DNS 101
DNS 全称 Domain Name System，是我们每天都在使用的基础互联网设施。
它被发明出来的原因很简单，计算机之间的通信用的是 IP 地址，是一串数字，人类记忆起来十分不方便，因此，我们给地址起个名字，然后将名字和 IP 之间的关系记录起来，这样，我们只用记住名字就行了。
从上面可以看出，DNS 系统类似我们日常使用的电话本，只不过里面存储的是域名和 IP 之间的关系。和人与电话之间的关系一样，一个域名可以有多个 IP，一个 IP 也可以有多个域名。
基本概念
现在我们来介绍几个 DNS 系统的概念。
DNS Server: DNS 服务器，这是我们获取 DNS 服务的入口。每台上网的计算机都需要配置 DNS 服务器的 IP 地址，之后所有的域名查询，就通过询问这个服务器完成。
Record: 记录，域名在 DNS 系统的一条配置，称为一条记录。最常见的记录就是域名对应的 IP 是什么。
Record Type: 记录类型，除了域名对应的 IP，域名还有别的信息，比如域名对应的邮件服务器是什么等等，也就是，记录有不同的类型。
常见的记录类型如下：
A: Address 记录，域名对应的 IPv4 地址AAAA: 域名对应的 IPv6 地址MX: 域名对应的电子邮件服务器地址NS: 域名对应的域名服务器域名，有点绕，简单来说，你想知道 A 域名的信息，需要去问 A 域名的 NS 记录对应的域名CNAME: 域名的Canonical Name，类似于文件系统中的链接
这里是 完整的记录列表。
当我们购买了域名以后，就可以在服务商提供的配置系统中设置域名的相关记录。一般来说，服务商会默认配置两条 NS 记录到他们的域名服务器，当然，我们也可以修改这个记录，使用第三方域名服务器，比如 DNSPod。
分级结构
互联网的规模太大，域名数量更是数不胜数，一台 DNS Server 将这些数据都存储下来是不现实的，因此 DNS 在设计的时候，采用的是分级结构，每一部分存储下一级的相关信息。
举个例子，我们想知道 www.example.com 的 IP 地址是什么，将这个请求发送给了我们的 DNS Server。
DNS Server 需要先问根域名服务器，谁负责管理 .com？然后再问 .com 域名服务器，谁负责管理 example.com？最后，再问 example.com 域名服务器，www.example.com 的 IP 地址是什么，从而获得答案返回给我们。
这就是域名的分级结构，域名查询需要从根开始，一级一级的向下，直到获得答案。
当然，因为域名查询是一个高频词的动作，无时无刻都在发生，如果每次都是这样一层一层获取，效率将十分低下，因此，DNS 系统中大量使用缓存，每一个中间环节都会缓存相关结果来节省时间提高效率。
根域名服务器
上面的描述引入了一个问题。因为我们每次查询（不考虑缓存）都需要询问根域名服务器，那么 DNS Server 是如何得知根域名服务器的地址呢？
答案是 使用配置文件写死，就是这么简单。
目前全世界一共有 13 组根域名服务器，分别是 [a-m].root-servers.net。
IANA 提供了根域名服务器配置文件，下载下来配置相关的 DNS 软件就行了。
常用工具
DNS 相关的常用工具有两个，一个是 dig，功能强大，十分灵活。
用法是 dig <记录类型> <查询名称>。
例如，我想知道根域名服务器的相关信息。
$ dig ns . # 注意，`.`代表根域名，这条指令表示查询根域名的NS记录
; <<>> DiG 9.8.3-P1 <<>> ns .
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 12846
;; flags: qr rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 13, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 0
;; QUESTION SECTION:
;. IN NS
;; ANSWER SECTION:
. 40368 IN NS h.root-servers.net.
. 40368 IN NS m.root-servers.net.
. 40368 IN NS f.root-servers.net.
. 40368 IN NS c.root-servers.net.
. 40368 IN NS e.root-servers.net.
. 40368 IN NS l.root-servers.net.
. 40368 IN NS k.root-servers.net.
. 40368 IN NS a.root-servers.net.
. 40368 IN NS i.root-servers.net.
. 40368 IN NS b.root-servers.net.
. 40368 IN NS d.root-servers.net.
. 40368 IN NS g.root-servers.net.
. 40368 IN NS j.root-servers.net.
;; Query time: 10 msec
;; SERVER: 116.228.111.118#53(116.228.111.118)
;; WHEN: Tue May 1 16:53:16 2018
;; MSG SIZE rcvd: 228
从返回的结果可以看出，根域名有 13 条 NS 记录，对应 13 组域名服务器。
使用 dig 获取 cjting.me 的 IPv4 地址。
$ dig cjting.me # 记录类型默认为 `A`
; <<>> DiG 9.8.3-P1 <<>> cjting.me
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 25983
;; flags: qr rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 2, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 0
;; QUESTION SECTION:
;cjting.me. IN A
;; ANSWER SECTION:
cjting.me. 598 IN A 192.30.252.153
cjting.me. 598 IN A 192.30.252.154
;; Query time: 10 msec
;; SERVER: 116.228.111.118#53(116.228.111.118)
;; WHEN: Tue May 1 16:55:06 2018
;; MSG SIZE rcvd: 59
可以看到，cjting.me 这个域名有两条 A 记录，即查询到了两条 IP 地址。
第二个指令是 host 指令，相比 dig 指令，功能比较简单，输出也比较简洁。
使用 host 获取 cjting.me 的相关信息。
$ host cjting.me
cjting.me has address 192.30.252.154
cjting.me has address 192.30.252.153
一次完整的查询
dig 有一个很高级的功能，叫做 trace，即可以追踪输出每一级查询的具体信息，而不是只给一个最终结果。
下面我们来看一个完整的例子，dig +trace cjting.me，看看到底发生了哪些请求，最终的IP地址是如何得到的。
$ dig +trace cjting.me
; <<>> DiG 9.8.3-P1 <<>> +trace cjting.me @8.8.8.8
;; global options: +cmd
. 209918 IN NS a.root-servers.net.
