试想一个问题，我们人类可以有多少种识别自己的方式？可以通过身份证来识别，可以通过社保卡号来识别，也可以通过驾驶证来识别，尽管我们有多种识别方式，但在特定的环境下，某种识别方法可能比另一种方法更为适合。因特网上的主机和人类一样，可以使用多种识别方式进行标识。互联网上主机的一种标识方法是使用它的 主机名(hostname) ，如 www.facebook.com、 www.google.com 等。但是这是我们人类的记忆方式，路由器不会这么理解，路由器喜欢定长的、有层次结构的 IP地址。
如果你还不理解 IP 的话，可以翻阅一下我的这篇文章
IP 地址现在简单表述一下，就是一个由 4 字节组成，并有着严格的层次结构。例如 121.7.106.83 这样一个 IP 地址，其中的每个字节都可以用 . 进行分割，表示了 0 - 255 的十进制数字。
然而，路由器喜欢的是 IP 地址进行解析，我们人类却便于记忆的是网址，那么路由器如何把 IP 地址解析为我们熟悉的网址地址呢？这时候就需要 DNS 出现了。
DNS 的全称是 Domain Name System,DNS ，它是一个由分层的 DNS 服务器（DNS server）实现的分布式数据库；它还是一个使得主机能够查询分布式数据库的应用层协议。DNS 服务器通常是运行 BIND(Berkeley Internet Name Domain) 软件的 UNIX 机器。DNS 协议运行在 UDP 之上，使用 53 端口。
DNS 基本概述
与 HTTP、FTP 和 SMTP 一样，DNS 协议也是应用层的协议，DNS 使用客户-服务器模式运行在通信的端系统之间，在通信的端系统之间通过下面的端到端运输协议来传送 DNS 报文。但是 DNS 不是一个直接和用户打交道的应用。DNS 是为因特网上的用户应用程序以及其他软件提供一种核心功能。
DNS 通常不是一门独立的协议，它通常为其他应用层协议所使用，这些协议包括 HTTP、SMTP 和 FTP，将用户提供的主机名解析为 IP 地址。
下面根据一个示例来描述一下这个 DNS 解析过程，这个和你输入网址后，浏览器做了什么操作有异曲同工之处
你在浏览器键入 www.someschool.edu/index.html 时会发生什么现象？为了使用户主机能够将一个 HTTP 请求报文发送到 Web 服务器 www.someschool.edu ，会经历如下操作
- 同一台用户主机上运行着 DNS 应用的客户端
- 浏览器从上述 URL 中抽取出主机名 www.someschool.edu ，并将这台主机名传给 DNS 应用的客户端
- DNS 客户向 DNS 服务器发送一个包含主机名的请求。
- DNS 客户最终会收到一份回答报文，其中包含该目标主机的 IP 地址
- 一旦浏览器收到目标主机的 IP 地址后，它就能够向位于该 IP 地址 80 端口的 HTTP 服务器进程发起一个 TCP 连接。
除了提供 IP 地址到主机名的转换，DNS 还提供了下面几种重要的服务
主机别名(host aliasing)，有着复杂的主机名的主机能够拥有一个或多个其他别名，比如说一台名为 relay1.west-coast.enterprise.com 的主机，同时会拥有 enterprise.com 和 www.enterprise.com 的两个主机别名，在这种情况下，relay1.west-coast.enterprise.com 也称为规范主机名，而主机别名要比规范主机名更加容易记忆。应用程序可以调用 DNS 来获得主机别名对应的规范主机名以及主机的 IP地址。邮件服务器别名(mail server aliasing)，同样的，电子邮件的应用程序也可以调用 DNS 对提供的主机名进行解析。负载分配(load distribution)，DNS 也用于冗余的服务器之间进行负载分配。繁忙的站点例如cnn.com被冗余分布在多台服务器上，每台服务器运行在不同的端系统之间，每个都有着不同的 IP 地址。由于这些冗余的 Web 服务器，一个 IP 地址集合因此与同一个规范主机名联系。DNS 数据库中存储着这些 IP 地址的集合。由于客户端每次都会发起 HTTP 请求，所以 DNS 就会在所有这些冗余的 Web 服务器之间循环分配了负载。
