DNS協(xié)議的運(yùn)轉(zhuǎn)需要客戶端和服務(wù)器進(jìn)行交互。由于服務(wù)器端需要存儲大量的域名信息，同時每天需要應(yīng)答海量的解析請求，因此它的設(shè)計(jì)必須遵循分布式系統(tǒng)。客戶端向一臺服務(wù)器請求解析服務(wù)時，對方可能沒有相應(yīng)的域名信息，于是它會向上一層查詢，獲得擁有給定域名信息的服務(wù)器，然后把對應(yīng)服務(wù)器的信息歸還給客戶端，然后客戶端再重新發(fā)起請求。

我們還需要關(guān)注域名信息如何在服務(wù)器上存儲。在域名服務(wù)器上，信息存儲有兩種方式，一種是域名信息以二進(jìn)制格式存儲，這種格式對應(yīng)的名稱叫Resource Record Filed Format，同時為了方便管理員管理，這些信息又通過文本形式展現(xiàn)出來，對應(yīng)的格式稱為Master File Representation,管理員通過修改后者就能使得對應(yīng)的二進(jìn)制信息進(jìn)行相應(yīng)變換：

Resource Record 是一種特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，專門用于存儲域名解析相關(guān)信息，例如域名對應(yīng)的服務(wù)器IP，域名解析服務(wù)器地址等，在后面我們解析數(shù)據(jù)包時再深入探討。

域名解析其實(shí)有三種形式，第一種是我們熟悉的，將域名發(fā)給服務(wù)器然后獲得域名對應(yīng)IP;第二種叫反向解析，將IP發(fā)給服務(wù)器然后獲得對應(yīng)域名;第三種叫電子郵件解析，將郵件地址發(fā)給服務(wù)器然后獲得郵件的接收對象IP。我們將主要關(guān)注第一種形式的原理和實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)我們執(zhí)行第一種域名解析時，首先要做的是獲得域名服務(wù)器地址。這個過程并非一撮而就，有可能我們查詢第一個服務(wù)器時，它給我們返回另一個服務(wù)器的地址，然后我們繼續(xù)查詢;第二步是確定服務(wù)器后，我們要解析它返回來的數(shù)據(jù)內(nèi)容。在這個過程中，第二步相對容易，而第一步則比較棘手。

在查詢對應(yīng)域名服務(wù)器時有兩種方式，一種是循環(huán)式，第一個域名沒有對應(yīng)信息，但返回另一個它認(rèn)為有對應(yīng)信息的服務(wù)器，接著客戶端向第二個服務(wù)器請求，第二個服務(wù)器又返回另一個服務(wù)器信息，該過程依次循環(huán)直到找到對應(yīng)服務(wù)器為止：

第二種叫遞歸式，它與一種的區(qū)別在于，服務(wù)器承擔(dān)起客戶端查找對應(yīng)服務(wù)器的職責(zé)，服務(wù)器會反復(fù)向其他服務(wù)器查詢，直到拿到對應(yīng)域名信息后，直接返回給客戶端：

接下來我們看看DNS數(shù)據(jù)包的基本格式，首先第一部分叫頭部，用于描述消息類型，以及后續(xù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息;第二部分叫”問題“，它用來包含客戶端想向服務(wù)器查詢的信息;第三部分叫”答案“，是服務(wù)器用于回復(fù)客戶端查詢;第四部分叫Authority，如果請求沒有得到全部答復(fù)，這部分內(nèi)容告訴客戶端向哪個服務(wù)器進(jìn)行查詢;第五部分叫Additional，這部分包含客戶端查詢信息的附加說明，它并非必須，所以數(shù)據(jù)包的基本結(jié)構(gòu)如下：

我們用wireshark抓取dns有關(guān)的消息包后，對照上面描述的條目進(jìn)行解析。啟動wireshark，然后使用關(guān)鍵詞dns過濾，然后在瀏覽器里輸入一個你以前沒有訪問過的網(wǎng)址，如果輸入已經(jīng)訪問過的，瀏覽器會有緩存，因此不會走dns協(xié)議。以下是我抓取到的一個DNS解析請求包：

首先是頭部，它包含12字節(jié)，從Transaction ID 到 Additional RRs,每個字段2字節(jié)。ID用來標(biāo)志一次會話，一個會話內(nèi)的數(shù)據(jù)包擁有相同ID。Flags分為兩部分，第一部分一字節(jié)叫做QR，用來表示該數(shù)據(jù)包是查詢還是回答，如果是查詢就設(shè)置為0，如果是回答就設(shè)置為1.如果是查詢，那么第二個字節(jié)就是OpCode，進(jìn)一步表明具體查詢，它分為若干部分，前四個比特位用于表明查詢類型，0表示查詢域名對應(yīng)IP，1不再使用;2表示查詢域名服務(wù)器狀態(tài);3目前不使用，4用于服務(wù)器之間的交互;5也是用于服務(wù)器之間的交互。

