域名里的门道

一、域名的由来

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        随着接入互联网的计算机越来越多，IP地址的缺点也就逐渐暴露出来，主要原因在于，对人不够友好，主要有以下几个缺点：

1. IP地址是一串数字，难于记忆和输入；
2. IP地址可能会随时变化，因为服务器可能会更换位置和网络供应商；
3. IP地址不能包含多个网站或子域名；

        如何解决此问题？就在IP地址之上再来一次抽象，把数字形式的IP地址转换成更有意义的名字，在字符串的层面上增加新的玩法，于是就出现了DNS域名系统。相比于IP地址，域名有以下有点：

1. 域名是字母和数字的组合，更方便人类使用 ；
2. 域名可以保持不变，只需要更新DNS记录；
3. 域名可以通过URL来区分不同的页面或内容；

二、域名的形式

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        域名是一个有层次的结构，由多个分段分段组成，每个分组间用 . 来分割，下面是域名的构成和每个分段的意义：

1. 顶级域（Top-Level Domain，TLD）：域名的最高级别分段，表示域名的分类或者国家，如.com表示商业网站，.org表示非营利组织，.cn表示中国。常见的顶级域还包括.net、.gov及.edu等。
2. 二级域（Second-Level Domain，SLD）：紧接顶级域，通常用于标识特定的组织、公司、品牌或者个人，如www.baidu.com，baidu就是二级域。
3. 子域（Subdomain）：二级域下面的一级，可根据需要添加多个子域。子域能进一步细分和组织网站的内容，常见的www就是一个子域。
4. 主机名（Hostname）：最低级别的分段，表示特定的服务器和设备，如mail.example.com，mail一般代表邮件服务。主机名的作用是让我们更容易记忆。

        域名的本质其实是名字空间系统，使用多级域名可以换分出不同的国家、地区、组织、公司和部门等。所以每个域名都是独一无二的，可作为一种身份的标识。

        因为域名的这个特性，域名也被扩展到了其他应用领域，如Java的包机制就采用域名作为命名空间，只是采用了反序，如常见的应用包名：org.apache.catalina.webresources.*

三、域名的解析

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        域名必须转换成IP地址，这个过程就叫做域名解析。全球每天发生的网络流量高达百亿次，绝大部分请求都是基于域名来访问的。所以DNS就成了互联网重要的基础设施，必须要保证域名解析稳定可靠，快速高效。

        DNS的核心系统是一个三层树状结构的分布式服务，基本对应域名的结构，如下图：

1. 根域名服务器：管理顶级域名，返回com、org、cn等顶级域名的IP地址；
2. 顶级域名服务器：管理各自域名下的权威域名服务器，比如com顶级域名服务器可以返回apple.com域名服务器的IP地址；
3. 权威域名服务器：管理自己域名下的主机的IP地址，如apple.com权威域名服务器可以返回www.apple.com的IP地址；

        根域名服务器最为关键，必须是众所周知的，否则下面的各级服务器就无从谈起。在此架构下，任何一个域名都可以在此树状结构里从顶至下进行查询，最终就获得了域名对应的IP地址。

        现要访问www.apple.com这个域名，就要进行如下三个步骤：

1. 向根域名服务器发送查询请求，获得com顶级域名服务器的IP地址；
2. 向com顶级域名服务器发送查询请求，即可获得apple.com域名服务器的IP地址；
3. 最后访问apple.com域名服务器，就得到了www.apple.com的IP地址；

四、域名的缓存

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        虽然核心的DNS系统遍布全球，服务能力很强也很稳定，但网民如果全往这一个系统里挤，即使不瘫痪，访问的速度也会很慢。

        所以在核心DNS系统之外，要有一些手段来减轻域名解析的压力，并且能够快速的获取结果，基本思路就是缓存。

        一般大公司及网络运营商都会建立自己的DNS服务器，作为用户DNS查询的代理，代替用户访问核心DNS系统。这类“野生”的服务器被称为“非权威域名服务器”，可以缓存之前的查询结果。如果已经有了记录，就无需在从根服务器发起查询，直接返回对应的IP地址。这类DNS服务器要比核心DNS系统的服务器多很多，且大多数都部署在离用户很近的地方，较为知名的DNS服务器有Goole的8.8.8.8。

        其次，操作系统也会对DNS解析结果做缓存，之前访问过的地址，下一次浏览器访问该网址时就不会再跑到DNS里访问了，直接在操作系统中就可以拿到。

        另外，操作系统中还会有一个特殊的“主机映射”文件，通常是一个可编辑的文本，如果操作系统中找不到相关DNS缓存记录，就会在这个文件中找。

        有了上面的非权威域名服务器、操作系统缓存及主机映射文件后，绝大多数的域名解析工作就不用“跋山涉水”了，直接在本地或者本机就能解决。不仅方便了用户，也极大的减轻了各级DNS服务器的压力，大大提升了访问效率。具体架构如下图：