
• 在networkutopia.com的权威服务器中确保有
  • 用于Web服务器的www.networkuptopia.com的类型为A的记录
  • 用于邮件服务器mail.networkutopia.com的类型为MX的记