. 209918 IN NS m.root-servers.net.
. 209918 IN NS b.root-servers.net.
. 209918 IN NS l.root-servers.net.
. 209918 IN NS f.root-servers.net.
. 209918 IN NS d.root-servers.net.
. 209918 IN NS j.root-servers.net.
. 209918 IN NS i.root-servers.net.
. 209918 IN NS g.root-servers.net.
. 209918 IN NS k.root-servers.net.
. 209918 IN NS e.root-servers.net.
. 209918 IN NS h.root-servers.net.
. 209918 IN NS c.root-servers.net.
;; Received 228 bytes from 8.8.8.8#53(8.8.8.8) in 117 ms
me. 172800 IN NS a2.nic.me.
me. 172800 IN NS a0.nic.me.
me. 172800 IN NS c0.nic.me.
me. 172800 IN NS b0.nic.me.
me. 172800 IN NS b2.nic.me.
;; Received 336 bytes from 199.9.14.201#53(199.9.14.201) in 768 ms
cjting.me. 86400 IN NS f1g1ns2.dnspod.net.
cjting.me. 86400 IN NS f1g1ns1.dnspod.net.
;; Received 81 bytes from 199.253.60.1#53(199.253.60.1) in 361 ms
cjting.me. 600 IN A 192.30.252.154
cjting.me. 600 IN A 192.30.252.153
cjting.me. 86400 IN NS f1g1ns1.dnspod.net.
cjting.me. 86400 IN NS f1g1ns2.dnspod.net.
;; Received 123 bytes from 180.163.19.15#53(180.163.19.15) in 8 ms
dig 会输出每一步的关键信息，但并不完整。例如，第二段中，dig 询问 199.9.14.201 获取到了 .me 域名的相关信息，但是 199.9.14.201 这个 IP 是如何来的呢？
下面我列出这中间发生的完整步骤，假设我的本机 IP 是 192.168.0.100，DNS Server 的 IP 是 192.168.0.1。
- 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
.的 NS 记录是什么？ - 192.168.0.1 -> 192.168.0.100: 是
a.root-servers.net,b.root-servers.net… -
- 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
a.root-servers.net的 A 记录是什么？ - 192.168.0.1 -> 192.168.0.100: 是 198.41.0.4
- 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
b.root-servers.net的 A 记录是什么？ - 192.168.0.1 -> 192.168.0.100: 是 199.9.14.201
- …
- dig 会选择一个 IP 进行下一步，同时该地址对应的 IP 会被缓存起来，此时选中的是 199.9.14.201
- 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
- 192.168.0.100 -> 199.9.14.201:
.me的 A 记录是什么？ - 199.9.14.201 -> 192.168.0.1:
.me的 NS 记录是a2.nic.me,b0.nic.me… -
- 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
b0.nic.me的 A 记录是什么？ - 192.168.0.1 -> 192.168.0.100: 是
199.253.60.1 - 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
a2.nic.me的 A 记录是什么？ - 192.168.0.1 -> 192.168.0.100: 是
199.253.59.1 - …
- dig 会选择一个 IP 进行下一步，同时该地址对应的 IP 会被缓存，此时选中的是 199.253.60.1
- 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
- 192.168.0.100 -> 199.253.60.1:
cjting.me的 A 记录是什么？ - 199.253.60.1 -> dig:
cjting.me的 NS 记录是f1g1ns1.dnspod.net和f1g1ns2.dnspod.net -
- 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
f1g1ns2.dnspod.net的 A 记录是什么？ - 192.168.0.1 -> 192.168.0.100: 是 182.140.167.188, 101.226.220.16, …
- 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
f1g1ns1.dnspod.net的 A 记录是什么？ - 192.168.0.1 -> 192.168.0.100: 是 61.151.180.44, 58.247.212.36, …
- dig 会选择一个 IP 进行下一步，同时该地址对应的 IP 会被缓存，此时选中的是 180.163.19.15
- 192.168.0.100 -> 192.168.0.1:
- 192.168.0.100 -> 180.163.19.15:
cjting.me的 A 记录是什么？ - 180.163.19.15 -> 192.168.0.100: A 记录是 192.30.252.154 和 192.30.252.153, NS 记录是 f1g1ns1.dnspod.net 和 f1g1ns2.dnspod.net
- 至此整个过程结束
可以看出，一共进行了 1 + 1 + 13 * 2 + 1 + 1 + 5 * 2 + 1 + 1 + 2 * 2 + 1 + 1 = 48 次通信（请求+响应），可见，如果不进行缓存的话，DNS 是多么地浪费资源。