DNS 是什么
DNS (Domain Name System)， 也叫網域名稱系統，是互聯網的一項服務。它實質上是一個 域名 和 IP 相互映射的分布式數據庫，有了它，我們就可以通過域名更方便的訪問互聯網。
DNS有以下特點:
- 分布式的
- 協議支持TCP 和 UDP, 常用端口是53
- 每一級域名的長度限制是63
- 域名總長度限制是253
那么，什么情況下使用TCP，什么情況下使用UDP呢?
最早的時候，DNS 的UDP報文上限大小是512 字節， 所以當某個response大小超過512 (返回信息太多)，DNS服務就會使用TCP協議來傳輸。后來DNS 協議擴展了自己的UDP協議，DNS client 發出查詢請求時，可以指定自己能接收超過512字節的UDP包， 這種情況下，DNS 還是會使用UDP協議
分層的數據庫結構
DNS 的結構跟Linux 文件系統很相似，像一棵倒立的樹。 下面用站長之家的域名舉例:
最上面的.是根域名, 接著是頂級域名com，再下來是站長之家域名chinaz 依次類推。 使用域名時，從下而上。 s.tool.chinaz.com. 就是一個完整的域名, www.chinaz.com. 也是。
之所以設計這樣復雜的樹形結構， 是為了防止名稱沖突。 這樣一棵樹結構，當然可以存儲在一臺機器上，但現實世界中完整的域名非常多，并且每天都在新增、刪除大量的域名，存在一臺機器上，對單機器的存儲性能就是不小的挑戰。 另外，集中管理還有一個缺點就是管理不夠靈活。 可以想象一下，每次新增、刪除域名都需要向中央數據庫申請是多么麻煩。 所以現實中的DNS 都是分布式存儲的。
根域名服務器只管理頂級域，同時把每個頂級域的管理委派給各個頂級域，所以當你想要申請com下的二級域名時，找com域名注冊中心就好了。 例如你申請了上圖的chinaz.com二級域名， chinaz.com 再向下的域名就歸你管理了。 當你管理chinaz.com的子域名時，你可以搭建自己的nameserver, 在.com注冊中心把chinaz.com的管理權委派給自己搭建的nameserver。 自建nameserver 和不自建的結構圖如下:
一般情況下，能不自建就不要自建，因為維護一個高可用的DNS也并非容易。據我所知，有兩種情況需要搭建自己的nameserver:
- 搭建對內的DNS。公司內部機器眾多，通過ip相互訪問太過凌亂，這時可以搭建對內的nameserver，允許內部服務器通過域名互通
- 公司對域名廠商提供的nameserver性能不滿意。雖然頂級域名注冊商都有自己的nameserver, 但注冊商提供的nameserver 并不專業，在性能和穩定性上無法滿足企業需求，這時就需要企業搭建自己的高性能nameserver，比如增加智能解析功能，讓不同地域的用戶訪問最近的IP，以此來提高服務質量
概括一下DNS的分布式管理， 當把一個域委派給一個nameserver后，這個域下的管理權都交由此nameserver處理。 這種設計一方面解決了存儲壓力，另一方面提高了域名管理的靈活性 (這種結構像極了Linux File System, 可以把任何一個子目錄掛載到另一個磁盤，還可以把它下面的子目錄繼續掛載出去)
頂級域名
像com這樣的頂級域名，由ICANN 嚴格控制，是不允許隨便創建的。頂級域名分兩類:
- 通用頂級域名
- 國家頂級域名
通用頂級域名常見的如.com、 .org、.edu等， 國家頂級域名如我國的.cn， 美國的.us。 一般公司申請公網域名時，如果是跨國產品，應該選擇通用頂級域名；如果沒有跨國業務，看自己喜好（可以對比各家頂級域的服務、穩定性等再做選擇）。 這里說一下幾個比較熱的頂級域，完整的頂級域參見維基百科。
me
me頂級域其實是國家域名， 是黑山共和國的國家域名，只不過它對個人開發申請，所以很多個人博主就用它作為自己的博客域名（本博客也是這么來的~)
io
很多開源項目常用io做頂級域名，它也是國家域名。 因為io 與計算機中的 input/output 縮寫相同，和計算機的二機制10也很像，給人一種geek的感覺。相較于.com域名，.io下的資源很多，更多選擇.
