為什么域名和IP地址要共存

域名與IP地址的共存，主要出于兩個(gè)方面的考慮：一是提升用戶體驗(yàn)，二是提高運(yùn)行效率。具體來(lái)說， IP地址是一串32位的數(shù)字，使用十進(jìn)制表示時(shí)，長(zhǎng)度可能達(dá)到192.168.1.0這樣的長(zhǎng)度。想象一下，如果每次訪問網(wǎng)站都需要輸入這樣一長(zhǎng)串?dāng)?shù)字，用戶體驗(yàn)會(huì)相當(dāng)糟糕。不僅記憶這些數(shù)字對(duì)許多人來(lái)說是個(gè)難題，而且我們常用的網(wǎng)站肯定不止一個(gè)，每次都要輸入這么長(zhǎng)的地址，顯然非常不便捷。

與此同時(shí)，如果我們?cè)谕茝V網(wǎng)站時(shí)使用這樣的長(zhǎng)串?dāng)?shù)字地址，顯然也不利于傳播。因此，域名應(yīng)運(yùn)而生，它的存在使得人們可以更容易地記憶和推廣網(wǎng)站地址。

然而，僅僅依靠域名還不夠高效。 IP地址在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中扮演著至關(guān)重要的角色。 IPv4中的IP地址僅需4個(gè)字節(jié)，而域名則可能需要幾十到幾百個(gè)字節(jié)來(lái)表示。這種差異使得底層路由器在處理域名時(shí)負(fù)擔(dān)加重。因此，盡管域名方便了人類使用，但I(xiàn)P地址在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的底層運(yùn)行中仍然發(fā)揮著不可或缺的作用。

域名是如何被解析為IP地址的呢？

這就要涉及到 DNS（域名系統(tǒng)）的解析過程。當(dāng)我們?cè)跒g覽器中輸入一個(gè)域名時(shí)，瀏覽器會(huì)向DNS服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，查詢?cè)撚蛎麑?duì)應(yīng)的IP地址。DNS服務(wù)器會(huì)根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的域名與IP地址的映射關(guān)系，返回相應(yīng)的IP地址信息。這樣，我們就能夠通過域名來(lái)訪問網(wǎng)站，而底層路由器則繼續(xù)使用IP地址進(jìn)行高效的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

答案是，這種映射關(guān)系是提前配置好的。當(dāng)然，這并非唯一的可能性， DNS有時(shí)也會(huì)通過動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）進(jìn)行分配。例如，在MacOS系統(tǒng)中，DNS的配置就如同以下示例所示。

當(dāng)然，除了圖形界面配置，你還可以選擇通過命令行來(lái)查看和修改DNS設(shè)置。在MacOS系統(tǒng)中，相關(guān)的配置文件位于“/etc/resolv.conf”路徑下。一旦你擁有了DNS服務(wù)器，接下來(lái)的配置步驟可能會(huì)顯得相對(duì)簡(jiǎn)單。

我給你一個(gè)域名，你能迅速返回其對(duì)應(yīng)的IP地址嗎？當(dāng)然，互聯(lián)網(wǎng)上有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的DNS服務(wù)器，我們不可能逐一查詢。

DNS查詢優(yōu)化

那么，瀏覽器在輸入域名到頁(yè)面展示的過程中，究竟是如何高效完成這一任務(wù)的呢？這背后其實(shí)涉及到了 DNS的分層優(yōu)化。

要理解這一優(yōu)化機(jī)制，我們首先得探究域名的構(gòu)成。域名并非簡(jiǎn)單的字符串堆砌，而是由多個(gè)域組成，每個(gè)域之間以點(diǎn)號(hào)分隔。例如，www.google.com這個(gè)域名，從直觀上看，我們可能會(huì)認(rèn)為www是主域，google是次級(jí)域，而實(shí)際上，根域（即最左邊的點(diǎn)號(hào)）才是域名的起點(diǎn)。

為了更清晰地展示這種層次結(jié)構(gòu)，我們可以將其分為幾個(gè)層級(jí)：根域、一級(jí)級(jí)域、二級(jí)域名（或子域名）、以及主機(jī)名。通過這種分層設(shè)計(jì)， DNS能夠高效地定位和解析域名，從而實(shí)現(xiàn)快速的網(wǎng)絡(luò)連接。

