DNS协议

介绍一下DNS协议是什么

DNS是域名系统的缩写，提供一种主机名到IP地址的转换服务，由分层的DNS服务器组成的分布式数据库，定义了主机如何查询这个分布式数据库的方式的应用协议

作用是将域名解析为IP地址，客户端向DNS服务器发送域名查询请求，DNS服务器告诉客户端他的web服务器的IP地址

DNS同时使用TCP和UDP协议吗重要

DNS占用53号端口，同时使用TCP和UDP协议

1. 在区域传输的时候使用TCP协议
   • 辅域名服务器会定时（一般三小时）向主域名查询了解数据是否有变，有变的话，会执行一次区域传送，进行数据同步，区域传送使用TCP，因为数据传送的数据量比一个请求应答的数据量多得多
   • TCP是一种可靠连接 保证数据的准确性
2. 在域名解析的时候使用UDP协议
   • 客户端向DNS查询域名，一般返回的内容不超过512字节，用UDP传输即可，不经过三次握手，使得DNS服务器负载更低，响应更快，理论上客户端向DNS服务器查询域名的时候用TCP但是很多DNS服务器配置时候只支持UDP查询包

说一下DNS完整查询过程重要

• 首先在浏览器缓存中查找对应的IP 地址，如果查到就直接返回，查不到就下一步
• 将请求发给本地dns服务器，在本地域名服务器查询，如果查到直接返回，差不到就下一步
• 本地dns服务器向根域名服务器发送请求，根域名服务器返回一个所查询域的顶级服务器地址
• 本地dns向顶级域名服务器发送请求，接收请求的服务器查询自己的缓存，如果有记录就返回查询结果，没有就返回下一级的权威域名服务器地址
• 本地dns向权威域名服务器请求，域名服务器返回对应结果
• 本地dns将结果保存在缓存中，便于下次使用
• 将结果返回给浏览器

举一个🌰来说明一下(改自第七版谢希仁计算机网络)

假设mayun.taobao.com想知道xiaosong.crucials.cn的IP地址

• 主机mayun.taobao.com先向其本地域名服务器dns.taobao.com进行递归查询
• 本地域名服务器向根域名服务器查询
• 根域名服务器告诉本地域名服务器，下一次该查询的是所查询域的顶级服务器dns.cn的IP地址
• 本地域名服务器迭代再进行查询，顶级域名服务器返回所查询域的权威域名权威域名服务器dns.crucials.cn的IP地址
• 继续迭代查询，权威域名服务器告诉本地域名服务器所查询的主机IP地址
• 本地域名服务器把IP地址告诉主机mayun.taobao.com

DNS的迭代查询和递归查询

递归查询指的是查询请求发送之后，域名服务器代为向下一级域名服务器发送请求，最后向用户返回结果，使用递归查询，用户只用发送一次查询

迭代查询是域名服务器返回单次查询的结果，需要用户自己请求下一级的服务器

一般我们向本地dns发送请求的都是递归查询，因为只发了一次就能返回最终的结果，而本地dns服务器向其他域名服务器采用的就是迭代查询，每一级域名服务器返回的结果之后，都由本地dns服务器自己进行下一级的查询

网络模型

OSI7层模型

1. 应用层
   • 为计算机用户提供应用接口，为用户提供提供网络服务协议，如http https ftp等
2. 表示层
   • 用于对应用层数据的编码和转换功能，确保一个系统的应用程序发送的数据能被另一个系统应用层识别，可以使用base64对数据进行编解码，base64在表示层工作
3. 会话层
   • 负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话
4. 传输层
   • 建立主机端到端的连接，传输层的作用就是为上层协议提供端到端的可靠和透明数据传输，包括差错控制和流量控制，tcp和udp就是在这一层
5. 网络层
   • 通过IP寻址建立两个节点的连接，通常就是我们说的IP协议层，我们可以理解网络层规定了数据包的传输路线，传输层规定了数据包的传输方式
6. 数据链路层
   • 将比特组合成字节，将字节组合成帧，使用链路层地址(以太网用mac地址)，并进行差错控制，我们可以理解为网络层是规划了数据包的传输路线，数据链路层就是传输路线，在数据链路层增加了差错控制
7. 物理层
   • 实际的信号通过物理层实现，通过物理截止传输比特流

OSI七层模型通信特点是对等通信，为了使数据分组从源传送到目的地，源端每一层都必须和目的端对等层进行通信，称为对等层通信，在每一层通信都使用本层自己的协议进行通信

TCP/IP五层协议

• 应用层
  • 直接为应用进程提供服务 http/ftp/smtp/dns
• 传输层
  • 主要有tcp和udp协议
• 网络层
  • 为两台主机提供通信服务 通过选择合适的路由将数据传递到目的主机
• 数据链路层
  • 将网络层交下来的IP数据包封装成帧，在链路两个相邻节点传送帧，每一帧都包含数据和必要的控制信息
• 物理层
  • 确保数据在各种物理媒介上传输

计算机网络中端到端与点到点的区别重要‼️

所处位置不同

端到端处于传输层，属于网络连接，是应用程序之间的远程通信(通俗地说就是从发送端到接受端)

