前端重点：DNS和CDN

原文来自我的个人博客

1. DNS

1.1 DNS是什么？

DNS（Domain Names System），域名系统，是互联网一项服务，是进行域名和与之相对应的 IP 地址进行转换的服务器

简单来讲，DNS 相当于一个翻译官，负责将域名翻译成 ip 地址

• IP 地址：一长串能够唯一地标记网络上的计算机的数字
• 域名：是由一串用点分隔的名字组成的 Internet 上某一台计算机或计算机组的名称，用于在数据传输时对计算机的定位标识

1.2 域名

域名是一个具有层次的结构，从上到下一次为根域名、顶级域名、二级域名、三级域名...

例如 www.baidu.com，www 为三级域名、baidu为二级域名、com为顶级域名 ，系统为用户做了兼容，域名末尾的根域名.一般不需要输入

在域名的每一层都会有一个域名服务器，如下图：

1.3 查询方式

DNS 查询方式有两种

• 递归查询：如果 A 请求 B ，那么 B 作为请求的接收者一定要给 A 想要的答案

• 迭代查询：如果接收者 B 没有请求者 A 所需要的准确内容，接收者 B 将告诉请求者 A，如何去获得这个内容，但是自己并不去发出请求

1.4 域名缓存

在域名服务器解析的时候，使用缓存保存域名和 IP 地址的映射

计算机中 DNS 的记录也分成了两种缓存方式：

• 浏览器缓存：浏览器在获取网站域名的实际 IP 地址后会对其进行缓存，减少网络请求的损耗
• 操作系统缓存：操作系统的缓存其实是用户自己配置的 hosts 文件

1.5 查询过程

解析域名的过程如下：

• 首先搜索浏览器的 DNS 缓存，缓存中维护一张域名与 IP 地址的对应表
• 若没有命中，则继续搜索操作系统的 DNS 缓存
• 若仍然没有命中，则操作系统将域名发送至本地域名服务器，本地域名服务器采用递归查询自己的 DNS 缓存，查找成功则返回结果

• 若本地域名服务器的 DNS 缓存没有命中，则本地域名服务器向上级域名服务器进行迭代查询

  • 首先本地域名服务器向根域名服务器发起请求，根域名服务器返回顶级域名服务器的地址给本地服务器
  • 本地域名服务器拿到这个顶级域名服务器的地址后，就向其发起请求，获取权限域名服务器的地址
  • 本地域名服务器根据权限域名服务器的地址向其发起请求，最终得到该域名对应的 IP 地址
• 本地域名服务器将得到的 IP 地址返回给操作系统，同时自己将 IP 地址缓存起来
• 操作系统将 IP 地址返回给浏览器，同时自己也将 IP 地址缓存起
• 至此，浏览器就得到了域名对应的 IP 地址，并将 IP 地址缓存起

流程如下图所示：

1.6 DNS记录

DNS 记录是存储在 DNS 数据库中的特定资源记录，允许你配置和控制有关你的域名的其他信息。例如，你可以设置你的 DNS 记录，告诉世界你的域名将使用什么类型的邮件服务器（例如，微软Exchange），或者当有人访问你的网站时，应该返回哪个 IP 地址。

DNS记录可以理解成一个键值对：

• 键：域名；
• 值：与域名关联的值；

事实上，除了 IP 地址，DNS 记录值还可以是 IPv6 地址、别名、文本等等。有超过 30 种类型的 DNS 记录.常见的 DNS 记录类型有以下：

• A记录：定义主机的IP地址

www.example.com. IN A 139.18.28.5;
域名映射IP
IN 代表 Internet互联网

• AAAA记录：定义主机的 IPv6地址

123124.s2txip6.com. 103 IN AAAA 240e:940:401:1:1a::

• CNAME记录：定义域名的别名

www.example.com IN CNAME example.com.
a.example.com IN CNAME b.example.com.

• MX记录：定义邮件服务器

;happy.example.com作为邮件服务器
IN MX happy.example.com.