DNS 解析流程
聊完了DNS 的基本概念，我們再來聊一聊DNS 的解析流程。 當我們通過瀏覽器或者應用程序訪問互聯網時，都會先執行一遍DNS解析流程。標準glibc提供了libresolv.so.2 動態庫，我們的應用程序就是用它進行域名解析(也叫resolving)的， 它還提供了一個配置文件/etc/nsswitch.conf來控制resolving行為，配置文件中最關鍵的是這行:
hosts: files dns myhostname
它決定了resolving 的順序，默認是先查找hosts文件，如果沒有匹配到，再進行DNS解析。默認的解析流程如下圖:
上圖主要描述了client端的解析流程，我們可以看到最主要的是第四步請求本地DNS服務器去執行resolving，它會根據本地DNS服務器配置，發送解析請求到遞歸解析服務器（稍后介紹什么是遞歸解析服務器)， 本地DNS服務器在 /etc/resolv.conf 中配置。 下面我們再來看看服務端的resolving流程:
我們分析一下解析流程:
- 客戶端向本地DNS服務器(遞歸解析服務器) 發出解析tool.chinaz.com域名的請求
- 本地dns服務器查看緩存，是否有緩存過tool.chinaz.com域名，如果有直接返回給客戶端；如果沒有執行下一步
- 本地dns服務器向根域名服務器發送請求，查詢com頂級域的nameserver 地址
- 拿到com域名的IP后，再向com nameserver發送請求，獲取chinaz域名的nameserver地址
- 繼續請求chinaz的nameserver, 獲取tool域名的地址，最終得到了tool.chinaz.com的IP，本地dns服務器把這個結果緩存起來，以供下次查詢快速返回
- 本地dns服務器把把結果返回給客戶端
遞歸解析服務器 vs 權威域名服務器
我們在解析流程中發現兩類DNS服務器，客戶端直接訪問的是 遞歸解析服務器， 它在整個解析過程中也最忙。 它的查詢步驟是遞歸的，從根域名服務器開始，一直詢問到目標域名。
遞歸解析服務器通過請求一級一級的權威域名服務器，獲得下一目標的地址，直到找到目標域名的 權威域名服務器
簡單來說： 遞歸解析服務器 是負責解析域名的， 權威域名服務器是負責存儲域名記錄的
遞歸解析服務器一般由ISP提供，除此之外也有一些比較出名的公共遞歸解析服務器， 如谷歌的8.8.8.8，聯通的114，BAT也都有推出公共遞歸解析服務器，但性能最好的應該還是你的ISP提供的，只是可能會有 DNS劫持 的問題
緩存
由于整個解析過程非常復雜，所以DNS 通過緩存技術來實現服務的魯棒性。 當遞歸nameserver解析過tool.chianaz.com 域名后，再次收到tool.chinaz.com查詢時，它不會再走一遍遞歸解析流程，而是把上一次解析結果的緩存直接返回。 并且它是分級緩存的，也就是說，當下次收到的是www.chinaz.com的查詢時， 由于這臺遞歸解析服務器已經知道chinaz.com的權威nameserver, 所以它只需要再向chinaz.com nameserver 發送一個查詢www的請求就可以了。
根域名服務器
遞歸解析服務器是怎么知道 根域名服務器的地址的呢？ 根域名服務器的地址是固定的，目前全球有13個根域名解析服務器，這13條記錄持久化在遞歸解析服務器中:
為什么只有13個根域名服務器呢，不是應該越多越好來做負載均衡嗎？ 之前說過DNS 協議使用了UDP查詢， 由于UDP查詢中能保證性能的最大長度是512字節，要讓所有根域名服務器數據能包含在512字節的UDP包中， 根服務器只能限制在13個， 而且每個服務器要使用字母表中單字母名
智能解析
智能解析，就是當一個域名對應多個IP時，當你查詢這個域名的IP，會返回離你最近的IP。 由于國內不同運營商之間的帶寬很低，所以電信用戶訪問聯通的IP就是一個災難，而智能DNS解析就能解決這個問題。
智能解析依賴EDNS協議，這是google 起草的DNS擴展協議， 修改比較簡單，就是在DNS包里面添加origin client IP, 這樣nameserver 就能根據client IP 返回距離client 比較近的server IP 了
