DNS：域名系统

顶级域名被分为三个部分： 1：arpa是一个用作地址到名字转换的特殊域 2：7个3字符长的普通域。有些书也将这些域称为组织域 3：所有2字符长的域均是基于ISO3166中定义的国家代码，这些域被称为国家域或地理域

下表列出了7个普通域的正式划分：

在DNS中，通常认为3字符长的普通域仅用于美国的组织机构，2字符长的国家域则用国际组织美国军事网点于每个国家，但情况并不总是这样。许多非美国的组织机构仍然使用普通域，而一些美国的其他组织组织机构也使用.us的国家域（RFC 1480 详细描述了.us域）。普通域中只有 .gov 和 .mil 域局限于美国

许多国家将它们的二级域组织成类似于普通域的结构：例如，.ac.uk是英国研究机构的二级域名，.co.uk则是英国商业机构的二级域名

DNS的一个没在如图14-1中表示出来的重要特征是 DNS中域名的授权 。没有哪个机构来管理域名树中的每个标识，相反，只有一个机构，即 网络信息中心NIC 负责分配顶级域和委派其他指定地区域的授权机构

一个独立管理的DNS子树称为一个区域。一个常见的区域是一个二级域，如noao.edu。许多二级域将它们的区域划分成更小的区域。例如，大学可能根据不同的系来划分区域，公司可能根据不同的部门来划分区域

一旦一个区域的授权机构被委派后，由它负责向该区域提供多个名字服务器。当一个新系统加入到一个区域中时，该区域的DNS管理者为该新系统申请一个域名和一个IP地址，并将它们加到名字服务器的数据库中。这就是授权机构存在的必要性。例如，在一个小规模的大学，一个人就能完成每次新系统的加入。但对一个规模较大的大学来说，这一工作必须被专门委派的机构（可能是系统）来完成，因为一个人已无法维持这一工作

一个名字服务器负责一个或多个区域。一个区域的管理者必须为该区域提供一个主名字服务器和至少一个辅助名字服务器。主、辅名字服务器必须是独立和冗余的，以便当某个名字服务器发生故障时不会影响该区域的名字服务

主、辅名字服务器的主要区别在于主名字服务器从磁盘文件中调入该区域的所有信息，而辅名字服务器则从主服务器调入所有信息。我们将辅名字服务器从主服务器调入信息称为 区域传送

当一个新主机加入一个区域时，区域管理者将适当的信息（最少包括名字和IP地址）加入到运行在主名字服务器上的一个磁盘文件中，然后通知主名字服务器重新调入它的配置文件。辅名字服务器定时（通常是每隔3小时）向主名字服务器询问是否有新数据。如果有新数据，则通过区域传送方式获得新数据

当一个名字服务器没有请求的信息时，它将如何处理？它必须与其他的名字服务器联系，这正是DNS的分布特性。然而，并不是每个名字服务器都知道如何同其他名字服务器联系。相反，每个名字服务器必须知道如何同根的名字服务器联系。1993年4月时有8个根名字服务器，所有的主名字服务器都必须知道根服务器的IP地址（ 这些IP地址在主名字服务器的配置文件中，主服务器必须知道根服务器的IP地址，而不是它们的域名 ）。根服务器则知道所有二级域中的每个授权名字服务器的名字和位置（即IP地址）。这意味着这样一个反复的过程：正在处理请求的名字服务器与根服务器联系，根服务器告诉它与另一个名字服务器联系

    可以通过匿名的FTP获取当前的根服务器清单。具体是从ftp.rs.internic.net或nic.ddn.mil获取文件netinfo/root-servers.txt

DNS的一个基本特性是 使用超高速缓存 。即当一个名字服务器收到有关映射的信息（主机名字到IP地址）时，它会将该信息存放在高速缓存中。这样若以后遇到相同的映射请求，就能直接使用缓存中的结果而无需通过其他服务器查询

