DNS 是互联网核心协议之一。不管是上网浏览，还是编程开发，都需要了解一点它的知识。
本文详细介绍DNS的原理，以及如何运用工具软件观察它的运作。我的目标是，读完此文后，你就能完全理解DNS。
一、DNS 是什么？
DNS （Domain Name System 的缩写）的作用非常简单，就是根据域名查出IP地址。你可以把它想象成一本巨大的电话本。
举例来说，如果你要访问域名math.stackexchange.com，首先要通过DNS查出它的IP地址是151.101.129.69。
如果你不清楚为什么一定要查出IP地址，才能进行网络通信，建议先阅读我写的《互联网协议入门》。
二、查询过程
虽然只需要返回一个IP地址，但是DNS的查询过程非常复杂，分成多个步骤。
工具软件dig可以显示整个查询过程。
$ dig math.stackexchange.com
上面的命令会输出六段信息。
第一段是查询参数和统计。
第二段是查询内容。
上面结果表示，查询域名math.stackexchange.com的A记录，A是address的缩写。
第三段是DNS服务器的答复。
上面结果显示，math.stackexchange.com有四个A记录，即四个IP地址。600是TTL值（Time to live 的缩写），表示缓存时间，即600秒之内不用重新查询。
第四段显示stackexchange.com的NS记录（Name Server的缩写），即哪些服务器负责管理stackexchange.com的DNS记录。
上面结果显示stackexchange.com共有四条NS记录，即四个域名服务器，向其中任一台查询就能知道math.stackexchange.com的IP地址是什么。
第五段是上面四个域名服务器的IP地址，这是随着前一段一起返回的。
第六段是DNS服务器的一些传输信息。
上面结果显示，本机的DNS服务器是192.168.1.253，查询端口是53（DNS服务器的默认端口），以及回应长度是305字节。
如果不想看到这么多内容，可以使用+short参数。
$ dig +short math.stackexchange.com 151.101.129.69 151.101.65.69 151.101.193.69 151.101.1.69
上面命令只返回math.stackexchange.com对应的4个IP地址（即A记录）。
三、DNS服务器
下面我们根据前面这个例子，一步步还原，本机到底怎么得到域名math.stackexchange.com的IP地址。
首先，本机一定要知道DNS服务器的IP地址，否则上不了网。通过DNS服务器，才能知道某个域名的IP地址到底是什么。
DNS服务器的IP地址，有可能是动态的，每次上网时由网关分配，这叫做DHCP机制；也有可能是事先指定的固定地址。Linux系统里面，DNS服务器的IP地址保存在/etc/resolv.conf文件。
上例的DNS服务器是192.168.1.253，这是一个内网地址。有一些公网的DNS服务器，也可以使用，其中最有名的就是Google的8.8.8.8和Level 3的4.2.2.2。
本机只向自己的DNS服务器查询，dig命令有一个@参数，显示向其他DNS服务器查询的结果。
$ dig @4.2.2.2 math.stackexchange.com
上面命令指定向DNS服务器4.2.2.2查询。
四、域名的层级
DNS服务器怎么会知道每个域名的IP地址呢？答案是分级查询。
请仔细看前面的例子，每个域名的尾部都多了一个点。
比如，域名math.stackexchange.com显示为math.stackexchange.com.。这不是疏忽，而是所有域名的尾部，实际上都有一个根域名。
举例来说，www.example.com真正的域名是www.example.com.root，简写为www.example.com.。因为，根域名.root对于所有域名都是一样的，所以平时是省略的。
根域名的下一级，叫做"顶级域名"（top-level domain，缩写为TLD），比如.com、.net；再下一级叫做"次级域名"（second-level domain，缩写为SLD），比如www.example.com里面的.example，这一级域名是用户可以注册的；再下一级是主机名（host），比如www.example.com里面的www，又称为"三级域名"，这是用户在自己的域里面为服务器分配的名称，是用户可以任意分配的。
总结一下，域名的层级结构如下。
主机名.次级域名.顶级域名.根域名 # 即 host.sld.tld.root
五、根域名服务器
DNS服务器根据域名的层级，进行分级查询。
需要明确的是，每一级域名都有自己的NS记录，NS记录指向该级域名的域名服务器。这些服务器知道下一级域名的各种记录。
所谓"分级查询"，就是从根域名开始，依次查询每一级域名的NS记录，直到查到最终的IP地址，过程大致如下。
- 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）
- 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）
- 从"次级域名服务器"查出"主机名"的IP地址