点到点处于数据链路层或网络层，基于mac地址和IP地址,是指一个设备发数据给另外一个设备，这些设备是指直连设备包括网卡，路由器，交换机。(通俗地说就是两个节点之间的通信，一个节点的数据链路层接受ip层数据并封装之后，就把数据帧从链路上发送到与其相邻的下一个节点)

可靠性

端到端的链路建立之后，发送端知道接收端一定能收到，而且经过中间交换设备时不需要进行存储转发，因此传输延迟小。

在点到点传输的缺点是发送端发出数据后，不知道接收端能否收到或何时能收到数据。

端到端的优点就是它的可靠性，缺点是：

• 直到接收端收到数据为止，发送端的设备一直要参与传输。如果整个传输的延迟很长，那么对发送端的设备造成很大的浪费。

• 如果接收设备关机或故障，那么端到端传输不可能实现。

点到点的优点：

• 发送端设备送出数据后，它的任务已经完成，不需要参与整个传输过程，这样不会浪费发送端设备的资源。

• 即使接收端设备关机或故障，点到点传输也可以采用存储转发技术进行缓冲。

点到点的缺点：

点到点传输的缺点是发送端发出数据后，不知道接收端能否收到或何时能收到数据。 (它的不可靠性)

在一个网络系统的不同分层中，可能用到端到端传输，也可能用到点到点传输。如Internet网，IP及以下各层采用点到点传输，传输层以上采用端到端传输。

为什么要有IP地址和mac地址呢

先说说两者区别:

• IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址
• mac地址(物理地址)是数据链路层和物理层使用的地址

在发送数据的时候，数据从高层下到低层，才到通信链路传输，使用IP地址的IP数据包一旦交给数据链路层，就被封装成mac帧，mac帧在传输过程使用的原地址和目的地址都是硬件地址，都写在mac帧的首部

值得注意的是

在网络层利用IP地址在路由器进行转发的时候，数据包首部的源地址和目的地址始终为最开始发送的IP地址和需要接收的IP地址

而数据链路层的mac帧在不同网络传输时mac帧会丢弃并更换首部的mac地址

接着解释一下，为什么不可以直接用硬件地址进行通信，免除使用ARP协议，还要IP地址来干嘛？

全世界存在各式各样的网络，都使用不同的硬件地址，这些硬件能够相互通信的话必须进行非常复杂的硬件地址转换工作（因为每个设备都有唯一的mac地址），因此几乎不可能靠用户进行完成，但是IP编址的话可以让连接到互联网的地址只需自己拥有一个唯一的IP地址，再下去找需要连接的通讯设备则是通过ARP协议进行(都是由计算机软件自动运行的，无须用户操作)

有了IP地址为什么还需要mac地址

信息传递时候，需要知道的其实是两个地址：终点地址、下一跳的地址。

• IP地址本质上是终点地址，它在跳过路由器的时候不会改变，而MAC地址则是下一跳的地址，每跳过一次路由器都会改变。这就是为什么还要用MAC地址的原因之一，它起到了记录下一跳的信息的作用。
• 网络体系结构的分层模型：用MAC地址和IP地址两个地址，用于分别表示物理地址和逻辑地址是有好处的。这样分层可以使网络层与数据链路层的协议更灵活地替换。
• 历史原因：早期的以太网只有集线器，没有交换机，所以发出去的包能被以太网内的所有机器监听到，因此要附带上MAC地址，每个机器只需要接受与自己MAC地址相匹配的包。

在网络层的IP是如何寻址的？

• 分类寻址：将IP地址划分为五类，IP地址有网络号(net-id)和主机号(host-id)组成,路由器仅仅根据目的主机的网络号来转发分组，从而减少路由表所占用的存储空间以及查找路由表的时间

笔记

​ IP 地址管理机构 --> 分配 IP地址的网络号 ->主机号由得该单位自行分配

主机号为全 0 的地址为子网的网络号，主机号 为全 1 的地址为子网的广播地址， 都不能被指派。

• 划分子网：对原先的分类寻址的改进，将原始的分类寻址进一步的划分，将之前的主机号进一步划分为子网号(subnet-id)和主机号，提高IP地址的利用率

​ :::note 提高IP地址利用率原因

​ 因为c类地址的主机号是2^8 - 2= 254 若有260台机器只能分配一个b类地址的网络号，遂对主机号进行进一步划分

划分子网后，可用的IP地址数是减少了，但是如果对于那些很小的小型企业网络来说，划分子网后又可节省大量IP地址资源。因为几个小网络可以共用一个大的网络地址范围(好几个子网对外部表现为一个网络，收到外来的数据报后转发到相应的网络)，而且同样可以取到隔离的作用。

​ :::

• 无类别域间路由：消除了传统的 A 类, B 类, C类 地址以及划分子网的概念，因而更有效地分配 IPv4 的地址。(这个应该不要求)

私有网络地址

俗称内网的IP地址

IP address range	number of addresses	largest CIDR block (subnet mask)
10.0.0.0 – 10.255.255.255	16777216	10.0.0.0/8 (255.0.0.0)
172.16.0.0 – 172.31.255.255	1048576	172.16.0.0/12 (255.240.0.0)
192.168.0.0 – 192.168.255.255	65536	192.168.0.0/16 (255.255.0.0)

最后附上一篇快速理解网络传输数据的文章