标识字段由客户程序设置并由服务器返回结果，客户程序通过它来确定响应与查询是否匹配

16bit的标志字段被划分为若干子字段，如图14-4所示：

1. QR：1bit
   • 0：查询报文
   • 1：响应报文
2. opcode：4bit
   • 0：标准查询
   • 1：反向查询
   • 2：服务器状态请求
3. AA：1bit标志，表示 授权回答 。该名字服务器是授权于该域的
4. TC：1bit字段，表示 可截断的 。使用UDP时，它表示当应答的总长度超过512字节时，只返回前512个字节
5. RD：1bit字段，表示 期望递归 。该比特能在一个查询中设置，并在响应中返回。这个标志告诉名字服务器必须处理这个查询，也称为一个递归查询。如果该位为0，且被请求的名字服务器没有一个授权回答，它就返回一个能解答该查询的其他名字服务器列表，这称为迭代查询
6. RA：1bit字段，表示 可用递归 。如果名字服务器支持递归查询，则在响应中将该比特设置为1
7. 随后的3bit字段必须为0
8. rcode：4bit的返回码字段
   • 0：没有差错
   • 3：名字差错，名字差错只有从一个授权名字服务器上返回，它表示在查询中制定的域名不存在

这4个16bit字段说明最后4个变长字段中包含的条目数：

• 查询报文：问题数通常是1，而其他3项则均为0
• 应答报文：回答数至少是1，剩下的两项可以是0或非0

问题部分中每个问题的格式如图14-5所示，通常只有一个问题：

每个问题有一个查询类型，而每个响应也有一个类型。大约有20个不同的类型值，其中的一些目前已经过时。图14-7显示了其中的一些值。查询类型是类型的一个超集，图中显示的类型值中只有两个能用于查询类型：

• 最常用的查询类型是A类型，表示期望获得查询名的IP地址
• 一个PTR查询则请求获得一个IP地址对应的域名。这是一个指针查询

DNS报文中最后的三个字段，回答字段、授权字段和附加信息字段，均采用一种称为资源记录RR的相同格式。图14-8显示了资源记录的格式：

• 域名是记录中资源数据对应的名字。它的格式和前面介绍的查询名字段格式相同
• 类型说明RR的类型码。它的值和前面介绍的查询类型值是一样的。类通常为1，指Internet数据
• 生存时间字段是客户程序保留该资源记录的秒数。资源记录通常的生存时间值为2天
• 资源数据长度说明资源数据的数量。该数据的格式依赖于类型字段的值。 对于类型1（A记录）资源数据是4字节的IP地址

在查询结果中的UDP数据长度：69字节。为说明这些字节需要知道以下两点：

1. 在返回的结果中包含查询问题
2. 在返回的结果中会有许多重复的域名，因此使用压缩方式。在这个例子中，域名gemini.tuc.noao.edu出现了三次

压缩方法很简单：

  当一个域名中的标识符是压缩的，它的单计数字节（范围由0～63）中的最高两位将被设置为11

  这表示它是一个16bit指针而不再是8bit的计数字节

  指针中的剩下14bit说明在该DNS报文中标识符所在的位置（起始位置由标识字段的第一字节起算）

  只要一个标识符是压缩的，就可以使用这种指针，而不一定非要一个完整的域名压缩时才能使用

  因为一个指针可能指向一个完整的域名，也可能只指向域名的结尾部分（这是因为给定域名的结尾标识符是相同的）

图14-11显示了对应于第2行的DNS应答的格式：

图中也显示了IP首部和UDP首部来重申DNS报文被封装在UDP数据报中。还明确显示了在问题部分的域名中各标识符的计数字节。返回的两个回答除了返回的IP地址不同外，其余都是一样的。在这个例子中，每个回答中的指针值为12，表示从DNS首部开始的偏移量

sun % telnet gemini daytime #我们只键入 gemini

Trying 140.252.1.11 ...
Connected to gemini.tuc.noao.edu. #但Telnet客户输出FQDN

仅仅输入了主机名(gemini)而不是FQDN，但Telnet客户程序部输出了FQDN。这是由于Telnet程序通过调用名字解析器（gethostbyname）对输入的名字进行查询，返回的结果包括IP地址和FQDN。Telnet程序就输出它试图与之建立TCP连接的IP地址，当连接建立后，它就输出FQDN

如果在输入Telnet命令后间隔很长时间才显示IP地址，这个时延是由名字解析器和名字服务器在由域名到IP地址的解析所引起的。而显示Trying到显示Connectedto的时延则是由客户与服务器建立TCP连接所引起的，与DNS无关