仔细看上面的过程，你可能发现了，没有提到DNS服务器怎么知道"根域名服务器"的IP地址。回答是"根域名服务器"的NS记录和IP地址一般是不会变化的，所以内置在DNS服务器里面。
下面是内置的根域名服务器IP地址的一个例子。
上面列表中，列出了根域名（.root）的三条NS记录A.ROOT-SERVERS.NET、B.ROOT-SERVERS.NET和C.ROOT-SERVERS.NET，以及它们的IP地址（即A记录）198.41.0.4、192.228.79.201、192.33.4.12。
另外，可以看到所有记录的TTL值是3600000秒，相当于1000小时。也就是说，每1000小时才查询一次根域名服务器的列表。
目前，世界上一共有十三组根域名服务器，从A.ROOT-SERVERS.NET一直到M.ROOT-SERVERS.NET。
六、分级查询的实例
dig命令的+trace参数可以显示DNS的整个分级查询过程。
$ dig +trace math.stackexchange.com
上面命令的第一段列出根域名.的所有NS记录，即所有根域名服务器。
根据内置的根域名服务器IP地址，DNS服务器向所有这些IP地址发出查询请求，询问math.stackexchange.com的顶级域名服务器com.的NS记录。最先回复的根域名服务器将被缓存，以后只向这台服务器发请求。
接着是第二段。
上面结果显示.com域名的13条NS记录，同时返回的还有每一条记录对应的IP地址。
然后，DNS服务器向这些顶级域名服务器发出查询请求，询问math.stackexchange.com的次级域名stackexchange.com的NS记录。
上面结果显示stackexchange.com有四条NS记录，同时返回的还有每一条NS记录对应的IP地址。
然后，DNS服务器向上面这四台NS服务器查询math.stackexchange.com的主机名。
上面结果显示，math.stackexchange.com有4条A记录，即这四个IP地址都可以访问到网站。并且还显示，最先返回结果的NS服务器是ns-463.awsdns-57.com，IP地址为205.251.193.207。
七、NS 记录的查询
dig命令可以单独查看每一级域名的NS记录。
$ dig ns com $ dig ns stackexchange.com
+short参数可以显示简化的结果。
$ dig +short ns com $ dig +short ns stackexchange.com
八、DNS的记录类型
域名与IP之间的对应关系，称为"记录"（record）。根据使用场景，"记录"可以分成不同的类型（type），前面已经看到了有A记录和NS记录。
常见的DNS记录类型如下。
（1）
A：地址记录（Address），返回域名指向的IP地址。（2）
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。（3）
MX：邮件记录（Mail eXchange），返回接收电子邮件的服务器地址。（4）
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。（5）
PTR：逆向查询记录（Pointer Record），只用于从IP地址查询域名，详见下文。
一般来说，为了服务的安全可靠，至少应该有两条NS记录，而A记录和MX记录也可以有多条，这样就提供了服务的冗余性，防止出现单点失败。
CNAME记录主要用于域名的内部跳转，为服务器配置提供灵活性，用户感知不到。举例来说，facebook.github.io这个域名就是一个CNAME记录。
$ dig facebook.github.io ... ;; ANSWER SECTION: facebook.github.io. 3370 IN CNAME github.map.fastly.net. github.map.fastly.net. 600 IN A 103.245.222.133
上面结果显示，facebook.github.io的CNAME记录指向github.map.fastly.net。也就是说，用户查询facebook.github.io的时候，实际上返回的是github.map.fastly.net的IP地址。这样的好处是，变更服务器IP地址的时候，只要修改github.map.fastly.net这个域名就可以了，用户的facebook.github.io域名不用修改。
由于CNAME记录就是一个替换，所以域名一旦设置CNAME记录以后，就不能再设置其他记录了（比如A记录和MX记录），这是为了防止产生冲突。举例来说，foo.com指向bar.com，而两个域名各有自己的MX记录，如果两者不一致，就会产生问题。由于顶级域名通常要设置MX记录，所以一般不允许用户对顶级域名设置CNAME记录。
PTR记录用于从IP地址反查域名。dig命令的-x参数用于查询PTR记录。
$ dig -x 192.30.252.153 ... ;; ANSWER SECTION: 153.252.30.192.in-addr.arpa. 3600 IN PTR pages.github.com.
