DNS 解析流程与迭代/递归查询
你输入 www.baidu.com 后，浏览器是怎么找到百度服务器的 IP 地址的？
答案是 DNS（Domain Name System）——互联网的「电话簿」。
理解 DNS 的解析流程，是理解整个互联网运作方式的关键。
DNS 是什么？
DNS 是一个分布式数据库系统，把人类可读的域名（如 www.baidu.com）转换为机器可读的 IP 地址（如 220.181.38.149）。
没有 DNS：
你：我访问 www.baidu.com
浏览器：IP地址是多少？
你：不知道...
有 DNS：
你：我访问 www.baidu.com
浏览器：DNS 服务器：220.181.38.149
浏览器：谢谢，我这就去访问DNS 分布式数据库
层次结构
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ DNS 层次结构 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 根域（.） │
│ │ │
│ ┌─────────────────┼─────────────────┐ │
│ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ .com 域 .org 域 .cn 域 │
│ │ │ │ │
│ ┌─────┼─────┐ ┌────┼────┐ ┌─────┼─────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ │
│ baidu google ... ... ... ... 163 baidu ... │
│ .com .com .org .cn .cn │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘各层 DNS 服务器
1. 根域名服务器（Root Server）
- 全球 13 组，共 1000+ 台服务器
- 管理顶级域（TLD）服务器信息
- 例如：a.root-servers.net ~ m.root-servers.net
2. 顶级域服务器（TLD Server）
- 管理顶级域下的二级域
- .com、.org、.cn、.io 等
- 例如：dnspod.com、cloudflare.com 维护 .com
3. 权威域名服务器（Authoritative Server）
- 存储具体域名的 DNS 记录
- 如 dns.baidu.com、ns1.google.com
- 可以是主服务器或从服务器
4. 本地 DNS 服务器（Local/Resolver）
- 不是 DNS 层次的一部分
- ISP 或企业网络提供
- 负责缓存查询结果DNS 解析流程
递归查询 vs 迭代查询
递归查询（Resolver → 其他服务器）：
用户 → Local DNS → 根 DNS → TLD DNS → 权威 DNS
← 返回结果 ←
迭代查询（Resolver 自己查）：
用户 → Local DNS（我去找）
↓
根 DNS（我不知道，但告诉你去问 .com）
↓
TLD DNS（我不知道，但告诉你去问 baidu.com 的服务器）
↓
权威 DNS（我知道！返回结果）完整解析流程
用户输入 www.baidu.com
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 步骤 1：检查缓存 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 1. 浏览器 DNS 缓存 │
│ 检查浏览器是否缓存了该域名 │
│ Chrome: chrome://net-internals/#dns │
│ │
│ 2. 操作系统 DNS 缓存 │
│ 检查系统是否缓存了该域名 │
│ Windows: ipconfig /displaydns │
│ │
│ 3. hosts 文件 │
│ 检查 /etc/hosts（Linux）或 C:\Windows\System32\... │
│ │
│ 如果都没找到，继续 ↓ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 步骤 2：查询 Local DNS │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 用户 ──── 查询 www.baidu.com ────> Local DNS (递归) │
│ │
│ Local DNS 使用迭代查询找到结果： │
│ │
│ Local DNS ──── 查询根服务器 ────> 根服务器 │
│ 返回 .com TLD 服务器地址 │
│ │
│ Local DNS ──── 查询 .com TLD 服务器 ────> TLD 服务器 │
│ 返回 baidu.com 权威服务器地址 │
│ │
│ Local DNS ──── 查询 baidu.com 权威服务器 ────> 权威服务器 │
│ 返回 220.181.38.149 │
│ │
│ Local DNS ──── 返回 IP 地址 ────> 用户 │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 步骤 3：缓存结果 │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ Local DNS 缓存结果，设置 TTL │
│ │
│ 下次查询时，直接返回缓存（如果未过期） │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘DNS 记录类型
常见记录类型
A 记录（Address）
将域名指向 IPv4 地址
www.example.com → 192.168.1.1
AAAA 记录
将域名指向 IPv6 地址
www.example.com → 2001:db8::1
CNAME 记录（Canonical Name）
将域名指向另一个域名
www.example.com → example.com
MX 记录（Mail Exchange）
指定邮件服务器
example.com → mail.example.com
NS 记录（Name Server）
指定域名的 DNS 服务器
example.com → ns1.example.com
TXT 记录
存储文本信息（SPF、DKIM 验证等）
example.com → "v=spf1 include:_spf.example.com ~all"
SOA 记录（Start of Authority）
指定主 DNS 服务器和管理员邮箱
提供区域传输的基本信息dig 命令查询
bash
# 查询 A 记录
dig www.baidu.com
# 输出：
# ; <<>> DiG 9.18.1 <<>> www.baidu.com
# ;; QUESTION SECTION:
# ;www.baidu.com. IN A
# ;; ANSWER SECTION:
# www.baidu.com. 300 IN A 220.181.38.149
# www.baidu.com. 300 IN A 220.181.112.244
# 查询 NS 记录
dig ns example.com
# 查询 MX 记录
dig mx example.com
# 指定 DNS 服务器查询
dig @8.8.8.8 www.baidu.com
