IP 協議的責任是網絡互聯，它在 MAC 層之上運行，使用 IP 地址將 MAC 地址轉換為四位數，抽象出物理網卡的 MAC 地址，從而開發出許多“新玩法”。

例如，它被分為五種類型：A、B、C、D 和 E；公共和私有地址；子網掩碼分段。只要每個小網絡都同意 IP 地址的概念，無論它們在 MAC 層有多么不同，它們都可以訪問 TCP/IP 協議棧，并最終匯聚到整個互聯網中。

然而，隨著越來越多的計算機連接到互聯網，IP 地址的缺點暴露出來。主要問題是它“不夠用戶友好”。盡管它比 MAC 地址的十六進制數稍好，但仍然難以記住和輸入。

如何解決這個問題？

解決方案在于“以火攻火”，在 IP 地址之上添加另一層抽象，將數值 IP 地址轉換為更有意義且易于記住的名稱。這引入了一種字符串級別的新玩法。于是，DNS（域名系統）應運而生。

域名的形式

域名是一個分層結構，由多個用‘.’分隔的單詞組成。最右邊的單詞是頂級域名，其次是二級域名，層級從右向左遞減。

最左邊的部分是主機名，通常用于指示主機的用途。例如，“www”表示 Web 服務，“mail”表示郵件服務。不過，這并不是絕對的，關鍵是讓我們容易記住。

域名不僅是 IP 地址的替代品，還有許多其他用途。

在像 Apache 和 Nginx 這樣的 Web 服務器中，域名可以用來識別虛擬主機，并確定哪個虛擬主機提供外部服務。例如，在 Nginx 中可以使用 server_name 指令：

server {
    listen 80;                       
    server_name  time.geekbang.org;  
    ...
}

域名本質上是一個命名空間系統，使用多級域名來劃分不同的國家、地區、組織、公司和部門。每個域名都是唯一的，可以作為身份標識。

例如，假設公司 A 有一個名叫 Garb 的人，公司 B 也有一個名叫 Joe 的人。他們可以分別稱為 “Garb.Company A” 和 “Joe.Company B”。即使公司 B 也有一個名叫 Garb 的人，他們也可以被標記為 “Garb.Company B”，從而有效解決重復命名的問題。

由于這個特性，域名已擴展到其他應用領域。例如，Java 的包機制使用域名作為命名空間，但順序相反。如果極客時間要開發一個 Java 應用程序，其包名可能是 org.geekbang.time。

在 XML 中，URI 被用作命名空間，這間接涉及域名的使用。

域名解析

就像訪問主機需要將 IP 地址轉換為 MAC 地址一樣，域名也需要轉換為 IP 地址。這個過程稱為域名解析。

目前，全球有數十億個網站，數十億的互聯網用戶，每天在網絡上發生的 HTTP 流量是天文數字。大多數請求在訪問網站時是基于域名的，這使得 DNS 成為互聯網的一個重要基礎設施，必須確保穩定、可靠、快速和高效的域名解析。

DNS 的核心系統是一個三層樹狀分布式服務，對應域名的結構：

1. 根域名服務器：管理頂級域名服務器并返回諸如 com、net、cn 等服務器的 IP 地址；
2. 頂級域名服務器：管理其各自域下的權威域名服務器；例如，com 頂級域名服務器可以返回 apple.com 服務器的 IP 地址；
3. 權威域名服務器：管理其域下主機的 IP 地址；例如，apple.com 的權威域名服務器可以返回 www.apple.com 的 IP 地址。

圖片

其中，根域名服務器至關重要。它必須是眾所周知的，否則對下層服務器的討論是不可能的。目前，全球共有 13 組根域名服務器，擁有數百個鏡像以確保可訪問性。

有了這個系統，任何域名都可以在這個樹結構中從上到下查詢。就像從右到左順序遍歷域名，最終獲得相應的 IP 地址。

例如，如果你想訪問 www.apple.com，你需要進行三次查詢：

1. 訪問根域名服務器，它會提供 com 頂級域名服務器的地址。
2. 訪問 com 頂級域名服務器，然后它會提供 apple.com 域名服務器的地址。
3. 最后，訪問 apple.com 的域名服務器以獲得 www.apple.com 的地址。