上面结果显示，192.30.252.153这台服务器的域名是pages.github.com。
逆向查询的一个应用，是可以防止垃圾邮件，即验证发送邮件的IP地址，是否真的有它所声称的域名。
dig命令可以查看指定的记录类型。
$ dig a github.com $ dig ns github.com $ dig mx github.com
九、其他DNS工具
除了dig，还有一些其他小工具也可以使用。
（1）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。
$ host github.com github.com has address 192.30.252.121 github.com mail is handled by 5 ALT2.ASPMX.L.GOOGLE.COM. github.com mail is handled by 10 ALT4.ASPMX.L.GOOGLE.COM. github.com mail is handled by 10 ALT3.ASPMX.L.GOOGLE.COM. github.com mail is handled by 5 ALT1.ASPMX.L.GOOGLE.COM. github.com mail is handled by 1 ASPMX.L.GOOGLE.COM. $ host facebook.github.com facebook.github.com is an alias for github.map.fastly.net. github.map.fastly.net has address 103.245.222.133
host命令也可以用于逆向查询，即从IP地址查询域名，等同于dig -x <ip>。
$ host 192.30.252.153 153.252.30.192.in-addr.arpa domain name pointer pages.github.com.
（2）nslookup 命令
nslookup命令用于互动式地查询域名记录。
$ nslookup > facebook.github.io Server: 192.168.1.253 Address: 192.168.1.253#53 Non-authoritative answer: facebook.github.io canonical name = github.map.fastly.net. Name: github.map.fastly.net Address: 103.245.222.133 >
（3）whois 命令
whois命令用来查看域名的注册情况。
$ whois github.com
十、参考链接
- DNS: The Good Parts, by Pete Keen
- DNS 101, by Mark McDonnell
（完）
xiaoq 说：
很棒！
2016年6月16日 08:10 | # | 引用
chao 说：
查询方式有两种
递归和迭代
2016年6月16日 08:11 | # | 引用
jmax 说：
学习了，谢谢。
2016年6月16日 09:19 | # | 引用
crossoverJie 说：
阮老师的博文真的都是精品
2016年6月16日 10:16 | # | 引用
gzq 说：
文章很棒，提下我的疑问：“683是TTL值（Time to live 的缩写），表示缓存时间”中的683没有在截图中找到，还有为什么会选择683当做缓存时间时间呢？
2016年6月16日 10:20 | # | 引用
xiaoyong 说：
请问您现在从事的什么工作呢？
2016年6月16日 10:32 | # | 引用
阮一峰 说：
@gzq 谢谢指出，已经改过来了。
2016年6月16日 10:43 | # | 引用
lot 说：
「683是TTL值（Time to live 的缩写）」
截图明明是600啊!
