在上一讲里，我们学习了HTTP协议使用的TCP/IP协议栈，知道了HTTP协议是运行在TCP/IP上的。
IP协议的职责是“网际互连”，它在MAC层之上，使用IP地址把MAC编号转换成了四位数字，这就对物理网卡的MAC地址做了一层抽象，发展出了许多的“新玩法”。
例如，分为A、B、C、D、E五种类型，公有地址和私有地址，掩码分割子网等。只要每个小网络在IP地址这个概念上达成一致，不管它在MAC层有多大的差异，都可以接入TCP/IP协议栈，最终汇合进整个互联网。
但接入互联网的计算机越来越多，IP地址的缺点也就暴露出来了，最主要的是它“对人不友好”，虽然比MAC的16进制数要好一点，但还是难于记忆和输入。
怎么解决这个问题呢？
那就“以其人之道还治其人之身”，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更好记的名字，在字符串的层面上再增加“新玩法”。于是，DNS域名系统就这么出现了。
域名的形式
在第4讲曾经说过，域名是一个有层次的结构，是一串用“.”分隔的多个单词，最右边的被称为“顶级域名”，然后是“二级域名”，层级关系向左依次降低。
最左边的是主机名，通常用来表明主机的用途，比如“www”表示提供万维网服务、“mail”表示提供邮件服务，不过这也不是绝对的，名字的关键是要让我们容易记忆。
看一下极客时间的域名“time.geekbang.org”，这里的“org”就是顶级域名，“geekbang”是二级域名，“time”则是主机名。使用这个域名，DNS就会把它转换成相应的IP地址，你就可以访问极客时间的网站了。
域名不仅能够代替IP地址，还有许多其他的用途。
在Apache、Nginx这样的Web服务器里，域名可以用来标识虚拟主机，决定由哪个虚拟主机来对外提供服务，比如在Nginx里就会使用“server_name”指令：
server {
listen 80; #监听80端口
server_name time.geekbang.org; #主机名是time.geekbang.org
...
}
域名本质上还是个名字空间系统，使用多级域名就可以划分出不同的国家、地区、组织、公司、部门，每个域名都是独一无二的，可以作为一种身份的标识。
举个例子吧，假设A公司里有个小明，B公司里有个小强，于是他们就可以分别说是“小明.A公司”，“小强.B公司”，即使B公司里也有个小明也不怕，可以标记为“小明.B公司”，很好地解决了重名问题。
因为这个特性，域名也被扩展到了其他应用领域，比如Java的包机制就采用域名作为命名空间，只是它使用了反序。如果极客时间要开发Java应用，那么它的包名可能就是“org.geekbang.time”。
而XML里使用URI作为名字空间，也是间接使用了域名。
域名的解析
就像IP地址必须转换成MAC地址才能访问主机一样，域名也必须要转换成IP地址，这个过程就是“域名解析”。
目前全世界有几亿个站点，有几十亿网民，而每天网络上发生的HTTP流量更是天文数字。这些请求绝大多数都是基于域名来访问网站的，所以DNS就成了互联网的重要基础设施，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的树状、分布式服务，基本对应域名的结构：
- 根域名服务器（Root DNS Server）：管理顶级域名服务器，返回“com”“net”“cn”等顶级域名服务器的IP地址；
- 顶级域名服务器（Top-level DNS Server）：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；
- 权威域名服务器（Authoritative DNS Server）：管理自己域名下主机的IP地址，比如apple.com权威域名服务器可以返回www.apple.com的IP地址。
在这里根域名服务器是关键，它必须是众所周知的，否则下面的各级服务器就无从谈起了。目前全世界共有13组根域名服务器，又有数百台的镜像，保证一定能够被访问到。
有了这个系统以后，任何一个域名都可以在这个树形结构里从顶至下进行查询，就好像是把域名从右到左顺序走了一遍，最终就获得了域名对应的IP地址。
例如，你要访问“www.apple.com”，就要进行下面的三次查询：
- 访问根域名服务器，它会告诉你“com”顶级域名服务器的地址；
- 访问“com”顶级域名服务器，它再告诉你“apple.com”域名服务器的地址；
- 最后访问“apple.com”域名服务器，就得到了“www.apple.com”的地址。
