搞懂 DNS 做了什么，再试试 GitHub520 项目的加速效果

本文作者：明哥

在找工作面试的过程中，面试官非常喜欢考察基础知识，除了数据结构与算法之外，网络知识也是一个非常重要的考察对象。

而网络知识，通常是很抽象，不容易理解的，有很多同学就在这里裁了跟头。

希望阅读完本文后，能够掌握 DNS 相关知识。然后也就明白这个项目是如何加快的 GitHub 的访问速度了：https://github.com/521xueweihan/GitHub520

1. DNS 是什么？

DNS是 Domain Name System 的缩写，也就是 域名解析系统，它的作用非常简单，就是根据域名查出对应的 IP地址。

你可以把它想象成一本巨大的电话本，比如当你要访问域名www.163.com，首先要通过DNS查出它的IP地址是112.48.162.8。

2. 域名的层级

由于后面我会讲到 DNS 的解析过程，因此需要你对域名的层级有一些了解

• 根域名 ：.root 或者 . ，通常是省略的

• 顶级域名，如 .com，.cn 等

• 次级域名，如 baidu.com 里的 baidu，这个是用户可以进行注册购买的

• 主机域名，比如 baike.baidu.com 里的baike，这个是用户可分配的

主机名.次级域名.顶级域名.根域名
baike.baidu.com.root

3. DNS 解析过程

咱们以访问 www.163.com 这个域名为例，来看一看当你访问 www.163.com 时，会发生哪些事：

1. 先查找本地 DNS 缓存（自己的电脑上），有则返回，没有则进入下一步

2. 查看本地 hosts 文件有没有相应的映射记录，有则返回，没有则进入下一步

3. 向本地 DNS 服务器（一般都是你的网络接入服务器商提供，比如中国电信，中国移动）发送请求进行查询，本地DNS服务器收到请求后，会先查下自己的缓存记录，如果查到了直接返回就结束了，如果没有查到，本地DNS服务器就会向DNS的根域名服务器发起查询请求：请问老大， www.163.com 的ip是啥？

4. 根域名服务器收到请求后，看到这是个 .com 的域名，就回信说：这个域名是由 .com 老弟管理的，你去问他好了，这是.com老弟的联系方式（ip1）。

5. 本地 DNS 服务器接收到回信后，照着老大哥给的联系方式（ip1），马上给 .com 这个顶级域名服务器发起请求：请问 .com 大大，www.163.com 的ip 是啥？

6. .com 顶级域名服务器接收到请求后，看到这是 163.com 的域名，就回信说：这个域名是 .163.com 老弟管理的，你就去问他就行了，这是他的联系方式（ip2）

7. 本地 DNS 服务器接收到回信后，按照前辈的指引（ip2），又向 .163.com 这个权威域名服务器发起请求：请问 163.com 大大，请问 www.163.com 的ip是啥？

8. 163.com 权威域名服务器接收到请求后，确认了是自己管理的域名，马上查了下自己的小本本，把 www.163.com 的ip告诉了 本地DNS服务器。

9. 本地DNS服务器接收到回信后，非常地开心，这下总算拿到了www.163.com的ip了，马上把这个消息告诉了要求查询的客户（就是你的电脑）。由于这个过程比较漫长，本地DNS服务器为了节省时间，也为了尽量不去打扰各位老大哥，就把这个查询结果偷偷地记在了自己的小本本上，方便下次有人来查询时，可以快速回应。

总结起来就是三句话

1. 从"根域名服务器"查到"顶级域名服务器"的NS记录和A记录（IP地址）

2. 从"顶级域名服务器"查到"次级域名服务器"的NS记录和A记录（IP地址）

3. 从"次级域名服务器"查出"主机名"的IP地址

4. DNS的缓存时间

上面的几个步骤里，可以看到有两个地方会缓存 DNS 的查询记录，有了缓存，在一定程度上会提高查询效率，但同时在准确率上会有所损失。

因此我们在配置 DNS 解析的时候，会有一个 TTL 参数（Time To Live），意思就是这个缓存可以存活多长时间，过了这个时间，本地 DNS 就会删除这条记录，删除了缓存后，你再访问，就要重新走一遍上面的流程，获取最新的地址。

