DNS即域名系统怎样工作？看这位“翻译官”如何转换域名和IP地址 _DNS

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DNS是域名系统的英文缩写
一、什么是DNS？
【DNS即域名系统怎样工作？看这位“翻译官”如何转换域名和IP地址】DNS( Domain Name System)是“域名系统”的英文缩写，是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统，它用于TCP/IP网络，它所提供的服务是用来将主机名和域名转换为IP地址的工作。你可以把它想象成一本巨大的电话簿。
举例来说，如果你要访问域名math.stackexchange.com，首先要通过DNS查出它的IP地址是151.101.129.69 。
DNS就是这样的一位“翻译官”，它的基本工作原理可用下图来表示：

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二、DNS域名空间结构
域名系统作为一个层次结构和分布式数据库，包含各种类型的数据，包括主机名和域名。DNS数据库中的名称形成一个分层树状结构称为域命名空间。

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DNS域名空间结构
根域：DNS域名使用中规定由尾部句点'.'来指定名称位于根或者更高层次的域层次结构。
顶级域：用来指示某个国家、地区或者组织。采用三个字符，如com -> 商业公司，edu -> 教育机构，net -> 网络公司，gov -> 非军事政府机构等等。
二级域：个人或者组织在Internet使用的注册名称。采用两个字符，如：cn -> 代表中国，jp -> 日本，uk -> 英国，hk -> 香港等等。
主机：主机名处于域名空间结构中的最底层，主机名和域名结合构成FQDN，主机名是FQDN最左端的部分。

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三、DNS的获取流程
DNS是应用层协议，事实上他是为其他应用层协议工作的，包括不限于HTTP和SMTP以及FTP，用于将用户提供的主机名解析为IP地址。
具体过程如下：
①用户主机上运行着DNS的客户端，就是我们的PC机或者手机客户端运行着DNS客户端了。
②浏览器将接收到的url中抽取出域名字段，就是访问的主机名，比如http://www.baidu.com/，并将这个主机名传送给DNS应用的客户端。
③DNS客户机端向DNS服务器端发送一份查询报文，报文中包含着要访问的主机名字段（中间包括一些列缓存查询以及分布式DNS集群的工作）。
④该DNS客户机最终会收到一份回答报文，其中包含有该主机名对应的IP地址。
⑤一旦该浏览器收到来自DNS的IP地址，就可以向该IP地址定位的HTTP服务器发起TCP连接。
四、DNS服务的体系架构
DNS服务的作用：把域名解析为IP地址，将IP地址解析为域名。
假设运行在用户主机上的某些应用程序（如Webl浏览器或者邮件阅读器）需要将主机名转换为IP地址。这些应用程序将调用DNS的客户机端，并指明需要被转换的主机名。（在很多基于UNIX的机器上，应用程序为了执行这种转换需要调用函数gethostbyname（））。用户主机的DNS客户端接收到后，向网络中发送一个DNS查询报文。所有DNS请求和回答报文使用的UDP数据报经过端口53发送（至于为什么使用UDP，请参看为什么域名根服务器只能有13台呢？ - 郭无心的回答）经过若干ms到若干s的延时后，用户主机上的DNS客户端接收到一个提供所希望映射的DNS回答报文。这个查询结果则被传递到调用DNS的应用程序。因此，从用户主机上调用应用程序的角度看，DNS是一个提供简单、直接的转换服务的黑盒子。但事实上，实现这个服务的黑盒子非常复杂，它由分布于全球的大量DNS服务器以及定义了DNS服务器与查询主机通信方式的应用层协议组成。

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五、DNS为什么不采用单点的集中式的设计方式，而是使用分布式集群的工作方式？
DNS的一种简单的设计模式就是在因特网上只使用一个DNS服务器，该服务器包含所有的映射，在这种集中式的设计中，客户机直接将所有查询请求发往单一的DNS服务器，同时该DNS服务器直接对所有查询客户机做出响应。尽管这种设计方式非常诱人，但它不适用当前的互联网。因为当今的因特网有着数量巨大并且在持续增长的主机，这种集中式设计会有单点故障，通信容量（上亿台主机发送的查询DNS报文请求，包括但不限于所有的HTTP请求，电子邮件报文服务器，TCP长连接服务），远距离的时间延迟（澳大利亚到纽约的举例），维护开销大（因为所有的主机名-IP映射都要在一个服务站点更新）等问题。