从本节开始，我们研究和实现一个体系较为复杂的协议，也就是域名解析协议，简写为DNS。该协议几乎也是我们”日用而不知“的幕后英雄，没有它肯定就没有现在的互联网繁荣。
当我们在浏览器上输入网址，例如www.baidu.com时，浏览器先通过DNS协议找到与该网址对应的IP地址，然后再使用IP去向服务器获取网页信息。也就是说互联网上的设备其实有两种辨认方法，一种是IP，一种是域名。就如同人的身份证，人有名字，同时也有几十位数字组成的身份证号。
人与人相互识别时，使用的都是名字，几乎没有人使用身份证号来识别他人的，即使身份证号相对于名字而言更加唯一和准确。说到底是因为人对数字识别很费劲，而记住名字很容易。
对计算机的访问也是如此。在互联网发展早期，计算机只是在局域网内互联，并且联网的机器非常有限，因此当时使用IP直接定位不同的机器。但是随着网络的发展，联网的机器越来越多，使用数字辨别每一台计算机变得越来越困难，于是人们开始想用更方便的记忆方式，于是自然就想到用字符串来替代难以记忆的数字。
然而对程序而言，它只能识别数字，于是字符串仅仅用作于方便记忆，在运行机制上，程序就得把字符串与IP数字进行转换。最早使用的转换机制很简单，甚至到现在还在使用，那就是hosts文件，它使用文本的方式将IP与字符串名字对应起来，如下图：
程序在运行时，先将该文件内容读入内存，当用户输入网址时，它先从里面的对应关系中，将网址直接转换成对应的IP地址。这种方法在主机数量少时适用，但现在网络上的主机数量数以千万计，如此我们得在文件中维护几万个对应关系，这显然不合情理，随着联网的设备越来越多，适用这种静态配置的方式越来越不合时宜，因此全网使用一种统一的IP字符串映射方式是势在必行。
如今能满足这种域名转换成IP需要机制，就是我们要研究和实现的DNS协议，它是极佳的分布式系统设计案例，互联网发展几十年来，接入网络的设备呈指数级增长，需要进行域名解析的请求自然也指数级增长，DNS自设计完成以来就具备了极佳的扩展性，因此它在没有大变动的情况下，满足日益增长的需求，可见其设计思路之巧妙。
相比于其他网络协议，DNS协议本身更像是一个系统。它主要包含以下三种系统功能：
显然我们不可能实现全部功能，但我们会选择一些重要模块进行研究和实现，事实上抓住局部原理，对整体功能的把握也就能做到心中有数。DNS分为三大块，紫色部分是名字空间，它规定了域名的层级构造标准，第二部分是名字注册，它负责添加新设备的名称并防止名字冲突，第三部分是名字解析，它负责将域名转换为对应IP。
在了解DNS协议时，我们需要掌握一个很重要的概念叫域名。”域名“其实是对一个特定领域的统一称呼。例如我的大学名叫”北京化工大学“，于是对于我母校而言，它是一级域名，在下面又分很多个学院，例如理学院，化工学院，文法学院等，这些学院名称就是二级”域名“，学院内又有很多个系，像我所在的理学院有：数学系，物理系，化工系，这些系的名称就是三级域名，系下面又分班，比如我所在的数学系分为1，2，3，4班，这四个班名称对应的是四级域名，每个班内的人都有自己的名字，于是就对应五级域名。
因此要定位我的时候就可以使用如下格式：北京化工大学.理学院.数学系.3班.陈屹，这个世界上与我同名的人肯定不少，但是所有层级的域名都给我一致的，那很可能就只有我一个，除非在班里有和我同名的人，倘若如此，我们可以把名字再当做一级域名，在底下进行区分，例如一个班内有两个陈屹时，上面域名就可以变为：北京化工大学.理学院.数学系.3班.陈屹.A，在任何一个层级出现冲突时，我们可以在该层级切分出多个子层级，从而避免冲突。
DNS中的域名以拓扑树的方式存在，如下图：
它以一个根节点开始，派生出一级域名，一级域名下面是二级域名，二级域名之后全都叫子域名。每一级域名可以使用数字和字符组合成的字符串来表示，其中字符串不区分大小写，同时一个域名下面的子域名不能相同，假设有一个一级域名叫"Black",那么它下层的子域名可以是"white"，但必须只有一个，如果有另一个子域名叫”WHITE"，由于域名不区分大小写，因此两个域名被认为相同，这是不允许的。
由此域名设定时可以从根到叶子节点，中间以符号".“隔开。上图中的Root始终对应空字符串，所以"www.baidu.com"对应于上图而言，第一级域名就是”"，第二级域名就是"baidu"，第三级域名就是"www"，在解析的时候，该字符串域名就要倒转变成"www.baidu.com"。如果是百度知道，那么域名就是zhidao.baidu.com。
一级域名由特定机构控制例如IANA这类互联网管理机构，而二级域名往往对应一个特定组织或团体，例如baidu对应百度公司，三级域名则由组织自己控制。域名对公司而言是非常重要的信息资产，早期有很多聪明人通过域名碰瓷，也就曾大公司或机构不注意，用他们的名字注册域名，结果这些公司想用时只能从他们手中高价购买，很多人就靠这种手段发了大财。
接下来我们看看域名解析的基本流程。首先要解析域名，我们先找到含有相关域名信息的服务器，然后向该服务器发送信息请求。问题在于，域名信息不是存储在固定服务器中，为了系统鲁棒性和扩展性，域名信息以分布式的形式存储在不同服务器里，因此第一步要查询哪个服务器包含了域名对应的信息。
假设我们要解析域名“C.B.A"，首先我们将请求发送给所谓的根域名服务器，该服务器会把拥有域名A的服务器地址返回给我们，返回的服务器可能知道域名B.A的信息或者它把关于A的信息返回后，再给我们一个知道域名B的服务器地址，返回的服务器可能知道域名C的信息，或者返回域名B的信息后，再告诉我们哪个服务器知道域名C的信息，因此我们在解析过程中要根据服务器返回信息进行选择。
在下一节我们会就解析流程做深入介绍。
更多技术信息，包括操作系统，编译器，面试算法，机器学习，人工智能，请关照我的公众号：