DNS

Basic Functions of DNS

Nevertheless, the network itself only understands binary addresses

域名转换为IP地址

提供域名和IP地址之间映射的分布式数据库
应用层协议
==UDP/TCP==：Port 53

起初DNS数据存在txt:

flat structure

Centralized control

Not scalable

现在

It is a query / response protocol running on top of UDP/TCP

with default port number 53

使用端口53

Elements Of DNS

◼ Domain namespace（命名空间） and resource records

◼ Name servers

◼ Name resolvers

◼ Protocol

Domain namespace and resource records

Domain namespace and resource records

域命名空间具有类似倒置==树的层次结构==
==RR==(Resource Record)是与特定名称相关联的数据

树形结构示意图

第一层是root

第二层是TOP

第三层是2nd

domains

树形结构的每个元素都被称为一个域
顶部是root domain，简称为.
直接位于root domain之下的子域称为top-level domains
直接位于top-level domains之下的域称为second-level domains，依此类推

domain names

eg. www.bupt.edu.cn 就是一个域名

节点的域名是由点(.)分隔的从节点到root的路径上的标签列表。
从左到右读，左边层次最低，右边层次最高（离root越近）
不区分大小写
每一个component长度不能超过63个字符，完整路径名不能超过255个字符

The full name of a domain is also called its Fully Qualified Domain Name (FQDN)

是Domain Name的全称

资源记录 Resource Record

DNS中的每个域都有一个或多个资源记录(rr)，它们是包含关于该域的信息的字段

每个RR包含以下信息：

Owner：RR所在的域名
Type：指定该RR中的资源类型
- A -主机IPv4地址，AAAA -主机IPv6地址
- MX -邮件交换器（Mail eXchanger）
- NS - 域名服务器（Name Server）
- CNAME - 定义域名的别名
Class：指定要使用的协议族
- IN - the Internet System
TTL：指定缓存rr的存活时间(以秒为单位)
RDATA：资源数据

Name Servers

Name Server

域名服务器是组成域数据库的信息存储库。
数据库被划分为称为zones（区域）的部分，这些区域分布在域名服务器中。
- 区域可以是一个或多个域，甚至是一个子域
每个域名服务器处理一个或多个区域。==域名服务器的基本任务是使用其区域中的数据回答查询==。
域名服务器可以以简单的方式回答查询。响应总是可以仅使用本地数据生成，并且包含问题的答案或对“更接近”所需信息的其他名称服务器的引用。
给定的区域将对多个名称服务器可用，以确保其可用性。

Zones

==Zone==对应于负责该层次结构部分的管理权限
Eg. BUPT 控制 x.bupt.edu.cn

域（Domain）和区域（Zone）的区别

Zone是Domain中的一部分（一个域有多个区域），或者就是Domain（该域只有一个区域）

域名服务器的分类

主服务器（Primary Server）/ 授权服务器（Authoritative Server）
- 在其数据库中保存其管理的主机组的名称到地址映射
- 知道标准答案
次级服务器 （Secondary Server）
- 主服务器数据库的镜像，也是official data
Caching server （Caching Server）
- 向其他服务器请求DNS查询，但同时维护响应的缓存和TTL值
- 关于树的其他部分的non-authoritative数据

域名解析器 Resolver

Name resolvers：DNS的用户端的叫法

解析器是用户程序和域名服务器之间的接口
- 解析器接收来自用户程序(如邮件程序、TELNET、FTP)的请求。
- 代表应用程序向DNS系统询问问题
- 返回数据给应用

DNS Services

三种：

◼ Mapping domain name to addresses

◼ Inverse queries (optional)

◼ Pointer queries

域名到地址的映射

先问本地名称服务器(默认名称服务器)
如果本地服务器无法解析名称，则必须将查询发送到域系统中的另一个服务器

It can improve the query efficiency because most queries to name servers refer to local name

Recursive Resolution（递归解析）

递归解析：（Recursive Resolution）由DNS代发下一个查询

如果被查询的服务器没有信息，它找到root，如果root也找不到信息继续向下递归，直到找到答案

Iterative Resolution（迭代解析）

一个服务器没有就回复另一个DNS服务器的地址（回复到resolver）

本地名称服务器(代表解析器)然后查询该服务器(该服务器可能会响应另一个服务器的地址，以此类推)
通常用于Internet上的域名服务器

现实中两种方法一起使用

caching mechanism to improve efficiency

◼ Caching at the name servers

◼ Caching at the hosts

top-level domain (TLD) server typically cached in local name servers

因此根名称服务器不常访问

Inverse Queries

==IP地址查域名==

特定资源映射到具有该资源的一个或多个域名

正常查询（==Standard Query==）：将域名映射到资源
反向查询（==Inverse Query==）：将资源映射到域名
可能要遍历整个DNS服务器

指针查询

另一种IP查域名的方法

Using IN-ADDR.ARPA domain for address to host mapping

◼ An IP address in dotted-decimal format is included in the query

查询的IP地址格式为点分十进制

◼ The correct domain name for the machine with the specific IP address

具有特定IP地址的计算机的正确域名

一个IP 59.64.166.200，查到域名：200.166.64.59.in-addr.arpa再根据此查到对应域名

Inverse query vs. Pointer query

相同点

都是由IP地址查域名

不同点：

逆查询使用与标准查询相同的域，可能需要搜索整个服务器集
指针查询使用IN-ADDR.ARPA域

DNS Message Format

==查询和响应消息，两者具有相同的消息格式==

ID：用于关联查询和响应的16位字段。
16位标志字段用于协商具体的通信方式和反馈通信状态。DNS报文头部的16位标志字段的细节如下表格所示：
- QR：查询/应答标志，1-bit。0表示这是一个查询报文，1表示这是一个应答报文。
- opcode：定义查询和应答的类型，4-bit。0表示标准查询，1表示反向查询（通过IP地址获得主机域名），2表示请求服务器状态
- AA：授权应答标志，1-bit。仅有应答报文使用。1表示域名服务器是授权服务器
- TC：截断标志，1-bit。仅当DNS报文使用DNS服务时使用。因为UDP数据包有长度的限制，所以过长的DNS报文将被截断。1表示DNS报文超过512个字节，并被截断
- RD：递归查询标志，1-bit。1表示执行递归查询，即如果目标DNS服务器无法解析某个主机名，则它将向其他DNS服务器继续查询，如此递归，直到获得结果，并把结果返回给客户端。0表示执行迭代查询，即如果目标DNS服务器无法解析某个主机名，则它将自己知道的其他DNS服务器的IP地址返回给客户端，以供客户端参考。
- RA：允许递归标志，1-bit。仅由应答报文使用，1表示DNS服务器支持递归查询
- zero：未使用位，长3-bit。设置位0
- rcode：返回码，4-bit，表示应答的状态。常用值有0(无错误)，3(域名不存在)
Question count：16位字段，定义问题部分中条目的数量。
Answer count：16位字段，它定义了回答部分中资源记录的数量。
Authority count：16位字段，定义权限部分中名称服务器资源记录的数量。
Additional count：16位字段，定义附加记录部分中资源记录的数量。