第五個比特位叫AA,它只在回復(fù)包中設(shè)置，用于表明回復(fù)的權(quán)威性，它的具體內(nèi)容我們暫時忽略。第六個比特位叫TC，它用于表明數(shù)據(jù)是否被截?cái)啵糜贒NS支持UDP和TCP，但使用UDP時數(shù)據(jù)包不能超過512字節(jié)，如果超過數(shù)據(jù)包就得截?cái)喑啥鄠€小數(shù)據(jù)包，如果該位設(shè)置成1，它表明雙方需要通過TCP來建立連接。第8位叫RD，如果設(shè)置成1，它意味著客戶端請求遞歸式查詢，也就是讓服務(wù)器幫忙向其他服務(wù)器詢問，得到最終消息后再返還給客戶端。

接下來字節(jié)的比特位是RA，如果設(shè)置為1表示服務(wù)器支持遞歸式查詢，也就是服務(wù)器把所有累活都承擔(dān)了，0則是不支持。接下來三個比特位必須設(shè)置為0，接著4個比特位表示返回碼，如果值為0表示返回?cái)?shù)據(jù)正常，非0表示出現(xiàn)錯誤，其中取值1表示查詢數(shù)據(jù)包格式錯誤;2表示服務(wù)器自身故障;3表示解析錯誤;4表示不支持所要求的查詢;5表示拒絕查詢請求;其他值我們暫時忽略。

接下來用于表示相應(yīng)條目的數(shù)量，Questions表示有幾個查詢條目，Answer RRs表示有幾個回復(fù)條目，Authority RRs表示有幾個權(quán)威信息條目，所謂“權(quán)威”是指真正能夠解析域名的服務(wù)器，如果當(dāng)前服務(wù)器不能解析域名請求，它需要把請求轉(zhuǎn)發(fā)給其他服務(wù)器時，它自己就不是Authoritive，我們家用路由器其實(shí)承擔(dān)域名解析服務(wù)器的職責(zé)，但是它本身不可能包含所需要的域名信息，它會把請求轉(zhuǎn)發(fā)給上一層服務(wù)器，因此路由器就不是”權(quán)威“域名解析服務(wù)器。由此一個DNS域名解析數(shù)據(jù)包的輪廓如下：

接下來我們看看問題段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它結(jié)構(gòu)如下：

首先是問題名字，這個字段長度可變，存儲的是要查詢的域名，以0作為結(jié)尾。第二個是問題類型，它是2字節(jié)，用于表明查詢的類型，取值1表示查詢域名對應(yīng)IP，取值2查詢服務(wù)器名稱，具體類型在后面我們用到時再詳細(xì)討論。最后是問題類別，一般而言寫死為1。

這里我們講解一下Question Name對應(yīng)的字符串結(jié)構(gòu)，例如對于字符串：www.baidu.com，它的對應(yīng)格式為[3]www[5]baidu[3]com,其中[]內(nèi)表示接下來字符個數(shù)，例如[3]表示后面跟著3個字符www,[5]表示接下來跟著5個字符，注意到這些數(shù)字所在位置正好對應(yīng)字符串中符號點(diǎn)所在位置。

接下來我們看Answer Resource Records 的結(jié)構(gòu)，服務(wù)器收到客戶端請求，完成解析工作后，把解析信息存儲在該結(jié)構(gòu)里發(fā)回給客戶端。它的結(jié)構(gòu)如下，第一個是名字字符串，可變長，它對應(yīng)要解析的域名或服務(wù)器名稱。接著是資源類型，2字節(jié)，表明資源的類型，如果取值是5，那么接下來對應(yīng)著域名服務(wù)器對應(yīng)的字符串名稱，接著是資源類別，2字節(jié)，一般設(shè)置成1;接著是TTL(Time To Live)，4字節(jié)，表明這些信息能在緩存中存儲多久;接著是RDLength，2字節(jié)，用于表明接下來內(nèi)容的長度;最后是相應(yīng)內(nèi)容，如果資源類型是5，那么內(nèi)容就是字符串，如果是1，那么內(nèi)容就是4字節(jié)的IP地址，該數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的格式輪廓如下：

這里值得提到的是，如果資源類型5，那么對應(yīng)的字符串才是“真正”域名，例如下面顯示內(nèi)容：

它顯示的是，一開始我們使用域名“pan.baidu.com”去進(jìn)行域名解析，此時解析服務(wù)器沒有直接返回該域名對應(yīng)的IP，而是返回另一個域名yiyun.n.shifen.com，前面”pan.baidu.com”其實(shí)是一個別名，打個比方，一個人可以使用假名和真名，假名可以隨時變，真名則要跟身份證綁定。同樣的道理，pan.baidu.com這個域名可以根據(jù)需要隨時變化，例如以后它可以變成pen.baidu.com，但是第二個域名就唯一綁定一臺服務(wù)器，我們只有拿這個域名去查詢才能找到對應(yīng)的IP。

為了簡單起見，其他兩種資源的數(shù)據(jù)格式我們暫時放一放，以后需要的時候才研究，在下一節(jié)我們將使用代碼實(shí)現(xiàn)本節(jié)描述的DNS域名解析流程。