;A记录描述邮件服务器IP
happy.example.com. IN A 123.123.123.123;

• NS记录：定义提供 dns 信息的服务器

;定义为zhihu.com提供dns信息的服务器
zhihu.com. 52908 IN NS n24.dnsv5.com.

• SOA记录：定义多个 dns 服务器中哪个是主服务器

; ns3,dnsv5.com. 是主服务器
IN SOA ns3.dnsv5.com. enterprise3dnsadmin.dnspod.com. 15947187885 3600180 1209600 180

• TXT记录：提供文本信息

;zhihu.com提供的文本信息
zhihu.com. 600 IN TXT "m5g7qjk31l5d1hkq6m3zvcf6lg2f0h16"

1.7 DNS查询工具

• dig(DNS look utility) 查询 dns 的小工具

• nslookup 交互式查询域名服务工具

• host(DNS look utility) 查询 dns 的小工具

1.8 host修改

1. 编辑 hosts文件 vim /etc/hosts
2. 添加 3.3.3.3 www.baidu.com
3. ping www.baidu.com

结果

2. CDN

2.1 CDN是什么？

CDN (全称 Content Delivery Network)，即内容分发网络

构建在现有网络基础之上的智能虚拟网络，依靠部署在各地的边缘服务器，通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，使用户就近获取所需内容，降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。CDN 的关键技术主要有内容存储和分发技术。

简单来讲，CDN 就是一个基于地理位置的分布式代理服务器/数据中心。它会根据用户位置分配最近的资源。

于是，用户在上网的时候不用直接访问源站，而是访问离他 “最近的” 一个 CDN 节点，术语叫边缘节点，其实就是缓存了源站内容的代理服务器。如下图：

2.2 CDN实现原理

当用户输入一个网址，浏览器会检查这个网址上所有资源的请求。以一个 js 文件为例

1. 它首先会做 DNS 查询，通常在没有应用 CDN 时，会返回一个 ip 地址，浏览器直接根据 IP 地址请求 js 资源；应用 CDN 后，DNS 返回的不再是 IP 地址，而是一个 CNAME(Canonical Name ) 别名记录
2. 浏览器对别名做 CDN 查询，返回 CDN 智能 DNS 服务的 ip 地址

3. 查询 CDN 智能调度 DNS ，它会根据以下情况，返回合适的边缘节点ip 给用户

   • 地理位置，找相对最近的边缘节点
   • 运营商网络，找相同网络的边缘节点
   • 边缘节点的负载情况，找负载较轻的节点
   • 节点的“健康状况”、服务能力、带宽、响应时间等
4. 根据节点 ip 请求 js 文件，如果请求的资源

整体流程图如下：

2.3 缓存代理

缓存系统是 CDN 的另一个关键组成部分，缓存系统会有选择地缓存那些最常用的那些资源。

其中有两个衡量 CDN 服务质量的指标：

• 命中率：用户访问的资源恰好在缓存系统里，可以直接返回给用户，命中次数与所有访问次数之比
• 回源率：缓存里没有，必须用代理的方式回源站取，回源次数与所有访问次数之比

缓存系统也可以划分出层次，分成一级缓存节点和二级缓存节点。一级缓存配置高一些，直连源站，二级缓存配置低一些，直连用户。

回源的时候二级缓存只找一级缓存，一级缓存没有才回源站，可以有效地减少真正的回源。

现在的商业 CDN 命中率都在 90% 以上，相当于把源站的服务能力放大了 10 倍以上。

3. 小结

• DNS 就是个域名系统，负责将域名翻译成 ip 地址；CDN 是一个基于地理位置的分布式代理服务器，会根据用户位置分配最近的资源，就是为了提高资源的访问速度。
• 两者都有缓存设计，DNS（浏览器缓存、操作系统缓存）、CDN（一节缓存、二级缓存）

参考文献

• 面试官：DNS协议 是什么？说说DNS 完整的查询过程?
• 根域名的知识
• DNS记录类型
• 面试官：如何理解CDN？说说实现原理？