DNS 工作概述
假设运行在用户主机上的某些应用程序（如 Web 浏览器或邮件阅读器） 需要将主机名转换为 IP 地址。这些应用程序将调用 DNS 的客户端，并指明需要被转换的主机名。用户主机上的 DNS 收到后，会使用 UDP 通过 53 端口向网络上发送一个 DNS 查询报文，经过一段时间后，用户主机上的 DNS 会收到一个主机名对应的 DNS 回答报文。因此，从用户主机的角度来看，DNS 就像是一个黑盒子，其内部的操作你无法看到。但是实际上，实现 DNS 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。
DNS 最早的设计是只有一台 DNS 服务器。这台服务器会包含所有的 DNS 映射。这是一种集中式的设计，这种设计并不适用于当今的互联网，因为互联网有着数量巨大并且持续增长的主机，这种集中式的设计会存在以下几个问题
单点故障(a single point of failure)，如果 DNS 服务器崩溃，那么整个网络随之瘫痪。通信容量(traaffic volume)，单个 DNS 服务器不得不处理所有的 DNS 查询，这种查询级别可能是上百万上千万级远距离集中式数据库(distant centralized database)，单个 DNS 服务器不可能邻近所有的用户，假设在美国的 DNS 服务器不可能临近让澳大利亚的查询使用，其中查询请求势必会经过低速和拥堵的链路，造成严重的时延。维护(maintenance)，维护成本巨大，而且还需要频繁更新。
所以 DNS 不可能集中式设计，它完全没有可扩展能力，因此采用分布式设计，所以这种设计的特点如下
分布式、层次数据库
首先分布式设计首先解决的问题就是 DNS 服务器的扩展性问题，因此 DNS 使用了大量的 DNS 服务器，它们的组织模式一般是层次方式，并且分布在全世界范围内。没有一台 DNS 服务器能够拥有因特网上所有主机的映射。相反，这些映射分布在所有的 DNS 服务器上。
大致来说有三种 DNS 服务器：根 DNS 服务器、 顶级域(Top-Level Domain, TLD) DNS 服务器 和 权威 DNS 服务器 。这些服务器的层次模型如下图所示
假设现在一个 DNS 客户端想要知道 www.amazon.com 的 IP 地址，那么上面的域名服务器是如何解析的呢？首先，客户端会先和根服务器之一进行关联，它将返回顶级域名 com 的 TLD 服务器的 IP 地址。该客户则与这些 TLD 服务器之一联系，它将为 amazon.com 返回权威服务器的 IP 地址。最后，该客户与 amazom.com 权威服务器之一联系，它为 www.amazom.com 返回其 IP 地址。
DNS 层次结构
我们现在来讨论一下上面域名服务器的层次系统
根 DNS 服务器，有 400 多个根域名服务器遍及全世界，这些根域名服务器由 13 个不同的组织管理。根域名服务器的清单和组织机构可以在 https://root-servers.org/ 中找到，根域名服务器提供 TLD 服务器的 IP 地址。顶级域 DNS 服务器，对于每个顶级域名比如 com、org、net、edu 和 gov 和所有的国家级域名 uk、fr、ca 和 jp 都有 TLD 服务器或服务器集群。所有的顶级域列表参见 https://tld-list.com/ 。TDL 服务器提供了权威 DNS 服务器的 IP 地址。权威 DNS 服务器，在因特网上具有公共可访问的主机，如 Web 服务器和邮件服务器，这些主机的组织机构必须提供可供访问的 DNS 记录，这些记录将这些主机的名字映射为 IP 地址。一个组织机构的权威 DNS 服务器收藏了这些 DNS 记录。