虽然核心的DNS系统遍布全球，服务能力很强也很稳定，但如果全世界的网民都往这个系统里挤，即使不挤瘫痪了，访问速度也会很慢。
所以在核心DNS系统之外，还有两种手段用来减轻域名解析的压力，并且能够更快地获取结果，基本思路就是“缓存”。
首先，许多大公司、网络运行商都会建立自己的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。这些“野生”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，就无需再向根服务器发起查询，直接返回对应的IP地址。
这些DNS服务器的数量要比核心系统的服务器多很多，而且大多部署在离用户很近的地方。比较知名的DNS有Google的“8.8.8.8”，Microsoft的“4.2.2.1”，还有CloudFlare的“1.1.1.1”等等。
其次，操作系统里也会对DNS解析结果做缓存，如果你之前访问过“www.apple.com”，那么下一次在浏览器里再输入这个网址的时候就不会再跑到DNS那里去问了，直接在操作系统里就可以拿到IP地址。
另外，操作系统里还有一个特殊的“主机映射”文件，通常是一个可编辑的文本，在Linux里是“/etc/hosts”，在Windows里是“C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\hosts”，如果操作系统在缓存里找不到DNS记录，就会找这个文件。
有了上面的“野生”DNS服务器、操作系统缓存和hosts文件后，很多域名解析的工作就都不用“跋山涉水”了，直接在本地或本机就能解决，不仅方便了用户，也减轻了各级DNS服务器的压力，效率就大大提升了。
下面的这张图比较完整地表示了现在的DNS架构。
在Nginx里有这么一条配置指令“resolver”，它就是用来配置DNS服务器的，如果没有它，那么Nginx就无法查询域名对应的IP，也就无法反向代理到外部的网站。
resolver 8.8.8.8 valid=30s; #指定Google的DNS，缓存30秒
域名的“新玩法”
有了域名，又有了可以稳定工作的解析系统，于是我们就可以实现比IP地址更多的“新玩法”了。
第一种，也是最简单的，“重定向”。因为域名代替了IP地址，所以可以让对外服务的域名不变，而主机的IP地址任意变动。当主机有情况需要下线、迁移时，可以更改DNS记录，让域名指向其他的机器。
比如，你有一台“buy.tv”的服务器要临时停机维护，那你就可以通知DNS服务器：“我这个buy.tv域名的地址变了啊，原先是1.2.3.4，现在是5.6.7.8，麻烦你改一下。”DNS于是就修改内部的IP地址映射关系，之后再有访问buy.tv的请求就不走1.2.3.4这台主机，改由5.6.7.8来处理，这样就可以保证业务服务不中断。
第二种，因为域名是一个名字空间，所以可以使用bind9等开源软件搭建一个在内部使用的DNS，作为名字服务器。这样我们开发的各种内部服务就都用域名来标记，比如数据库服务都用域名“mysql.inner.app”，商品服务都用“goods.inner.app”，发起网络通信时也就不必再使用写死的IP地址了，可以直接用域名，而且这种方式也兼具了第一种“玩法”的优势。
第三种“玩法”包含了前两种，也就是基于域名实现的负载均衡。
这种“玩法”也有两种方式，两种方式可以混用。
第一种方式，因为域名解析可以返回多个IP地址，所以一个域名可以对应多台主机，客户端收到多个IP地址后，就可以自己使用轮询算法依次向服务器发起请求，实现负载均衡。
第二种方式，域名解析可以配置内部的策略，返回离客户端最近的主机，或者返回当前服务质量最好的主机，这样在DNS端把请求分发到不同的服务器，实现负载均衡。
前面我们说的都是可信的DNS，如果有一些不怀好意的DNS，那么它也可以在域名这方面“做手脚”，弄一些比较“恶意”的“玩法”，举两个例子：
- “域名屏蔽”，对域名直接不解析，返回错误，让你无法拿到IP地址，也就无法访问网站；
- “域名劫持”，也叫“域名污染”，你要访问A网站，但DNS给了你B网站。
好在互联网上还是好人多，而且DNS又是互联网的基础设施，这些“恶意DNS”并不多见，你上网的时候不需要太过担心。
小结
这次我们学习了与HTTP协议有重要关系的域名和DNS，在这里简单小结一下今天的内容：
- 域名使用字符串来代替IP地址，方便用户记忆，本质上一个名字空间系统；
- DNS就像是我们现实世界里的电话本、查号台，统管着互联网世界里的所有网站，是一个“超级大管家”；