5. DNS 的记录类型

当我们在阿里云买了一个域名后，可以配置我们主机域名解析规则，也就是 记录。

常见的 DNS 记录类型如下

• A：地址记录（Address），返回域名指向的IP地址。

• NS：域名服务器记录（Name Server），返回保存下一级域名信息的服务器地址。该记录只能设置为域名，不能设置为IP地址。

• MX：邮件记录（Mail eXchange），返回接收电子邮件的服务器地址。

• CNAME：规范名称记录（Canonical Name），返回另一个域名，即当前查询的域名是另一个域名的跳转，详见下文。

• PTR：逆向查询记录（Pointer Record），只用于从IP地址查询域名，详见下文。

6. DNS 报文结构

后面我将使用 wireshark 抓取 DNS 的数据包，但是在开始之前 ，得先了解一下 DNS 的报文结构

• 事务 ID：DNS 报文的 ID 标识。对于请求报文和其对应的应答报文，该字段的值是相同的。通过它可以区分 DNS 应答报文是对哪个请求进行响应的。

• 标志：DNS 报文中的标志字段。

• 问题计数：DNS 查询请求的数目。

• 回答资源记录数：DNS 响应的数目。

• 权威名称服务器计数：权威名称服务器的数目。

• 附加资源记录数：额外的记录数目（权威名称服务器对应 IP 地址的数目）。

7. Wireshark抓包实战

打开 Wireshark 后，使用 ping 163.com 来发起 DNS 解析请求，使用 DNS 关键字在Wireshark 过滤。

从抓取的报文整体来看，我们可以粗略获取几个信息

1. DNS 是应用层协议，传输层协议使用的是 UDP

2. DNS 默认端口是 53

请求和应答的报文的截图我放在了下面，接下来我将逐个分析。

请求

应答

Transaction ID

请求和应答的事务ID应当是一个：0xd0d7

Flags

标志字段里的内容比较多，每个字段的含义如下

• QR（Response）：查询请求/响应的标志信息。查询请求时，值为 0；响应时，值为 1。

• Opcode：操作码。其中，0 表示标准查询；1 表示反向查询；2 表示服务器状态请求。

• AA（Authoritative）：授权应答，该字段在响应报文中有效。值为 1 时，表示名称服务器是权威服务器；值为 0 时，表示不是权威服务器。

• TC（Truncated）：表示是否被截断。值为 1 时，表示响应已超过 512 字节并已被截断，只返回前 512 个字节。

• RD（Recursion Desired）：期望递归。该字段能在一个查询中设置，并在响应中返回。该标志告诉名称服务器必须处理这个查询，这种方式被称为一个递归查询。如果该位为 0，且被请求的名称服务器没有一个授权回答，它将返回一个能解答该查询的其他名称服务器列表。这种方式被称为迭代查询。

• RA（Recursion Available）：可用递归。该字段只出现在响应报文中。当值为 1 时，表示服务器支持递归查询。

• Z：保留字段，在所有的请求和应答报文中，它的值必须为 0。

• rcode（Reply code）：返回码字段，表示响应的差错状态。当值为 0 时，表示没有错误；当值为 1 时，表示报文格式错误（Format error），服务器不能理解请求的报文；当值为 2 时，表示域名服务器失败（Server failure），因为服务器的原因导致没办法处理这个请求；当值为 3 时，表示名字错误（Name Error），只有对授权域名解析服务器有意义，指出解析的域名不存在；当值为 4 时，表示查询类型不支持（Not Implemented），即域名服务器不支持查询类型；当值为 5 时，表示拒绝（Refused），一般是服务器由于设置的策略拒绝给出应答，如服务器不希望对某些请求者给出应答。

