TCP/IP学习笔记（12）——DNS：域名系统
1、引言
域名系统（DNS）是一种用于TCP/IP应用程序的分布式数据库，它提供主机名字和IP地址之间的转换及有关电子邮件的选路信息。这里提到的分布式是指在Internet上的单个站点不能拥有所有的信息。每个站点（如大学中的系、校园、公司或公司中的部门）保留它自己的信息数据库，并运行一个服务器程序供Internet上的其他系统（客户程序）查询。DNS提供了允许服务器和客户程序相互通信的协议。
2、DNS基础
DNS的名字空间和Unix的文件系统相似，也具有层次结构。下图显示了这种层次的组织形式。
每个结点（图中的圆圈）有一个至多63个字符长的标识。这颗树的树根是没有任何标识的特殊结点。命名标识中一律不区分大写和小写。命名树上任何一个结点的域名就是将从该结点到最高层的域名串连起来，中间使用一个点“.”分隔这些域名（注意这和 U n i x文件系统路径的形成不同，文件路径是由树根依次向下的形成的）。域名树中的每个结点必须有一个唯一的域名，但域名树中的不同结点可使用相同的标识。
以点“.”结尾的域名称为绝对域名或完全合格的域名 FQDN（Full Qualified Domain Name），例如sun.tuc.noao.edu.。如果一个域名不以点结尾，则认为该域名是不完全的。如何使域名完整依赖于使用的DNS软件。如果不完整的域名由两个或两个以上的标号组成，则认为它是完整的；或者在该域名的右边加入一个局部后缀。例如域名sun通过加上局部后缀.tuc.noao.edu.成为完整的。
*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。
3、DNS的报文格式
DNS定义了一个用于查询和响应的报文格式。下图显示这个报文的总体格式。
这个报文由12字节长的首部和4个长度可变的字段组成。
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。
16 bit的标志字段被划分为若干子字段，如下图。
各子字段含义如下：
• QR 是1 bit字段：0表示查询报文，1表示响应报文。
• opcode是一个4 bit字段：通常值为0（标准查询），其他值为1（反向查询）和2（服务器状态请求）。
• AA是1 bit标志，表示“授权回答 (authoritative answer)”。该名字服务器是授权于该域的。
• TC是1 bit字段，表示“可截断的 truncated )”。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。
• RD是1 bit字段表示“期望递归（ recursion desired）”。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。在后面的例子中，我们将看到这两种类型查询的例子。
• RA是1 bit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。在后面的例子中可看到大多数名字服务器都提供递归查询，除了某些根服务器。
• 随后的3 bit字段必须为0。
• rcode是一个4 bit的返回码字段。通常的值为 0（没有差错）和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。
随后的 4个16 bit字段说明最后 4个变长字段中包含的条目数。对于查询报文，问题(question)数通常是1，而其他3项则均为0。类似地，对于应答报文，回答数至少是 1，剩下的两项可以是0或非0。
4、UDP OR TCP
注意到DNS名字服务器使用的熟知端口号无论对 UDP还是TCP都是53。这意味着DNS均支持UDP和TCP访问，但我们使用tcpdump观察的所有例子都是采用UDP。
当名字解析器发出一个查询请求，并且返回响应中的TC（删减标志）比特被设置为 1时，它就意味着响应的长度超过了512个字节，而仅返回前512个字节。在遇到这种情况时，名字解析器通常使用TCP重发原来的查询请求，它将允许返回的响应超过512个字节。既然TCP能将用户的数据流分为一些报文段，它就能用多个报文段来传送任意长度的用户数据。
此外，当一个域的辅助名字服务器在启动时，将从该域的主名字服务器执行区域传送。辅助服务器将定时（通常是 3小时）向主服务器进行查询以便了解主服务器数据是否发生变动。如果有变动，将执行一次区域传送。区域传送将使用TCP，因为这里传送的数据远比一个查询或响应多得多。
既然DNS主要使用UDP，无论是名字解析器还是名字服务器都必须自己处理超时和重传。此外，不像其他的使用UDP的Internet应用（TFTP、BOOTP和SNMP），大部分操作集中在局域网上，DNS查询和响应通常经过广域网。分组丢失率和往返时间的不确定性在广域网上比局域网上更大。这样对于DNS客户程序，一个好的重传和超时程序就显得更重要了。