网络笔记(18)DNS协议：网络世界的地址簿

谁践踏了优雅 2022-02-03 06:01 168阅读 0赞

前面我们讲了平时常见的看新闻、支付、直播、下载等场景，现在网站的数目非常多，常用的网站就有二三十个，如果全部用 IP 地址进行访问，恐怕很难记住。于是，就需要一个地址簿，根据名称，就可以查看具体的地址。

例如，我要去西湖边的“外婆家”，这就是名称，然后通过地址簿，查看到底是哪条路多少号。

## DNS 服务器 ##

在网络世界，也是这样的。你肯定记得住网站的名称，但是很难记住网站的 IP 地址，因而也需要一个地址簿，就是**DNS 服务器**。

由此可见，DNS 在日常生活中多么重要。每个人上网，都需要访问它，但是同时，这对它来讲也是非常大的挑战。一旦它出了故障，整个互联网都将瘫痪。另外，上网的人分布在全世界各地，如果大家都去同一个地方访问某一台服务器，时延将会非常大。因而，**DNS 服务器，一定要设置成高可用、高并发和分布式的**。

于是，就有了这样**树状的层次结构**。

![img][]

*  根 DNS 服务器 ：返回顶级域 DNS 服务器的 IP 地址
 *  顶级域 DNS 服务器：返回权威 DNS 服务器的 IP 地址
 *  权威 DNS 服务器 ：返回相应主机的 IP 地址

## DNS 解析流程 ##

为了提高 DNS 的解析性能，很多网络都会就近部署 DNS 缓存服务器。于是，就有了以下的 DNS 解析流程。

1.  电脑客户端会发出一个 DNS 请求，问 [www.163.com][] 的 IP 是啥啊，并发给本地域名服务器 (本地 DNS)。那本地域名服务器 (本地 DNS) 是什么呢？如果是通过 DHCP 配置，本地 DNS 由你的网络服务商（ISP），如电信、移动等自动分配，它通常就在你网络服务商的某个机房。
2.  本地 DNS 收到来自客户端的请求。你可以想象这台服务器上缓存了一张域名与之对应 IP 地址的大表格。如果能找到 [www.163.com][]，它直接就返回 IP 地址。如果没有，本地 DNS 会去问它的根域名服务器：“老大，能告诉我 [www.163.com][] 的 IP 地址吗？”根域名服务器是最高层次的，全球共有 13 套。它不直接用于域名解析，但能指明一条道路。
3.  根 DNS 收到来自本地 DNS 的请求，发现后缀是 .com，说：“哦，[www.163.com][] 啊，[这个域名是由.com][.com] 区域管理，我给你它的顶级域名服务器的地址，你去问问它吧。”
4.  本地 DNS 转向问顶级域名服务器：“老二，你能告诉我 [www.163.com][] 的 IP 地址吗？”顶级域名服务器就是大名鼎鼎的比如 .com、.net、 .org 这些一级域名，它负责管理二级域名，比如 [163.com][]，所以它能提供一条更清晰的方向。
5.  顶级域名服务器说：“我给你负责 [www.163.com][] 区域的权威 DNS 服务器的地址，你去问它应该能问到。”
6.  本地 DNS 转向问权威 DNS 服务器：“您好，[www.163.com][] 对应的 IP 是啥呀？”[163.com][] 的权威 DNS 服务器，它是域名解析结果的原出处。为啥叫权威呢？就是我的域名我做主。
7.  权限 DNS 服务器查询后将对应的 IP 地址 X.X.X.X 告诉本地 DNS。
8.  本地 DNS 再将 IP 地址返回客户端，客户端和目标建立连接。

至此，我们完成了 DNS 的解析过程。现在总结一下，整个过程我画成了一个图。

![img][img 1]

## 负载均衡 ##

站在客户端角度，这是一次**DNS 递归查询过程。因为本地 DNS 全权为它效劳，它只要坐等结果即可。在这个过程中，DNS 除了可以通过名称映射为 IP 地址，它还可以做另外一件事，就是负载均衡**。

还是以访问“外婆家”为例，还是我们开头的“外婆家”，但是，它可能有很多地址，因为它在杭州可以有很多家。所以，如果一个人想去吃“外婆家”，他可以就近找一家店，而不用大家都去同一家，这就是负载均衡。

DNS 首先可以做**内部负载均衡**。

例如，一个应用要访问数据库，在这个应用里面应该配置这个数据库的 IP 地址，还是应该配置这个数据库的域名呢？显然应该配置域名，因为一旦这个数据库，因为某种原因，换到了另外一台机器上，而如果有多个应用都配置了这台数据库的话，一换 IP 地址，就需要将这些应用全部修改一遍。但是如果配置了域名，则只要在 DNS 服务器里，将域名映射为新的 IP 地址，这个工作就完成了，大大简化了运维。

在这个基础上，我们可以再进一步。例如，某个应用要访问另外一个应用，如果配置另外一个应用的 IP 地址，那么这个访问就是一对一的。但是当被访问的应用撑不住的时候，我们其实可以部署多个。但是，访问它的应用，如何在多个之间进行负载均衡？只要配置成为域名就可以了。在域名解析的时候，我们只要配置策略，这次返回第一个 IP，下次返回第二个 IP，就可以实现负载均衡了。