Answer RRs

回答资源记录数，在应答包里为 2，说明返回了两条查询结果，你可以在 Answer 字段里看到。

Authority RRs

权威名称服务器计数

Additionnal RRs

附加资源记录数

Answers

应答的主要内容，这里返回两条结果，每条结果里的字段有

Name:          查询的域名
Type:          A表示IPv4，AAAA 表示IPv6
Class:         表示Internet，几乎总是它
Time to live:  生存时间
Data length:   数据长度
Address:       查询到的 IP 地址

8. DNS 劫持 与 HTTP 劫持

通过上面的讲解，我们都知道了，DNS 完成了一次域名到 IP 的映射查询，当你在访问 github.com 时，能正确返回给你 GitHub 首页的 ip。

但如果此时 DNS 解析出现了一些问题，当你想要访问 github.com 时，却返回给你 www.google.com 的 ip，这就是我们常说的 DNS 劫持。

与之容易混淆的有 HTTP 劫持。

那什么是 HTTP 劫持呢？

你一定见过当你在访问 某个网站时，右下角也突然弹出了一个扎眼的广告弹窗。这就是 HTTP 劫持。

借助别人文章里的例子，它们俩的区别就好比是

• DNS 劫持是你想去机场的时候，把你给丢到火车站。

• HTTP 劫持是你去机场途中，有人给你塞小广告。

那么 DNS 劫持 是如何产生的呢？

下面大概说几种 DNS 劫持方法：

1.本机 DNS 劫持

攻击者通过某些手段使用户的计算机感染上木马病毒，或者恶意软件之后，恶意修改本地 DNS 配置，比如修改本地 hosts 文件，缓存等

2. 路由 DNS 劫持

很多用户默认路由器的默认密码，攻击者可以侵入到路由管理员账号中，修改路由器的默认配置

3.攻击 DNS 服务器

直接攻击 DNS 服务器，例如对 DNS 服务器进行 DDOS 攻击，可以是 DNS 服务器宕机，出现异常请求，还可以利用某些手段感染 DNS 服务器的缓存，使给用户返回来的是恶意的 IP 地址

9. 工具的使用

dig 命令

dig 是一个在类 Unix 命令行模式下查询 DNS 包括 NS 记录、A 记录、MX记 录等相关信息的工具。

通过 dig （参数：+trace）命令，我们可以看到上面描述的 DNS 解析的详细过程

从返回的结果，我们可以看得出几点信息

1. 我们的本地 DNS 服务器 IP 为 192.168.1.1，端口为 53，你可以在 /etc/resolv.conf 里看到这个配置

2. 根域名服务器目前全球一共只有十三台，从 a.root-servers.net. 到m.root-servers.net. ,它们对应的ip地址，已经内置在本地 DNS 服务器中。

如果你只想看到结果，可以使用 +short 参数，可以直接返回 www.163.com 对应着哪几个ip

你也可以加个 @ 参数 ，指定从某个 DNS 服务器进行查询

如果你只想查看指定的记录类型

host 命令

host 命令 可以看作dig命令的简化版本，返回当前请求域名的各种记录。

whois命令

whois命令用来查看域名的注册情况。

nslookup命令

nslookup 也是常用的一个查询 DNS 解析结果的工具

$ nslookup [查询的域名] [指定DNS服务器]

你也可以指定公网的域名服务器进行查询，比如常见的 114.114.114.114

10. 手动清理本地缓存

MacOS

$ sudo dscacheutil -flushcache
$ sudo killall -HUP mDNSResponder

Windows

$ ipconfig /flushdns

Linux

# 使用NSCD的DNS缓存
$ sudo /etc/init.d/nscd restart
 
# 服务器或者路由器使用DNSMASQ
$ sudo dnsmasq restart

阅读到这里对 DNS 的相关知识有一定的理解了，那来看看这个项目吧！

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