- DNS是一个树状的分布式查询系统，但为了提高查询效率，外围有多级的缓存；
- 使用DNS可以实现基于域名的负载均衡，既可以在内网，也可以在外网。
课下作业
- 在浏览器地址栏里随便输入一个不存在的域名，比如就叫“www.不存在.com”，试着解释一下它的DNS解析过程。
- 如果因为某些原因，DNS失效或者出错了，会出现什么后果？
欢迎你把自己的答案写在留言区，与我和其他同学一起讨论。如果你觉得有所收获，也欢迎把文章分享给你的朋友。
精选留言
2019-08-31 16:40:36
总结如下：
浏览器缓存->操作系统dnscache ->hosts文件->非权威域名服务器->根域名服务器->顶级域名服务器->二级域名服务器->权威域名服务器。
其中非权威域名服务器还包括LDNS（企业内网DNS服务器），三大营运商DNS，谷歌公开的DNS，微软公开的DNS等。
另外DNS请求有两种方式：递归查询和迭代查询，这方面大家可以网上了解一下。LDNS往后面查询一般是递归查询，因为公司内网是有防火墙的，全部请求通过LDNS来递归查询然后把结果给内网用户。
以上为自己理解整理的，若有错误还请大家指正。
2019-06-10 20:56:55
2019-06-12 16:50:13
2019-06-13 13:25:00
第一个问题：
1、检查本地dns缓存是否存在解析"www.不存在.com"域名的ip
2、如果没有找到继续查找本地hosts文件内是否有对应的固定记录
3、如果hosts中还是没有那就根据本地网卡被分配的 dns server ip 来进行解析，dns server ip 一般是“非官方”的ip，比如谷歌的“8.8.8.8”，本身它也会对查找的域名解析结果进行缓存，如果它没有缓存或者缓存失效，则先去顶级域名服务器“com”去查找“不存在.com”的域名服务器ip，结果发现不存在，于是直接返回告诉浏览器域名解析错误，当然这两次查找过程是基于udp协议
第二个问题：如果dns失效或出错，那就访问不了了呗，我现在有个域名在国外某些国家每天都有不少访问失败的http请求，客户端直接报“Failed host lookup”的错误
2019-06-10 09:08:57
2019-06-28 11:48:09
对于DNS解析的过程：浏览器DNS缓存->操作系统缓存->Hosts文件->非权威域名服务器->根域名服务器->顶级域名服务器->权威域名服务器。一直对浏览器/本机如何知道根服务器地址存在疑惑。
在查阅《计算机网络自顶向下方法》后发现，我们在连接某个ISP时，ISP一般会给我们提供一个IP地址，同时该地址拥有一台或多台DNS服务器地址（通过DHCP）。所以我们在Hosts文件中找不到时，会去查询这个局域网DNS服务器，如果没有查到，它会帮我们去查询根NDS服务器、顶级域名服务器和权威域名服务器，然后返回给本机，同时进行缓存。
个人认为，如果我们自己配置了非权威DNS服务器，如8.8.8.8，它应该也会帮我们去查询根NDS服务器、顶级域名服务器和权威域名服务器。
这些远程查询都是基于UDP协议，通常使用53号端口。
不知道以上理解是否正确?
2020-03-24 11:47:20
首先，非常感谢老师和评论区的同学，我的认知又被刷新了，之前只模糊认识到有一个翻译的过程，把域名解析成对应的IP地址，然而光域名解析这一个动作就有一长串组合拳，目的除了便于人类的记忆和理解，剩下的核心就是提速。
提速的关键是，第一尽可能的少做事情，第二是尽可能的少做慢动作，怎么来实现呢？合适的数据结构和算法＋缓存（可能是多级缓存），这里都是有体现的，比如：域名服务器的树行结构，各种缓存机制。
OK，回答问题，这里仅是整理，我之前确实不知道有这么多门道。
第一：拿着域名去浏览器缓存中查找，这里有些疑问，浏览器中缓存在哪里？过期时间大概多久？过期机制是什么？
第二：去操作系统缓存中去查找，同样的疑问，缓存在哪里？过期时间多久？过期机制是什么？怎么确认一下？
第三：去hosts文件中查找，这个文件还好进程修改，那么每个操作系统这个文件都必须在默认的路径下吗？否则就需要全部文件遍历一下啦？
第四：去非权威DNS服务器中查找，到此这些都可以认为是一种缓存思想的运用，把域名和IP的映射关系信息放在更快的存储设备之上，把这份信息放在离用户更近的地方，来加速用户通过域名获取IP的速度。
第五：去根域名DNS服务器中查找，注意，此时仅拿着根域名去查找，下面的查找过程有一定的层次结构，这样不仅查找的信息少存储的信息也会少，速度也会更快一些
