探讨 DNS 解析

DNS 服务器

在现实世界中，当您进行阅览新闻、在线下单、下载文件或观看直播时，您需要通过访问域名来访问目标网站，例如 youtube.com、google.com 等。您只需记住这些网站的名称，而非它们的 IP 地址，因为与网站名称相比，IP 地址是很难记住的。因此，您需要一个作为 DNS 服务器的网站/域名地址本。

DNS 在日常生活中非常重要。每个在线的人都需要访问它，但同时，这对它来说也是一个非常大的挑战。如果 DNS 服务器出现故障，整个 Internet 网络都将关闭。

另外，上网的人分布在世界各地，如果每个人都去同一个地方访问某个服务器，延迟会非常大。因此，DNS 服务器必须设置为高可用、高并发和分布式的。

因此，它应具有如下树状层次结构：

• 根 DNS 服务器：返回顶级域 DNS 服务器的 IP 地址。
• 顶级域 DNS 服务器：返回权威 DNS 服务器的 IP 地址。
• 权威 DNS 服务器：返回对应主机的 IP 地址。

DNS 解析过程

为了提高 DNS 解析性能，许多网络会根据位置部署 DNS 缓存服务器。DNS 解析过程如下：（这里以访问 google.com 为例）

• 客户端会发出 DNS 请求，询问 google.com 的 IP 是什么，它会先在浏览器缓存中查找 google.com 的 IP 地址。

• 然后请求将被发送到本地 DNS 服务器。本地 DNS 服务器由您的网络服务供应商 (ISP, Internet Service Provider) 自动分配，这通常是您的 ISP 提供的路由器。

• 本地 DNS 服务器收到来自客户端的 DNS 请求，它会在其缓存中查找 google.com 的 IP 地址。如果它可以找到对应的条目，它将直接将 IP 地址返回给客户端。否则，本地 DNS 服务器会询问它的根域名服务器：“你能告诉我 google.com 的 IP 地址吗”？根域名服务器作为最高级别的 DNS 服务器，全球共 13 台。它不会直接解析域名，而起到一个“指路”的作用。

• 根 DNS 服务器收到本地 DNS 的请求，发现要查找域名的后缀是 .com，然后告诉本地 DNS 服务器：“好的，你要找的既然是 .com 后缀的域名，它是由 .com 管理的。这里是 .com 区域的顶级域 DNS 服务器的 IP 地址，去找它问吧”。

• 本地 DNS 服务器转向 .com 区域的顶级域名服务器，并请求 google.com 的 IP 地址。顶级 .com 区域 DNS 服务器再次为该请求指明了方向。它提供了负责 google.com 的权威 DNS 服务器的 IP 地址。

• 本地 DNS 服务器然后转向了权威 DNS 服务器并询问 google.com 的 IP 地址。这次，google.com 的权威 DNS 服务器是域名解析结果的原始来源。它会将 google.com 的 IP 地址直接返回到本地 DNS 服务器。

• 然后本地 DNS 服务器将 IP 返回给客户端并将其缓存。至此，DNS 解析完成。

总结一下，我画了下面这张图：

DNS 负载均衡

内部负载均衡

DNS 服务器首先进行内部负载均衡。比如，应用要访问数据库，应该在应用中配置数据库的 IP 地址，还是应该配置数据库的域名呢？

很明显，应该配置域名，因为一旦数据库因为某种原因换到另一台机器上，如果多个应用都配置了这个数据库，一旦 IP 地址改变了，所有这些应用都需要重新修改。

但是，如果配置了域名，只要在 DNS 服务器中将域名映射到一个新的 IP 地址就完成了这项工作，如此大大简化了运维工作。

在此基础上，我们可以走得更远。例如，如何在访问它的多个应用程序之间进行负载均衡？只需将其配置为域名即可。在域名解析中，我们只需要配置策略，这次返回第一个 IP，下次返回第二个 IP，就可以实现负载均衡了。

全局负载均衡

为了保证我们的应用程序的高可用性，它们经常被部署在多个计算机数据中心，而每个地方都会有自己的 IP 地址。

当用户访问一个域名时，这个 IP 地址可以轮询多个数据中心。如果某个数据中心由于某种原因宕机了，只要在 DNS 服务器中删除该数据中心对应的 IP 地址即可。这样就可以实现一定程度的高可用。

另外，我们肯定希望纽约的用户访问纽约的数据中心，西雅图的用户访问西雅图的数据中心，这样客户体验会非常好，访问速度会超级快。这就是全局负载均衡的概念。

我们来看看它是如何工作的，假设全国有多个地区，每个地区都有三个可用区域。

• 当客户端要访问 app.metaleap.com 时，需要将域名转换为 IP 地址才能访问，所以需要请求本地 DNS 解析器。

• 本地 DNS 解析器首先检查本地缓存是否有此记录。如果有，直接使用。

• 如果没有本地缓存，则需要请求本地 DNS 服务器。

• 本地 DNS 服务器也需要检查本地是否有缓存，如果有则返回。

• 如果没有本地 DNS，需要从根 DNS 服务器递归查找 .com 的顶级域名服务器，直到找到 metaleap.com 的权威 DNS 服务器，交给本地 DNS 服务器。权威 DNS 服务器通常会返回真实 IP 地址。

对于不需要全局负载均衡的简单应用，metaleap.com 的权威 DNS 服务器可以直接将域名 app.metaleap.com 解析为一个或多个 IP 地址，然后客户端可以使用多个 IP 地址进行轮询来实现简单的负载均衡。

但是对于复杂的应用，尤其是跨区域、跨数据中心的大型应用，需要更复杂的全局负载均衡机制，这需要专门的设备或服务器来做这件事——全局负载均衡器（GSLB，Global Load Balancer）。

在 metaleap.com 的 DNS 服务器中，一般通过配置 CNAME，给 app.metaleap.com 起一个别名，如 app.vip.metaleap.com，然后告诉本地 DNS 服务器去请求 GSLB 来解析域名，GSLB 在解析这个域名的过程中，可以通过自己的策略来实现负载均衡。

图中绘制了两层 GSLB，分别为数据中心和区域。我们希望不同数据中心的客户可以访问同一数据中心的资源，以提高吞吐量并减少延迟。

结论

DNS 是网络世界的通讯录，可以通过域名搜索地址，因为域名服务器是按树状结构组织的，所以域名搜索采用递归的方式，通过缓存来提升性能。

在域名和 IP 的映射过程中，应用程序有机会进行基于域名的负载均衡，可以是简单的负载均衡，也可以是基于地址、数据中心和区域的全局负载均衡。