DNS The Internet's Directory Service

網路上主要辨識host的方法為hostname & IP address，IP主要由4 bytes以及有自己的嚴格規則形式組成，使用者習慣使用網址來記host，而router則是偏好固定規則的IP address，為了整合這兩種特性，於是有了DNS (domain name system)。

DNS是IP address & hostname對映的分散式資料庫，應用層的協定允許hosts對此資料庫發送query，DNS協定主要以UDP為底使用port 53。之前提過的HTTP SMTP FTP也都有使用此協定，用於將此用者提供的hostname轉化成對應的IP。

所以當我們輸入網址，發送request時，會先觸發DNS application，browser從URL抓取host name並傳給DNS application，接著DNS clicent 傳送包含此hostname的query給DNS server，獲得對映的IP address，再回傳給browser，一旦browser獲取到IP後便開始建立TCP通道。而注意到通常IP網址會被快取在 nearby的DNS server內

Overview of How DNS Works

DNS是如何從DNS Server 找到對應的IP ADDRESS呢，如上述我們提到的DNS server，實際上的架構是有階級制的架構，由上而下為Root server -> TLD(top-level domain) server -> authoritative DNS servers，假使今天看到amazon.com的網址，DNS會從root開始聯繫，root 回傳對應到的 IP address以及TLD server，接著再從TLD server回傳對應到的IP address及 authoritative DNS server，最後回傳準確的IP address。

值得注意的是，DNS帶有Cacheing的Feature，也就是每當 DNS Server 收到reply message時，是可以cache message裡面的資訊在local memory裡面，當下次再有類似的host name query時，便能從cache住的資訊回傳，即便此DNS server 不是 authoritative for the hostname的，由於 IP address & hostname的關係並不是永久的，通常cache的資訊兩天後就會被拋棄。

• Root DNS - 根據2011 秋天的資料 目前全球大概有 247 root servers。

• TLD - 高等DNS domain如常見的 .org .net .edu .gov等等都是，以及所有帶有國家代號的如.tw .US等等

• Authoritative DNS server - 最接近我們的DNS server，通常一個企業可以自己組一台DNS server保存紀錄，或者付錢給特定企業儲存，通常公司都會擁有自己的主要以及輩分的DNS server

  DNS server擁有一個重要的type local DNS server，並不屬於上面的階級結構，但在DNS架構中也是一個重要的角色，每個ISP會擁有自己的local DNS server (default name server)，當我們連結到ISP時，便是透過local DNS server取得對映的位址，當我們發出一個DNS query首先就會經過local DNS server，再由local DNS server以proxy的形式傳送query到階級制的DNS server裡去。

  

DNS Records and Messages

Message組成主要有四種fields(Name, Value, Type, TTL)，TTL決定了resource record何時從cache清除，type包含了幾種狀態，Name & Value主要相異於Type的回傳

• Type A - DNS 已經找到對應的 hostname-IP address，Name為hostname、Value為IP address (relay1.bar.foo.com, 145.37.93.126, A)

• Type NS - DNS server 知道此record存於哪個authoritative server Name為domain name、Value為authoritative server(foo.com, dns.foo.com, NS)

• Type CNAME - Value為類名稱，Name為domain name (foo.com, relay1.bar.foo.com, CNAME)

• Type MX - Value是mail server的類名稱(foo.com, mail.bar.foo.com, MX)

  DNS query & replay message擁有同樣的形式，前12個bytes為header section，主要包含幾個區塊，第一個區塊為16-bit的數字，讓client可以去match reply & query，再來包含幾個flag field

• 1-bit query/reply flag - 辨認message為query(0) or reply(1)

• 1-bit authoritative flags - 當找到DNS server for queried name，設於replay message裡

• 1-bit recursiondesired flag - 當client找不到record時重複執行動作

• 1-bit available field - 當DNS server 支援 recursion

  第二部分為Question section，帶有query information，包含name field、type field，再來為reply message的Answer section，包含了queried name，以及每筆record type、Value、TTL。

  

Inserting Records into the DNS Database

假使今天我想架設一個個人網站為BenTheDust.com，首先我肯定得先註冊我的domain name，registrar指的是間實體公司負責驗證此domain name的唯一性並將此domain name加入DNS database，並提供此服務的些許費用。當註冊完domain name後，接下來得提供registrar對應的pair name & IP address以及主要認可和次要的authoritative DNS servers。有了這些資訊，registrar便可以確保 Type NS & Type A的紀錄是有存進TLD com servers。

DNS在發展中，在協定裏加入了UPDATE OPTION讓data可以從database透過DNS message動態的增加或刪除，當這些紀錄record的步驟完成後，便可以連到我們的個人網站。

再複習一下DNS的流程步驟，假使今天Ben要連到BenTheDust.com，流程便會如下圖