2016年6月16日 11:22 | # | 引用
fqmhw 说：
终于理解了
2016年6月16日 14:43 | # | 引用
xingshu 说：
查询的时候没有办法查询出来某个域名下面所有A记录吧 --
2016年6月16日 15:00 | # | 引用
beaaar 说：
请问.root一般会省略，因为所有域名的根域名都是.root。为什么在dig中不把点也省略了？纯好奇：）
2016年6月16日 20:02 | # | 引用
xigang 说：
学习了，博客写的浅显易懂
2016年6月16日 21:24 | # | 引用
kaliy 说：
再加上递归查询就完美了，很棒！阮老师发博文有固定时间吗？
2016年6月16日 22:49 | # | 引用
Telen 说：
写一篇博客可不是一口气写下来的，也不一定是一天之内写完的。
2016年6月16日 23:11 | # | 引用
刘sir 说：
怒赞！
2016年6月16日 23:31 | # | 引用
xiaomlove 说：
在支付宝前端啊
2016年6月17日 01:18 | # | 引用
胡子拉碴 说：
阮兄，作为一名技术人，这篇文章我是会打赏的。
2016年6月17日 09:23 | # | 引用
肖恩 说：
应该设置微信公告号了~~
2016年6月17日 11:09 | # | 引用
冰冻 说：
微信公共账号文章内容发布就不能再修改了
2016年6月17日 12:53 | # | 引用
文雨 说：
写的不错，比我看的很多写dns的文章都要好
前一阵子准备自建dns来着，那叫一个头大啊，要是早点看到这篇文章就好了
2016年6月18日 13:58 | # | 引用
小西 说：
非常清晰 ，最近也在研究DNS，自己用NodeJs 实现了一套
2016年6月18日 15:24 | # | 引用
lietu 说：
好东西 干货
2016年6月18日 17:37 | # | 引用
leon 说：
写得真好，终于理解ns record和a record的区别了， cname也理解了。 分层查询也超棒！
谢谢！
2016年6月20日 03:00 | # | 引用
大头 说：
支持阮老师
2016年6月20日 15:21 | # | 引用
T.L 说：
最近正好在研究一种利用DNS的数据传送方式，可以突破防火墙，大家可以聊聊
https://story.tonylee.name/2016/06/20/yong-dnsmasqshi-xian-data-retrive-over-dns/
2016年6月22日 16:14 | # | 引用
StevenZhou 说：
请问阮老师，在查询"dig www.baidu.com"的时候既查到的是CNAME（www.a.shifen.com.）以及CNAME的IP地址(103.235.46.39)，而不是直接的A记录IP地址，这个我能理解，可是为什么在“dig -x 103.235.46.39”的时候查到的不是“www.a.shifen.com”， 而是下面的一长串？
感谢解答！
steven@steven ~/Documents/ui-blog $ dig -x 103.235.46.39
; >> DiG 9.8.3-P1 >> -x 103.235.46.39
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER ;; flags: qr rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 0, AUTHORITY: 1, ADDITIONAL: 0
;; QUESTION SECTION:
;39.46.235.103.in-addr.arpa. IN PTR
;; AUTHORITY SECTION:
103.in-addr.arpa. 330 IN SOA ns1.apnic.net. read-txt-record-of-zone-first-dns-admin.apnic.net. 22867 7200 1800 604800 172800
;; Query time: 15 msec
;; SERVER: 192.168.1.1#53(192.168.1.1)
;; WHEN: Fri Jun 24 08:14:53 2016
;; MSG SIZE rcvd: 133
2016年6月24日 23:22 | # | 引用
themebetter 说：
介绍的很详尽的说。
2016年6月28日 11:19 | # | 引用
very good 说：
十字好评
2016年7月 1日 11:12 | # | 引用
xigang 说：
阮老师 文章转啦
2016年7月 2日 17:25 | # | 引用
Rafa 说：
我觉得还可以再讲讲authority, non-authority等
2016年7月 3日 20:23 | # | 引用
pj 说：
这个应该是还剩683秒，也就是说683秒后会刷新
2016年7月 7日 18:45 | # | 引用
fengyao 说：
非常棒，看完后我对DNS的理解大大增强~thanks
2016年7月17日 16:02 | # | 引用
森雨 说：
看了老师的几片文章，正好在整理网络相关的学习思路，非常感谢！
2016年7月25日 20:01 | # | 引用
路人-戊 说：
很不错的文章，感谢无私奉献
2016年8月 3日 11:07 | # | 引用
caojun 说：
三级域名的说法不准确，域名树的层级最多可以有127层
2016年9月 7日 15:31 | # | 引用
feng 说：
学习了，真的是精品，看了一下你们网站是从04年就开始了，真是不容易呀。
2016年9月14日 21:19 | # | 引用
bwangel 说：
第八部分的这句话：
这里的顶级域名应该是指次级域名吧，像.com，和.org这种顶级域名，一般普通用户无权操作的吧！
2016年10月25日 21:44 | # | 引用
bwangel 说：
还有一个疑问：
为什么 NS 记录只能设置成域名？
例如`stackexchange.com`的NS记录为：
```
stackexchange.com. 172800 IN NS ns-463.awsdns-57.com.
stackexchange.com. 172800 IN NS ns-925.awsdns-51.net.
stackexchange.com. 172800 IN NS ns-1029.awsdns-00.org.
stackexchange.com. 172800 IN NS ns-1832.awsdns-37.co.uk.