使用host程序完成一个指针查询，并使用tcpdump程序来观察这些分组。例子中的设置和图14-9相同，在sun主机上运行host程序，名字服务器在主机noao.edu上。我们指明svr4主机的IP地址：

sun$ host 140.252.13.34

Name: svr4.tuc.noao.edu
Address: 140.252.13.34

既然IP地址是仅有的命令行参数，host程序将自动产生指针查询。图14-12显示了tcpdump的输出：

• 第1行显示标识符为1，期望递归标志设置为 1+ ，查询类型为PTR（ ? 表示它是一个查询而不是响应）。44字节的数据包括12字节的DNS报文首部、28字节的域名标识符和4字节的查询类型和查询类
• 查询结果包含一个回答RR，且为授权回答比特置 1* 。RR的类型是PTR，资源数据中包含该域名
• 从名字解析器传递给名字服务器的指针查询不再是32bit的IP地址，而是域名 34.13.252.140.in-addr.arpa

当一个IP数据报到达一个作为服务器的主机时，无论是UDP数据报还是TCP连接请求，服务器进程所能获得的是客户的IP地址和端口号（UDP或TCP）。某些服务器需要客户的IP地址来获得在DNS中的指针记录

其他的一些服务器如Rlogin服务器不但需要客户的IP地址来获得指针记录，还要向DNS询问该IP地址所对应的域名，并检查返回的地址中是否有地址与收到的数据报中的源IP地址匹配。该检查是因为.rhosts文件中的条目仅包含主机名，而没有IP地址，因此主机需要证实该主机名是否对应源IP地址

一个A记录定义了一个IP地址，它存储32bit的二进制数

指针记录用于指针查询。IP地址被看作是in-addr.arpa域下的一个域名(标识符串)

CNAME表示 规范名字(canonicalname) 。它用来表示一个域名(标识符串)，而有规范名字的域名通常被称为别名

某些FTP服务器使用它向其他的系统提供一个易于记忆的别名，例如，gated服务器可通过匿名FTP从 gated.cornell.edu 获得，但这里并没有叫做gated的系统，这仅是为其他系统提供的别名。其他系统的规范名为gated.cornell.edu

sun$ host -t cname gated.cornell.edu

gated.cornell.edu CNAM COMET.CIT.CORNELL.EDU

这里使用的 -t 选项来指明它是特定的查询类型

HINFO表示主机信息：包括说明主机CPU和操作系统的两个字符串。并非所有的站点均提供它们系统的HINFO记录，并且提供的信息也可能不是最新的

sun$ host -t hinfo sun

sun.tuc.noao.edu HINFO Sun-4/25 Sun4.1.3

邮件交换记录，用于以下一些场合：

1. 一个没有连到Internet的站点能将一个连到Internet的站点作为它的邮件交换器。这两个站点能够用一种交替的方式交换到达的邮件，而通常使用的协议是UUCP协议
2. MX记录提供了一种将无法到达其目的主机的邮件传送到一个替代主机的方式
3. MX记录允许机构提供供他人发送邮件的虚拟主机，如cs.university.edu，即使这样的主机名根本不存在
4. 防火墙网关能使用MX记录来限制外界与内部系统的连接

许多不能与Internet连接的站点通过UUCP链路与一个连接在Internet上的站点如UUNET相连接。通过MX记录能使用user@host这种邮件地址向那个站点发送电子邮件。例如，一个假想的域foo.com可能有下面的MX记录：

sun$ host -t mx foo.com

foo.com MX relay1.UU.NET
foo.com MX relay2.UU.NET

名字服务器记录。它说明一个域的授权名字服务器。它由域名表示(符号串)

这些是RR的常用类型。将在后面的例子中遇到它们

在迄今为止所举例子的网络环境中，在sun主机上运行客户程序，通过主机noao.edu的SLIP链路访问名字服务器。现在将改变这种设置，在sun主机上运行名字服务器。在这种情况下，如果使用tcpdump监视在SLIP链路上的DNS通信量，将只能看到服务器因超出其高速缓存而不能处理的查询

在默认情况下，名字解析器将在本地主机上（UDP端口号为53或TCP端口号为53）寻找名字服务器。从名字解析器文件中删除nameserver行，而留下domain行：

sun$ cat /etc/resolv.conf

domain tuc.noao.edu

在这个文件中缺少namerserver指示将导致名字解析器使用本地主机上的名字服务器：

sun$ host ftp.uu.net

ftp.uu.net A 192.48.96.9

下图显示了这个查询的tcpdump输出结果：

    在tcpdump中使用了新的选项:
    