國內最新支持EDNS的就是DNSPod 了，DNSPod 是國內比較流行的域名解析廠商，很多公司會把域名利用DNSPod 加速， 它已經被鵝廠收購
域名注冊商
一般我們要注冊域名，都要需要找域名注冊商，比如說我想注冊hello.com，那么我需要找com域名注冊商注冊hello域名。com的域名注冊商不止一家， 這些域名注冊商也是從ICANN 拿到的注冊權， 參見如何申請成為.com域名注冊商
那么，域名注冊商 和 權威域名解析服務器 有什么關系呢？ 域名注冊商都會自建權威域名解析服務器，比如你在狗爹上申請一個.com下的二級域名，你并不需要搭建nameserver， 直接在godaddy控制中心里管理你的域名指向就可以了， 原因就是你新域名的權威域名服務器默認由域名注冊商提供。 當然你也可以更換，比如從godaddy申請的境外域名，把權威域名服務器改成DNSPod，一方面加快國內解析速度，另一方面還能享受DNSPod 提供的智能解析功能
用bind搭建域名解析服務器
由于網上介紹bind搭建的文章實在太多了，我就不再贅述了， 喜歡動手的朋友可以網上搜一搜搭建教程，一步步搭建一個本地的nameserver 玩一玩。這里主要介紹一下bind 的配置文件吧
bind 的配置文件分兩部分: bind配置文件 和 zone配置文件
bind配置文件
bind配置文件位于/etc/named.conf，它主要負責bind功能配置，如zone路徑、日志、安全、主從等配置
其中最主要的是添加zone的配置以及指定zone配置文件。 recursion 開啟遞歸解析功能， 這個如果是no， 那么此bind服務只能做權威解析服務，當你的bind服務對外時，打開它會有安全風險，如何防御不當，會讓你的nameserver 被hacker 用來做肉雞
zone配置文件
zone的配置文件在bind配置文件中指定，下圖是一份簡單的zone配置:
zone的配置是nameserver的核心配置， 它指定了DNS 資源記錄，如SOA、A、CNAME、AAAA等記錄，各種記錄的概念網上資料太多，我這里就不重復了。其中主要講一下SOA 和 CNAME 的作用。
SOA記錄
SOA 記錄表示此域名的權威解析服務器地址。 上文講了權威解析服務器和遞歸解析服務器的差別， 當所有遞歸解析服務器中有沒你域名解析的緩存時，它們就會回源來請求此域名的SOA記錄，也叫權威解析記錄
CNAME
CNAME 的概念很像別名，它的處理邏輯也如此。 一個server 執行resloving 時，發現name 是一個CNAME， 它會轉而查詢這個CNAME的A記錄。一般來說，能使用CNAME的地方都可以用A記錄代替， 那么為什么還要發明CNAME這樣一個東西呢？ 它是讓多個域名指向同一個IP的一種快捷手段， 這樣當最低層的CNAME 對應的IP換了之后，上層的CNAME 不用做任何改動。就像我們代碼中的硬編碼，我們總會去掉這些硬編碼，用一個變量來表示，這樣當這個變量變化時，我們只需要修改一處
配置完之后可以用named-checkconf 和 named-checkzone 兩個命令來check我們的配置文件有沒有問題， 之后就可以啟動bind服務了:
$> service named start
Redirecting to /bin/systemctl restart named.service
我們用netstat -ntlp 來檢查一下服務是否啟動:
53端口已啟動，那么我們測試一下效果， 用dig解析一下www.hello.com域名， 使用127.0.0.1 作為遞歸解析服務器
我們看到dig的結果跟我們配置文件中配置的一樣是1.2.3.4，DNS完成了它的使命，根據域名獲取到IP，但我們這里用來做示范的IP明顯是個假IP:)
用DNS 實現負載均衡
一個域名添加多條A記錄，解析時使用輪詢的方式返回隨機一條，流量將會均勻分類到多個A記錄。
www IN A 1.2.3.4
www IN A 1.2.3.5
上面的配置中，我們給www域添加了兩條A記錄， 這種做法叫multi-homed hosts， 它的效果是：當我們請求nameserver 解析www.hello.com 域名時，返回的IP會在兩個IP中輪轉(默認行為，有些智能解析DNS會根據IP判斷，返回一個離client近的IP, 距離 請搜索DNS智能解析)。