盡管核心 DNS 系統是全球分布的，具有強大而穩定的服務能力，但如果全世界的互聯網用戶都涌入這個系統，即使不會因擁堵導致癱瘓，訪問速度也會變慢。

因此，除了核心 DNS 系統之外，還有兩種方法可以緩解域名解析的壓力并更快地獲得結果——主要通過緩存。

首先，許多大公司和網絡運營商建立了自己的 DNS 服務器，作為用戶 DNS 查詢的代理，而不是直接通過核心 DNS 系統訪問。這些“野生”服務器稱為 “非權威名稱服務器” ，可以緩存以前的查詢結果，這樣如果記錄已經存在，就不需要再次發送查詢，而是可以直接返回相應的 IP 地址。

這些 DNS 服務器的數量遠遠超過核心系統中的服務器，而且大多數地理上靠近用戶。一些知名的 DNS 服務器包括 Google 的 8.8.8.8、Microsoft 的 4.2.2.1、CloudFlare 的 1.1.1.1。

其次，操作系統也會緩存 DNS 解析結果，這樣當你再次在瀏覽器中輸入 www.apple.com 時，不會回到更高層次查詢，而是直接從操作系統本地獲取其 IP 地址。

此外，操作系統中有一個特殊的主機映射文件，通常是一個可編輯的文本文件。在 Linux 中，它位于“/etc/hosts”，在 Windows 中，它位于 C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\hosts。如果操作系統無法在緩存中找到 DNS 記錄，它會查找此文件。

有了上述野生 DNS 服務器、操作系統緩存和 hosts 文件，許多域名解析工作可以輕松地在本地或本地計算機上解決。這不僅方便了用戶，還減輕了各級 DNS 服務器的壓力，大大提高了效率。

下圖提供了當前 DNS 架構的一個相當全面的表示。

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在 Nginx 中，有一個名為“resolver”的配置指令，用于配置 DNS 服務器。如果沒有它，Nginx 將無法查詢域名對應的 IP，因此無法反向代理到外部網站。

resolver 8.8.8.8 valid=30s;  # 指定 Google's DNS，緩存 30 秒。

域名的新玩法

有了域名和穩定的解析系統，我們現在可以實現比僅使用 IP 地址更多的新玩法。

重定向

第一個也是最簡單的方法是重定向。因為域名取代了 IP 地址，外部服務可以保持相同的域名，而主機的 IP 地址可以自由更改。當需要下線或遷移主機時，可以更改 DNS 記錄以將域名指向另一臺機器。

例如，如果你有一個服務器為 buy.tv，需要臨時維護關機，可以通知 DNS 服務器：“我的 buy.tv 域名地址已更改。以前是 1.2.3.4，現在是 5.6.7.8，請更新。”然后，DNS 將修改其內部的 IP 映射關系，使得任何對 buy.tv 的請求不再發送到主機 1.2.3.4，而是由 5.6.7.8 處理，確保業務服務不間斷。

內部 DNS

第二種方法涉及利用 bind9 或其他開源軟件設置內部 DNS 作為名稱服務器，因為域名是命名空間。這樣，我們可以對所有內部開發的服務使用域名；例如，數據庫服務可以使用 mysql.inner.app，產品服務可以表示為 goods.inner.app。當啟動網絡通信時，不再需要硬編碼 IP 地址，而是可以直接使用域名，這也結合了第一種方法的優點。

負載均衡

第三種方法結合了前兩種方法——基于域名實現負載均衡。

這有兩種方法可以實現，可以結合使用：

• 第一種方法是因為域名解析可以返回多個 IP 地址，所以一個域名可以對應多臺主機。客戶端接收到多個 IP 地址后，可以使用輪詢算法將請求順序發送到服務器，從而實現負載均衡。
• 第二種方法是配置域名解析的內部策略，返回離客戶端最近的主機或當前服務質量最好的主機。這樣，DNS 端將請求分配到不同的服務器，實現負載均衡。

上述所有內容都是關于可信賴的 DNS。如果存在一些惡意 DNS 服務器，它們還可以篡改域名，進行更多的惡意活動。這里有兩個例子：

• 域名屏蔽，域名不解析，直接返回錯誤，阻止你獲取 IP 地址，從而無法訪問網站；
• 域名劫持，又稱域名污染，當你想訪問網站 A 時，DNS 返回給你的是網站 B。

幸運的是，互聯網有許多好人，DNS 是互聯網的基礎設施。惡意 DNS 并不常見，所以你在瀏覽互聯網時不需要過于擔心。

這些是域名中的一些技巧和知識，了解這些有助于更好地使用和管理域名，提高互聯網的使用體驗。