    使用-w选项来收集进出UDP或TCP 53号端口的所有数据。将这些原始数据记录在一个文件中供以后处理，同时防止tcpdump试图调用名字解析器来显示与那个IP地址相对应的域名
    
    执行查询后，终止tcpdump并使用-r选项再次运行它。它会读取含有原始数据的文件并产生正式的输出显示。这个过程要花费几秒钟，因为tcpdump调用了它自己的名字解析器

标识符是小整数（2和3）。这是因为我们关闭这个名字服务器，后又重新启动它来强制清空它的高速缓存。当名字服务器启动时，它将标识符初始化为1

• 第一行：查询主机ftp.uu.net的IP地址，该名字服务器就同8个根名字服务器中的一个 ns.nic.ddn.mil 取得联系。这是以前见到的正常的A类型查询：
  • 它的期望递归表示没有说明（不是 2+ , 而是 2? ）。在以前的例子中，经常看到名字解析器设置期望递归标志，但这里的名字服务器在与某个根服务器联系时没有设置这个标志。这是因为 不应该向根名字服务器发出期望递归的查询，它们仅用来寻找其他授权名字服务器的地址
• 第2行：返回的响应中没有回答资源记录，而包含5个授权资源记录和5个附加信息资源记录：
  • 2- ：期望递归标志（RA）没有被设置。即使要求进行递归查询，这个根名字服务器也不会回答期望递归查询

尽管tcpdump没有显示返回的10个资源记录，也能执行host命令来查看高速缓存的内容：

这次采用-v选项查看的不仅仅只是A记录。它显示出对于域uu.net有5个授权名字服务器，而由根名字服务器返回的5个附加信息资源记录中含有这5个名字服务器的IP地址

这避免了在查找其中的某个名字服务器的地址时，无需再次与根名字服务器联系。这是DNS中的另一个实现优化

host命令指出这个回答不是授权的，这是因为这个回答来自名字服务器的高速缓存，而不是来自授权名字服务器

• 第3行：名字服务器与第一个授权名字服务器 ns.uu.net 询问ftp.uu.net的IP地址
  • 这次设置了期望递归标志
• 第4行：返回的应答包含一个回答资源记录

而后我们再次执行host命令，询问相同的名字，这次tcpdump没有输出，这正是所期望的，因为由host命令返回的回答来自于 名字服务器的高速缓存

再次执行host命令，查找ftp.ee.lbl.gov的地址：

sun$ host ftp.ee.lbl.gov

ftp.ee.lbl.gov CNAME ee.lbl.gov

ee.lbl.gov A 128.3.112.20

图14-15显示了这时的tcpdump输出：

• 第1行：服务器与另一个根名字服务器 c.nyser.net 联系。一个名字服务器通常轮询不同的根名字服务器来获得往返时间估计，然后选择往返时间最小的服务器
  • 向一个根服务器发出查询，那么期望递归标志不应被设置
• 第2行：返回的响应中不包含回答资源记录，但含有4个授权记录和4个附加信息资源记录。这4个授权资源记录是供主机ftp.ee.lbl.gov进行域名服务的名字服务器名，其他4个记录则是这4个服务器的IP地址
• 第3行：向名字服务器nsl.lbl.gov发出的查询请求
  • 它的期望递归标志是被设置的
• 第4行：返回的响应和以往的响应不同。返回了两个回答资源记录：
  • tcpdump指出其中的第一个是CNAME资源记录，ftp.ee.lbl.gov的规范名称是ee.lbl.gov

这是CNAME记录常见的用法：

LBL的FTP站点的名字通常是以ftp开始的，但它可能不时地从一个主机移到另一个主机

用户只需要知道ftp.ee.lbl.gov，必要时DNS会用它的规范名进行替换

运行host程序时，它显示了规范域名的CNAME和IP地址。这是因为响应中含有两个回答资源记录：

1. CNAME
2. A记录

如果A记录没有随CNAME记录返回，服务器将发出另一个查询请求，询问ee.lbl.gov的IP地址。这是另一个DNS的实现优化： 在一个响应中同时返回一个规范域名的CNAME记录和A记录