DNS：翻译互联网的应用层
发布: (2025年12月15日 GMT+8 21:05)
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原文: Dev.to
Source: Dev.to
引言
域名系统（DNS）是支撑互联网人类可读通信的基础设施。每当你在浏览器中输入网站地址时，DNS 都在后台悄悄工作，将域名翻译成计算机能够理解的 IP 地址。它常被称为“互联网的电话簿”，在 OSI 模型的应用层（第 7 层）运行，每秒处理数百万次翻译请求，使数字世界顺畅运行。
DNS 在 OSI 模型中的位置 – 应用层协议架构
DNS 是一个层次化、去中心化的命名系统，将人类友好的域名（例如 www.example.com）转换为机器可读的 IP 地址（例如 192.0.2.44），从而免去用户记忆数字串的需求。
- 应用层：DNS 直接为用户应用和服务提供支持，无需它们自行处理翻译任务。
- 传输层：DNS 对标准查询使用 UDP（因其无连接的高效性且数据包通常 ≤ 512 字节），对较大传输或 DNS 服务器之间的区域传输使用 TCP。两者均使用 53 端口。
层次结构（五级）
- 根层 – 权威根名称服务器将请求重定向到相应的顶级域（TLD）名称服务器。
- 顶级域（TLD） – 如
.com、.org、.net、.edu等扩展名，包含其下注册域的信息，并将查询指向相应的二级域名称服务器。 - 二级域（SLD） – 你注册的主要域名（例如
example.com、google.com）。每个 SLD 拥有自己的权威名称服务器，存储子域和主机的详细信息。 - 子域 – 域名内部的额外层级（例如
mail.example.com、blog.example.com），用于组织服务和资源。 - 主机 – 通过完整主机名标识的单个机器或资源（例如
www.example.com）。
DNS 解析过程 – 完整查询流程
当你输入 URL 时，系统会向你的 DNS 解析器发起递归查询，解析器随后在 DNS 层次结构中进行迭代查询，直至获取所需的 IP 地址。
步骤分解
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客户端发起查询
- 本地 DNS 客户端（存根解析器）检查自身缓存。
- 若未命中缓存，则向 DNS 解析器发送递归查询（通常由 ISP 或第三方服务如 Cloudflare、Google DNS 提供）。
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解析器查询根名称服务器
- 解析器首先联系根名称服务器，根服务器返回指向相应 TLD 名称服务器的引用。
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TLD 名称服务器响应
- 解析器查询 TLD 名称服务器，后者将其指向该特定域的权威名称服务器。
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权威名称服务器解析
- 权威名称服务器提供最终的 DNS 记录，包括 IP 地址。
-
响应缓存与返回
- 解析器缓存结果并将 IP 地址返回给原始客户端，客户端也会缓存该信息以供后续查询使用。
缓存层级
- 浏览器缓存
- 操作系统 DNS 缓存
- ISP 的递归解析器缓存
只要记录在上述任意层级被缓存，查询就无需遍历完整层次结构，从而降低延迟和网络负载。每条缓存记录都包含一个 生存时间（TTL） 值，决定信息的有效期限。
DNS 记录类型 – 常见资源记录说明
| 记录类型 | 用途 |
|---|---|
| A | 将域名映射到 IPv4 地址（例如 www.example.com → 192.0.2.44）。 |
| AAAA | 将域名映射到 IPv6 地址。 |
| CNAME | 通过指向另一个域名创建别名（例如 example.com → www.example.com）。 |
| MX | 指定负责处理该域名电子邮件的邮件服务器。 |
| TXT | 存储任意文本数据，常用于域名验证和电子邮件身份验证（SPF、DKIM、DMARC）。 |
| NS | 指明哪些名称服务器对该域名拥有权威。 |
| SOA | 起始授权记录，包含关于该区域的管理信息。 |
DNS 在网络架构中的位置
DNS 运行在 OSI 模型的 应用层（第 7 层），与 HTTP、SMTP、POP3 等协议并列。此定位使 DNS 能直接为用户应用提供支持，而无需底层协议理解域名翻译。
在应用层之下，DNS 依赖 传输层：
- UDP – 由于速度快、开销低，适用于大多数查询。
- TCP – 用于较大响应、区域传输以及需要可靠性的场景。
安全考虑
DNS 作为关键的互联网基础设施，面临伪造、缓存投毒和中间人攻击等威胁。域名系统安全扩展（DNSSEC） 为 DNS 响应添加加密签名，确保 DNS 数据的真实性和完整性。