考研笔记

域名解析过程：递归查询与迭代查询

域名解析是指把域名转化为 IP 地址的过程。当客户端需要域名解析时，通过本机的 DNS 客户端构造一个 DNS 请求报文，以 UDP 数据报方式发往本地域名服务器（DNS 协议的作用 2021 年考过）。

本页 3 道错题，是第 6 章错题最集中的一节。 两种查询方式的区别（谁替谁查）、查询次数的最少与最多（2016）、以及把 DNS 与 HTTP 串起来的时间计算（2020），是这一节的三种固定考法。

机制

两种查询方式

域名解析有两种方式：递归查询和迭代查询。

（1）主机向本地域名服务器的查询都采用递归查询。 递归查询是指若主机所询问的本地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址，则本地域名服务器就以 DNS 客户的身份，向根域名服务器继续发出查询请求报文（替该主机继续查询），而不是让该主机自己进行下一步的查询。两种查询方式的这一步是相同的。

（2）本地域名服务器向其他域名服务器采用递归查询或迭代查询。

递归查询（递归 DNS 的工作原理 2010 年考过）迭代查询（2016、2020 年考过）
谁继续查被问的服务器替你查，一层层递归下去被问的服务器只告诉你下一步该问谁，由本地域名服务器自己继续查
本地域名服务器发出的查询次数只向根域名服务器查询 1 次依次向根、顶级、权限域名服务器多次查询
结果由谁返回由最开始连接的服务器（根）把结果层层传回本地域名服务器每一步都回到本地域名服务器
缺点给根域名服务器造成的负载过大，实际中几乎不使用本地域名服务器要多次发送查询报文

迭代查询的完整过程

假定某客户机想获知域名为 y.abc.com 主机的 IP 地址，域名解析的过程最多需要使用 8 个 UDP 报文：4 个查询报文和 4 个回答报文：

sequenceDiagram
  participant H as 客户机 m.xyz.com
  participant L as 本地域名服务器 dns.xyz.com
  participant R as 根域名服务器
  participant T as 顶级域名服务器 dns.com
  participant A as 权限域名服务器 dns.abc.com
  H->>L: ① DNS 请求（递归查询）
  L->>R: ② 解析请求（迭代查询）
  R-->>L: ③ 去找 dns.com
  L->>T: ④ 解析请求（迭代查询）
  T-->>L: ⑤ 去找 dns.abc.com
  L->>A: ⑥ 解析请求（迭代查询）
  A-->>L: ⑦ y.abc.com 的 IP 地址
  L-->>H: ⑧ 返回结果，并存入本地缓存

DNS 高速缓存

为了提高 DNS 的查询效率，并减少因特网上的 DNS 查询报文数量，在域名服务器中广泛地使用了高速缓存，用来缓存最近查询过的域名的相关映射信息。这样，当另一个相同的域名查询到达该 DNS 服务器时，该服务器就能直接提供所要求的 IP 地址。因为主机名和 IP 地址之间的映射不是永久的，所以 DNS 服务器将在一段时间后丢弃高速缓存中的信息。 在主机中同样也很需要高速缓存，许多主机在启动时从本地域名服务器下载域名和地址的全部数据库，维护存放自己最近使用的域名的高速缓存，并且只在从缓存中找不到域名时才使用域名服务器。

计算模板

本地域名服务器发出的查询次数

  1. 最少 0 次：本地域名服务器的缓存里已有该域名的记录。
  2. 最多 = 域名的层数：迭代查询时依次问根、顶级、二级（权限）、三级（权限）……。例如 www.abc.xyz.com 要问根、com、xyz.com、abc.xyz.com，共 4 次。
  3. 主机自己发出的查询始终是 1 条（递归），与本地域名服务器发多少条无关。

DNS + HTTP 的时间

  1. DNS 部分：本地域名服务器每次迭代查询算 1 个 RTT；缓存命中则为 0。主机到本地域名服务器的时延按题目说明处理（局域网内常被忽略）。
  2. TCP + HTTP 部分：建立 TCP 连接三次握手 1.5RTT，第 3 次握手报文捎带 HTTP 请求，响应回来 0.5RTT，合计 2RTT。
  3. 总时间 = DNS 部分 + 2RTT（纯文本页面，忽略传输时延时）。

边界

错题复盘：递归查询中，把地址返回给客户端的是最开始连接的那台服务器

王道 6.2.4 第 6 题：在 DNS 的递归查询中，由（ ）给客户端返回地址（A. 最开始连接的服务器　B. 最后连接的服务器　C. 目的地址所在服务器　D. 不确定）。答案 A。