# 跟踪整个查询过程
dig +trace www.baidu.comDNS 缓存
多级缓存
1. 浏览器缓存
TTL 决定缓存时间
Chrome 可在 chrome://net-internals/#dns 清除
2. 操作系统缓存
Windows: ipconfig /flushdns
macOS: sudo dscacheutil -flushcache; sudo killall -HUP mDNSResponder
Linux: systemd-resolve --flush-caches
3. Local DNS 缓存
运营商或企业 DNS 服务器
缓存 TTL 时间
4. DNS 服务器缓存
根服务器、TLD 服务器、权威服务器
不缓存具体记录，但会缓存查询失败的结果TTL（Time To Live）
TTL 决定缓存时间：
记录 TTL = 300 秒（5 分钟）
├─ 第 1 次查询：访问权威服务器
├─ 第 2 次查询（5分钟内）：使用缓存
└─ 5 分钟后：重新访问权威服务器
TTL 过长的问题：
- 更新记录后生效慢
- 全球缓存需要很长时间才能更新
TTL 过短的问题：
- DNS 查询压力大
- 权威服务器压力大DNS 负载均衡
简单轮询
dns.baidu.com 有多个 IP：
110.242.68.66
220.181.38.149
DNS 返回时轮换顺序：
第 1 次查询：110.242.68.66
第 2 次查询：220.181.38.149
第 3 次查询：110.242.68.66
...地理位置感知
用户在北京：
返回北京机房的 IP：10.0.1.1
用户在上海：
返回上海机房的 IP：10.0.2.1
实现方式：
- EDNS Client Subnet（ECS）
- DNS 服务器根据查询来源 IP 返回不同结果Anycast
同一 IP 地址在多个地点广播
数据包自动路由到最近的服务器
常见于：
- CDN（Cloudflare、Akamai）
- DNS 服务（Google Public DNS、Cloudflare DNS）DNS 安全问题
DNS 缓存投毒
攻击者向 DNS 服务器注入伪造的记录
用户访问 example.com 时被导向恶意网站
防御措施：
- DNS SEC（对记录进行数字签名）
- 随机端口查询
- 检查 DNS 响应来源DNS 劫持
运营商或恶意软件修改 DNS 查询结果
用户访问合法网站时被导向钓鱼网站
防御措施：
- 使用可信的 DNS 服务器
- DNSSEC 验证
- HTTPS（HSTS 预加载列表）使用安全的 DNS
bash
# Google DNS
8.8.8.8
8.8.4.4
# Cloudflare DNS
1.1.1.1
1.0.0.1
# 防止 DNS 劫持
# 在路由器或系统设置中配置可信 DNSJava 代码示例
DNS 查询
java
import java.net.InetAddress;
import java.net.UnknownHostException;
public class DnsLookup {
public static void main(String[] args) {
try {
// 查询域名对应的 IP 地址
InetAddress[] addresses = InetAddress.getAllByName("www.baidu.com");
System.out.println("www.baidu.com 的 IP 地址：");
for (InetAddress address : addresses) {
System.out.println(" " + address.getHostAddress());
}
// 反向查询
InetAddress address = InetAddress.getByName("220.181.38.149");
System.out.println("\nIP 反向查询：");
System.out.println(" " + address.getCanonicalHostName());
} catch (UnknownHostException e) {
System.out.println("域名解析失败：" + e.getMessage());
}
}
}使用 DNS 查询库
java
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Random;
public class DnsQueryDemo {
private static final String DNS_SERVER = "8.8.8.8";
private static final int DNS_PORT = 53;
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 简化版：使用系统 DNS
System.out.println("系统 DNS 服务器：");
// Linux
// Process process = Runtime.getRuntime().exec("cat /etc/resolv.conf");
// Windows
Process process = Runtime.getRuntime().exec("ipconfig /all");
try (java.io.BufferedReader reader = new java.io.BufferedReader(
new java.io.InputStreamReader(process.getInputStream()))) {
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
if (line.contains("DNS")) {
System.out.println(line);
}
}
}
}
}实际应用
查看 DNS 解析过程
bash
# 使用 dig 跟踪 DNS 解析
dig +trace www.baidu.com
# 使用 nslookup
nslookup www.baidu.com
# 使用 host
host -a www.baidu.com
# 查看 TTL
dig +short -t a www.baidu.com
# 跟踪 DNS 传播（多地查询）
# 使用 dnsmap、dnscheck 等工具排查 DNS 问题
bash
# 1. 检查 DNS 配置
cat /etc/resolv.conf
# 2. 测试 DNS 连通性
ping -c 1 8.8.8.8
# 3. 直接查询权威服务器
dig @ns1.baidu.com www.baidu.com
# 4. 检查 hosts 文件
cat /etc/hosts
# 5. 清除本地缓存
# Linux
sudo systemd-resolve --flush-caches
# macOS
sudo dscacheutil -flushcache; sudo killall -HUP mDNSResponder
# Windows
ipconfig /flushdns面试追问方向
- DNS 是什么？它解决了什么问题？
- DNS 的层次结构是怎样的？
- 什么是递归查询和迭代查询？
- DNS 解析的完整流程是什么？
- DNS 有哪些常见的记录类型？
- 什么是 TTL？为什么重要？
- DNS 缓存有哪些层级？
- 什么是 DNS 负载均衡？
- DNS 有哪些安全问题？如何防御？
- 如何排查 DNS 解析问题？