另外一个更加重要的是，DNS 还可以做**全局负载均衡**。

为了保证我们的应用高可用，往往会部署在多个机房，每个地方都会有自己的 IP 地址。当用户访问某个域名的时候，这个 IP 地址可以轮询访问多个数据中心。如果一个数据中心因为某种原因挂了，只要在 DNS 服务器里面，将这个数据中心对应的 IP 地址删除，就可以实现一定的高可用。

另外，我们肯定希望北京的用户访问北京的数据中心，上海的用户访问上海的数据中心，这样，客户体验就会非常好，访问速度就会超快。这就是全局负载均衡的概念。

## 示例：DNS 访问数据中心中对象存储上的静态资源 ##

我们通过 DNS 访问数据中心中对象存储上的静态资源为例，看一看整个过程。

假设全国有多个数据中心，托管在多个运营商，每个数据中心三个可用区（Available Zone）。对象存储通过跨可用区部署，实现高可用性。在每个数据中心中，都至少部署两个内部负载均衡器，内部负载均衡器后面对接多个对象存储的前置服务器（Proxy-server）。

![img][img 2]

1.  当一个客户端要访问 [object.yourcompany.com][] 的时候，需要将域名转换为 IP 地址进行访问，所以它要请求本地 DNS 解析器。
2.  本地 DNS 解析器先查看看本地的缓存是否有这个记录。如果有则直接使用，因为上面的过程太复杂了，如果每次都要递归解析，就太麻烦了。
3.  如果本地无缓存，则需要请求本地的 DNS 服务器。
4.  本地的 DNS 服务器一般部署在你的数据中心或者你所在的运营商的网络中，本地 DNS 服务器也需要看本地是否有缓存，如果有则返回，因为它也不想把上面的递归过程再走一遍。
5.  至 7. 如果本地没有，本地 DNS 才需要递归地从根 DNS 服务器，[查到.com][.com 1] 的顶级域名服务器，最终查到 [yourcompany.com][] 的权威 DNS 服务器，给本地 DNS 服务器，权威 DNS 服务器按说会返回真实要访问的 IP 地址。

对于不需要做全局负载均衡的简单应用来讲，[yourcompany.com][] 的权威 DNS 服务器可以直接将 [object.yourcompany.com][] 这个域名解析为一个或者多个 IP 地址，然后客户端可以通过多个 IP 地址，进行简单的轮询，实现简单的负载均衡。

但是对于复杂的应用，尤其是跨地域跨运营商的大型应用，则需要更加复杂的全局负载均衡机制，因而需要专门的设备或者服务器来做这件事情，这就是**全局负载均衡器**（**GSLB**，**Global Server Load Balance**）。

在 [yourcompany.com][] 的 DNS 服务器中，一般是通过配置 CNAME 的方式，给 [object.yourcompany.com][] 起一个别名，例如 [object.vip.yourcomany.com][]，然后告诉本地 DNS 服务器，让它请求 GSLB 解析这个域名，GSLB 就可以在解析这个域名的过程中，通过自己的策略实现负载均衡。

图中画了两层的 GSLB，是因为分运营商和地域。我们希望不同运营商的客户，可以访问相同运营商机房中的资源，这样不跨运营商访问，有利于提高吞吐量，减少时延。

1.  第一层 GSLB，通过查看请求它的本地 DNS 服务器所在的运营商，就知道用户所在的运营商。假设是移动，通过 CNAME 的方式，通过另一个别名 [object.yd.yourcompany.com][]，告诉本地 DNS 服务器去请求第二层的 GSLB。
2.  第二层 GSLB，通过查看请求它的本地 DNS 服务器所在的地址，就知道用户所在的地理位置，然后将距离用户位置比较近的 Region 里面，六个**内部负载均衡**（**SLB**，S**erver Load Balancer**）的地址，返回给本地 DNS 服务器。
3.  本地 DNS 服务器将结果返回给本地 DNS 解析器。
4.  本地 DNS 解析器将结果缓存后，返回给客户端。
5.  客户端开始访问属于相同运营商的距离较近的 Region 1 中的对象存储，当然客户端得到了六个 IP 地址，它可以通过负载均衡的方式，随机或者轮询选择一个可用区进行访问。对象存储一般会有三个备份，从而可以实现对存储读写的负载均衡。

## 小结 ##

好了，这节内容就到这里了，我们来总结一下：

*  DNS 是网络世界的地址簿，可以通过域名查地址，因为域名服务器是按照树状结构组织的，因而域名查找是使用递归的方法，并通过缓存的方式增强性能；
 *  在域名和 IP 的映射过程中，给了应用基于域名做负载均衡的机会，可以是简单的负载均衡，也可以根据地址和运营商做全局的负载均衡。

来源:

1.  刘超-趣谈网络协议系列课；

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[www.163.com]: http://www.163.com
[.com]: http://xn--ciq66l2rd1tt4vryr0b.com
[163.com]: http://163.com
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