在递归查询中，每台不包含被请求信息的服务器都转到其他地方去查找，然后它再往回发送结果，所以客户端最开始连接的服务器最终将返回正确的信息。

对照第 7 题（答案 B）：根域名服务器返回”负责该域名的顶级域名服务器的 IP 地址”，让本地域名服务器再去查，这种方式叫迭代查询。两种方式的区分只有一句话：递归是”我替你查”，迭代是”我告诉你去问谁”。

错题复盘：迭代查询下最少 0 次、最多 4 次

2016 年统考真题（王道 6.2.4 第 12 题）：假设所有域名服务器均采用迭代查询方式进行域名解析。当主机访问规范域名为 www.abc.xyz.com 的网站时，本地域名服务器在完成该域名解析的过程中，可能发出 DNS 查询的最少和最多次数分别是（A. 0，3　B. 1，3　C. 0，4　D. 1，4）。答案 C。

最少情况：当本地域名服务器中有该域名的 DNS 信息时，不需要查询任何其他域名服务器，最少发出 0 次 DNS 查询。最多情况：因为均采用迭代查询方式，在最坏情况下，本地域名服务器需要依次迭代地向根域名服务器、顶级域名服务器（.com）、权限域名服务器（xyz.com）、权限域名服务器（abc.xyz.com）发出 DNS 查询请求，因此最多发出 4 次 DNS 查询。

两个陷阱：① 题目问的是本地域名服务器发出的次数，不是主机发出的次数（主机永远是 1 条递归查询）；② www.abc.xyz.com 有三级域名，除根之外还要问三层，容易少数一层。

错题复盘：DNS 加 HTTP 的最短与最长时间

2020 年统考真题（王道 6.2.4 第 14 题）：假设上图所示网络中的本地域名服务器只提供递归查询服务，其他域名服务器均只提供迭代查询服务；局域网内主机访问 Internet 上各服务器的往返时间（RTT）均为 10ms，忽略其他各种时延。若主机 H 通过超链接 http://www.abc.com/index.html 请求浏览纯文本 Web 页 index.html，则从单击超链接开始到浏览器接收到 index.html 页面为止，所需的最短时间与最长时间分别是（A. 10ms，40ms　B. 10ms，50ms　C. 20ms，40ms　D. 20ms，50ms）。答案 D。

题中 RTT 均为局域网内主机（主机 H、本地域名服务器）访问 Internet 上各服务器的往返时间，且忽略其他时延，因此 H 向本地域名服务器的查询时延忽略不计。

最短时间：H 有该域名到 IP 地址映射的记录，因此没有 DNS 查询时延，直接和 www.abc.com 服务器建立 TCP 连接再进行资源访问——三次握手 1.5RTT，第 3 次握手报文中捎带对资源的请求，响应回来 0.5RTT，共 2RTT = 20ms。

最长时间：本地域名服务器无缓存，要迭代地问根、com、abc.com 三台服务器，3RTT = 30ms，再加上访问 Web 服务器的 2RTT = 20ms，共 50ms。

最容易漏的是”访问网页本身要 2RTT 而不是 1RTT”：TCP 握手占 1.5RTT，请求与响应合起来再占 0.5RTT。

主机向本地域名服务器一律是递归查询。 题目只会改变”本地域名服务器向其他服务器”用哪种方式。

递归查询实际中几乎不用。 它让根域名服务器承担了全部转发工作，负载过大（王道 6.2.3 原文）。

高速缓存里的记录会过期。 域名到 IP 的映射不是永久的，所以缓存要设过期时间。

对照速查

说法对错
主机向本地域名服务器的查询采用递归查询✅
递归查询中由最后连接的服务器给客户端返回地址❌（最开始连接的）
迭代查询中被问的服务器替你继续查❌（告诉你下一步问谁）
本地域名服务器采用迭代查询时，主机要发出多条查询请求❌（主机始终 1 条）
本地域名服务器无缓存时，最少发出 0 次查询❌（无缓存则至少问根一次；有缓存才是 0 次）
解析 y.abc.com 最多需要 8 个 UDP 报文✅（4 查询 + 4 回答）
DNS 高速缓存中的记录永久有效❌
访问一个纯文本网页（域名已缓存）需要 2RTT✅（2020）

考点

  • 递归（替你查）vs 迭代（告诉你问谁）；主机→本地一律递归（2010、2016、2020）
  • 迭代查询的 8 步、8 个 UDP 报文
  • 查询次数：本地最少 0（有缓存）、最多等于要问的层数（2016）
  • DNS + TCP + HTTP 的时间：迭代次数 × RTT + 2RTT（2020）
  • 高速缓存及其过期

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