NS服務(wù)器采用分布式存儲(chǔ)方式，將域名的數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在多臺(tái)DNS服務(wù)器上。然而，同一域的數(shù)據(jù)總是被集中存儲(chǔ)在同一臺(tái)DNS服務(wù)器上，且同一臺(tái)服務(wù)器能同時(shí)存儲(chǔ)多個(gè)域的數(shù)據(jù)。這種設(shè)計(jì)方式，用圖表來(lái)展示，就是這樣的：

關(guān)于如何獲取根服務(wù)器的信息，我們的設(shè)備或上網(wǎng)設(shè)備都會(huì)內(nèi)置根服務(wù)器列表。總共有13臺(tái)根DNS服務(wù)器，其地址可以直接獲取而無(wú)需查詢。當(dāng)然，這13臺(tái)服務(wù)器難以應(yīng)對(duì)全球互聯(lián)網(wǎng)用戶的請(qǐng)求，因此實(shí)際上存在許多鏡像服務(wù)器來(lái)分擔(dān)負(fù)載。

接下來(lái)，我們將通過實(shí)際操作來(lái)驗(yàn)證這些概念。

在DNS查詢中，QUESTION SECTION下的完整域名www.google.com包含了根域。而緊隨其后的IN和A，分別代表網(wǎng)絡(luò)類型和網(wǎng)絡(luò)地址類型。 網(wǎng)絡(luò)類型IN表明當(dāng)前查詢針對(duì)的是互聯(lián)網(wǎng)，這是默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)類型。而類型A則明確指出我們正在查詢的是IP地址。

在ANSWER SECTION中，DNS服務(wù)器的響應(yīng)結(jié)果得以展示。通常，響應(yīng)結(jié)果會(huì)包含多條DNS記錄，每條記錄都對(duì)應(yīng)一個(gè)IP地址。此外，69的TTL值以秒為單位，表示在接下來(lái)的69秒內(nèi)無(wú)需再次發(fā)送請(qǐng)求。

最下方的統(tǒng)計(jì)信息提供了本次DNS查詢的耗時(shí)，以及請(qǐng)求的DNS服務(wù)器的地址和端口。值得注意的是，由于某些命令行工具可能省略了對(duì)根服務(wù)器的請(qǐng)求顯示，我們可以通過添加+trace參數(shù)來(lái)查看詳細(xì)的分級(jí)查詢過程。以www.36kr.com為例，我們可以進(jìn)一步探索DNS查詢的詳細(xì)步驟。

在DNS查詢過程中，首先會(huì)向根域名服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求，隨后它會(huì)指引我們找到負(fù)責(zé)com域的DNS服務(wù)器。接著，我們會(huì)進(jìn)一步向負(fù)責(zé)36kr.com域的DNS服務(wù)器請(qǐng)求。最終，通過這一系列的查詢，我們成功地獲取到了www.36kr.com的IP地址。

然而，如果每次查詢都從根服務(wù)器開始，顯然是不高效的。由于域名和IP地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系通常變動(dòng)不大，因此DNS服務(wù)器會(huì)采用 緩存機(jī)制來(lái)存儲(chǔ)查詢結(jié)果，以避免不必要的重復(fù)查詢。

雖然我在描述時(shí)僅提及一個(gè)DNS服務(wù)器中存儲(chǔ)同級(jí)別域信息的情況，但實(shí)際上，同一臺(tái)DNS服務(wù)器可能也保存著不同層級(jí)的域信息。例如，com域和google.com域的信息可能就存儲(chǔ)在同一臺(tái)機(jī)器上。然而，值得注意的是， 這些緩存數(shù)據(jù)并非永久有效。倘若在緩存有效期內(nèi)DNS數(shù)據(jù)發(fā)生了變更，那么緩存中的數(shù)據(jù)將不再準(zhǔn)確。此時(shí)，為了確保數(shù)據(jù)的最新性，我們需要手動(dòng)清除舊的DNS緩存。