第六：去顶级域名DNS服务器中查找，此时拿的信息是“com”查找“不存在.com”，确实查不到，然后就抛出异常，逐级返回了，最后把找不到的提升信息给到用户——无法访问此网站，找不到www.不存在.com的服务器IP地址
第七：假设第六步找到了，则会继续去二级域名DNS服务器去查找，根据“不存在.com”找“ww.不存在.com”
第八：去权威DNS服务器中找到“ww.不存在.com”对应的IP地址
第九：然后返回，在返回的过程中会更新操作系统缓存，浏览器缓存，不知道非权威DNS服务器中的域名和IP映射信息是怎么进去的，是定时加载嘛？
2：如果因为某些原因，DNS 失效或者出错了，会出现什么后果？
会出现“无法访问此网站，找不到www.XXX.com的服务器IP地址”
2020-07-10 21:47:12
浏览器缓存 -> OS 缓存 -> hosts 文件 -> 本地域名服务器 -> 根域名服务器 -> 顶级域名服务器 -> 权威域名服务器
客户端向本地域名服务器获取，是递归查询
本地域名服务器向根域名服务器获取，可以是递归也可是迭代
递归就是你交给别人，让别人查到，在返回给你
迭代就是你找别人要，他叫你去别的地方找
2020-05-10 16:33:53
windows查看系统缓存：
ipconfig /displaydns 显示已有缓存
ipconfig /displaydns > C:\Users\SDWQ\Desktop\1.txt 导出到再查看。
ipconfig /flushdns 强制更新缓存
2019-06-10 09:26:44
1.终极dns的解析是有谁实现的或者谁规定的：
比如乔布斯有个苹果域名：www.apple.com，苹果电脑的官网；张三也想为水果苹果申请个域名(www.apple.com)来展示他的苹果;结果我们几乎可以猜测到，他是申请失败的，原因已经有一个苹果存在了，谁来评判这个苹果域名已经被占用了呢？判断逻辑是如何来的，如果两个申请发生在同时呢？
2. ip地址的分配和身份证号一样吗？有地址在里面吗？
比如1-45属于美国的网段，或者属于哪个超大公司的网段。如果有，那是不是就以为着预分配，也就意味着部分ip段的浪费，如果没有，那ip地址从一个地方查找另外一个地方怎么找呢？莫非每个初始的线路都需要访问到根DNS
2019-08-05 21:30:54
2019-06-14 08:33:58
2019-06-10 01:03:51
2、无法访问相应的资源
2019-09-27 18:13:39
2019-08-07 12:45:23
权威域名服务器是因为公司大，用到的IP比较多，才给分的吗。那为什么谷歌不是权威域名服务器呢？不理解
2019-06-10 15:33:38
域名解析返回两个IP地址，其中一个IP无法正常访问。
Safari可以自动切换到正常的IP地址继续访问
Chrome会尝试TCP连接不正常的IP，大约1分多钟之后会连接另一个IP
最终导致Chrome页面访问速度缓慢。想问下这种问题是属于浏览器问题，还是DNS的问题呢？
2020-08-20 09:20:33
我的问题是ip地址是运营商分配的吗？如果是转换来的，那有转换规则吗？比如是否有类似域名解析那样，将固定字符串转为对应数字的规则？
2020-05-16 07:09:29
2019-07-03 23:01:45
2019-06-11 02:30:53
1、操作系统首先会在其缓存和 HOST 文件中去找域名对应的 IP 地址，如果本地中没有记录，则会去 DNS 服务器中查找，按照 DNS 服务器的树状结构，层级进行访问查找，对于 “www.” 这样的请求，在第一层，也就是根域名服务器中是找不到下一层的域名服务器的，于是就返回错误给客户端，不继续往下找
2、看 DNS 服务器的返回错误内容吧，如果是返回错误请求或者内部错误告知的话，客户端这边可以相应地做一些响应异常处理；还有一种情况是 DNS 返回一个不存在的 IP 地址，或者是映射到错误的 IP 地址，个人认为前者的影响会小一些，顶多是请求页面 404 报错，后者的话则会误导用户，比如你输入了 “www.apple.com”，弹出的是 Google 搜索栏
这里想请教老师几个问题，可能有点超出 HTTP 的范畴，但是还是比较好奇
1、如果说我们应用域名的一些技术，比如文中说的重定向，负载均衡等等，这些技术都涉及到了域名和 IP 映射关系的改变，那么这些改变只是在其对应的 DNS 代理服务器上改变吗，还是说代理服务器立刻会将该改变内容发送到 DNS 核心服务器去？
2、另外就是操作系统的缓存和 HOST 文件是不是需要定期的人工检查，排除域名和 IP 对应的改变？