```
这是不是意味着如果要获取stackexchange.com的域名服务器的IP地址，还要解析出`ns-463.awsdns-57.com.`等的地址。
2016年10月25日 22:43 | # | 引用
Mad Mark 说：
感谢，这样理解印象还是比较深的
2017年1月 4日 16:23 | # | 引用
jiejie 说：
浅显易懂 很赞
2017年1月 6日 15:47 | # | 引用
博予 说：
涉猎广泛啊
2017年1月13日 21:56 | # | 引用
DPIprobe 说：
浅显易懂，图文并茂，赞赞赞
2017年2月13日 16:43 | # | 引用
李小千 说：
阮老师，关于您提到的最先回复顶级域名服务器信息的根域名服务器，会被本地DNS服务器缓存，下次只向这台根域名服务器发送请求，请问对于本地DNS向顶级DNS或次级DNS发送请求也有这种情况吗，第一次向全部请求，后面只向第一次反应最快的请求？
2017年2月27日 14:04 | # | 引用
DiG GUI 说：
推荐一个好工具：
DiG GUI
dig命令网页接口
https://www.diggui.com/
2018年1月25日 13:40 | # | 引用
Global DNS Propagation Checker 说：
图文并茂，浅显易懂，感谢阮老师。
2018年5月26日 15:12 | # | 引用
Leon 说：
非常感谢阮老师能够这么彻底详细的讲完整个流程，整部文章犹如看一部侦探小说，层层深入，解惑甚欢，回味无穷。背后付出的努力，膜拜！
2018年9月16日 12:49 | # | 引用
xiaopo 说：
根域名的下一级，叫做"顶级域名"（top-level domain，缩写为TLD），比如.com、.net；再下一级叫做"次级域名"（second-level domain，缩写为SLD），比如www.example.com里面的.example，这一级域名是用户可以注册的；再下一级是主机名（host），比如www.example.com里面的www，又称为"三级域名"，这是用户在自己的域里面为服务器分配的名称，是用户可以任意分配的。
根据谢希仁书上的解释和dig +trace的返回结果，是不是应该是
. 根域名
com. TLD（一级域名）
example.com. SLD（二级域名）
www.example.com. 三级域名
2018年11月 9日 11:32 | # | 引用
vector 说：
赞，易懂。
2018年12月 3日 23:40 | # | 引用
lijing 说：
可以出一期dns查询内部网络包的内容,谢谢
2020年6月15日 20:56 | # | 引用
writer 说：
dig +trace的解析流程 说的有问题。除了第一次请求 根域的NS记录外，后续都不是请求 NS记录
2020年6月18日 16:42 | # | 引用
hot西风 说：
我也觉得有点问题，如果是一个pc第一次去请求一个域名，从抓包上来看，他是只有一个请求的，就是请求他的上级DNS，那么作者说的请求根域名、顶级域名、一级域名是否都应该有数据包呢，作者说根域名内置了这个这样理解可以说通，那后面的请求就有点说不通了
2020年9月24日 18:34 | # | 引用
protobe 说：
是的，第一次是请求根域名的NS记录，后续都是请求目标域名的A记录
2020年10月13日 17:26 | # | 引用
Will Xiao 说：
老师写的很好，值得学习，赞！
之前对这块的知识点一直是模糊的，现在一下子清楚了。
2020年10月21日 18:20 | # | 引用
乱敲代码 说：
刚好最近在研究DNS，真的很棒
2020年12月 8日 16:07 | # | 引用
子时 说：
这篇文章太棒了，要是加入DNS视图概念就好了。
2021年2月23日 18:33 | # | 引用
关晓坤 说：
老师，工具软件dig 有官方下载地址吗？该软件的创建者是哪个组织？
2021年3月 1日 17:30 | # | 引用
自由周旋 说：
这个讲解比较通俗易懂~感谢分享
2021年3月 9日 15:14 | # | 引用
苏鹏宇 说：
有一个问题，如果保存的A记录全部挂掉，此时会发生什么？有什么解决办法？
2021年12月 2日 09:22 | # | 引用
Andrew 说：
权威dns会有一套容灾备份的方法。localdns挂掉了重启后重新向NS获取即可。
2021年12月 2日 12:05 | # | 引用