其實每次DNS解析請求時，nameserver都會返回全部IP，如上面配置，它會把1.2.3.4 和1.2.3.5 都返回給client端。 那么它是怎么實現RR的呢？ nameserver 只是每次返回的IP排序不同，客戶端會把response里的第一個IP用來發請求。
** DNS負載均衡 vs LVS專業負載均衡**
和 LVS 這種專業負載均衡工具相比，在DNS層做負載均衡有以下特點:
- 實現非常簡單
- 默認只能通過RR方式調度
- DNS 對后端服務不具備健康檢查
- DNS 故障恢復時間比較長（DNS服務之間有緩存）
- 可負載的rs數量有限（受DNS response包大小限制)
真實場景中，還需要根據需求選擇相應的負載均衡策略
子域授權
我們從.com域下申請一個二級域名hello.com后， 發展到某一天我們的公司擴大了，需要拆分兩個事業部A和B， 并且公司給他們都分配了三級域名 a.hello.com 和 b.hello.com， 域名結構如下圖:
再發展一段時間， A部門和B部門內部業務太多，需要頻繁的為新產品申請域名， 這個時候他們就想搭建自己的namserver, 并且需要上一級把相應的域名管理權交給自己， 他們期望的結構如下:
注意 第一階段 和 第二階段的區別： 第一階段， A部門想申請a.hello.com 下的子域名，需要向上級申請， 整個a.hello.com 域的管理都在總公司； 第二階段， A部門先自己搭建nameserver，然后總公司把 a.hello.com 域管理權轉交給 自建的nameserver， 這個轉交管理權的行為，就叫 子域授權
子域授權分兩部操作:
- A部門自建nameserver, 并且在zone配置文件中指定a.hello.com 的 權威解析服務器為自己的nameserver地址
- 總公司在nameserver 上增加一條NS記錄， 把a.hello.com 域授權給A部門的nameserver
第一步我們在用bind搭建域名解析服務器 里講過， 只要在 zone配置文件里指定SOA記錄就好:
@ IN SOA ns.a.hello.com admin.a.hello.com. (……)
第二步，在hello.com域的nameserver 上添加一條NS記錄:
a.hello.com IN NS ns.a.hello.com
ns.a.hello.com IN A xx.xx.xx.xx (自建nameserver的IP)
這樣當解析xx.a.hello.com 域名時， hello.com nameserver 發現配置中有NS記錄，就會繼續遞歸向下解析
DNS 調試工具
OPS 常用的DNS調試工具有: host, nslookup, dig
這三個命令都屬于 bind-utils 包， 也就是bind工具集， 它們的使用復雜度、功能 依次遞增。 關于它們的使用， man 手冊和網上有太多教程，這里簡單分析一下dig命令的輸出吧：
dig 的參數非常多， 功能也很多，詳細使用方法大家自行man吧
其他
DNS 放大攻擊
DNS 放大攻擊屬于DoS攻擊的一種，是通過大量流量占滿目標機帶寬， 使得目標機對正常用戶的請求拒絕連接從而掛掉。
思路
正常的流量攻擊，hack機向目標機建立大量request-response, 但這樣存在的問題是需要大量的hack機器。 因為服務器一般的帶寬遠大于家用網絡， 如果我們自己的家用機用來做hack機器，還沒等目標機的帶寬占滿，我們的帶寬早超載了。
原理
DNS 遞歸解析的流程比較特殊， 我們可以通過幾個字節的query請求，換來幾百甚至幾千字節的resolving應答（流量放大）， 并且大部分服務器不會對DNS服務器做防御。 那么hacker們只要可以偽裝DNS query包的source IP, 從而讓DNS 服務器發送大量的response到目標機，就可以實現DoS攻擊。
但一般常用的DNS服務器都會對攻擊請求做過濾，所以找DNS服務器漏洞也是一個問題。 詳細的放大攻擊方法大家有興趣自行google吧，這里只做一個簡單介紹 :)
好用的公共遞歸解析DNS服務器
見: 公共DNS哪家強
