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网络通信实现

时间：2024-01-11 15:02:16浏览次数：33  
标签：网络通信 缓存 实现 查询 域名 DNS IP地址 服务器

【一】网络通信实现

【1】实现网络通信的四要素

  • 本机的IP地址
  • 子网掩码
  • 网关的IP地址
  • DNS的IP地址

【2】获取四要素的两种方式

（1）静态获取

  • 即手动配置

（2）动态获取

  • 通过dhcp获取
以太网头 ip头 udp头 dhcp数据包
  • （1）最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。
  • （2）后面的”IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。
  • （3）最后的”UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。
  • 这个数据包构造完成后，就可以发出了。
    • 以太网是广播发送，同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。
    • 因为接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。
    • 当看到发出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道”这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包。
  • 接下来，DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。
    • 这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。
  • 新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数

【二】DNS域名解析

【1】DNS的作用

（1）DNS的作用

  • 在互联网中，其实没有类似于www.xxx.com这种域名方式，而替代的是以IP地址，如222.222.222.222
  • 那我们在IE地址栏中应当输入222.222.222.222才能打开网站www.xxx.com
  • 但我们细想一下，互联网上的网站成千上万，如果每个网站登陆都需要记住一大串数字，那是不是特别不方便，对于记忆力不强的人，根本无法记住这么烦琐的数字。
  • 这个时候DNS就出现了，它的作用就是将222.222.222.222解析为www.xxx.com，那么我们登陆的时候就直接输入域名就可以了。

（2）为什么一定要设置DNS才能上网

  • 有些朋友可能会发现，为什么我可能登陆QQ、MSN，但却打不开网页呢？
  • 其实大部分原因都是因为DNS服务器故障造成的，DNS服务器地址是唯一的，是运营商提供给终端用户用来解析IP地址及域名的关系，而如果不设定DNS服务器地址，那么就无法查询地址的去向，自然也就打不开网页
  • 而QQ、MSN等即时聊天软件，采用的是UDP传输协议，即不可靠传输协议，无需提供DNS服务器地址，也同样可以登陆。

【2】DNS的两种查询方式

（1）递归

  • 主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。
  • 所谓递归查询就是：
    • 如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询的域名的IP地址
    • 那么本地域名服务器就以DNS客户的身份，向其它根域名服务器继续发出查询请求报文(即替主机继续查询)
    • 而不是让主机自己进行下一步查询。
  • 因此，递归查询返回的查询结果或者是所要查询的IP地址，或者是报错，表示无法查询到所需的IP地址。

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（2）迭代

  • 本地域名服务器向根域名服务器的查询的迭代查询。
  • 迭代查询的特点：
    • 当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时
      • 要么给出所要查询的IP地址
      • 要么告诉本地服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。
    • 然后让本地服务器进行后续的查询。
    • 根域名服务器通常是把自己知道的顶级域名服务器的IP地址告诉本地域名服务器，让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询。
    • 顶级域名服务器在收到本地域名服务器的查询请求后
      • 要么给出所要查询的IP地址
      • 要么告诉本地服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询。
    • 最后，知道了所要解析的IP地址或报错，然后把这个结果返回给发起查询的主机。

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【3】案例

  • 假定域名为m.xyz.com的主机想知道另一个主机y.abc.com的IP地址。
    • 例如，主机m.xyz.com打算发送邮件给y.abc.com。
    • 这时就必须知道主机y.abc.com的IP地址。

（1）图2的几个查询步骤

  • 1、主机m.abc.com先向本地服务器dns.xyz.com进行递归查询。
  • 2、本地服务器采用迭代查询。它先向一个根域名服务器查询。
  • 3、根域名服务器告诉本地服务器，下一次应查询的顶级域名服务器dns.com的IP地址。
  • 4、本地域名服务器向顶级域名服务器dns.com进行查询。
  • 5、顶级域名服务器dns.com告诉本地域名服务器，下一步应查询的权限服务器dns.abc.com的IP地址。
  • 6、本地域名服务器向权限域名服务器dns.abc.com进行查询。
  • 7、权限域名服务器dns.abc.com告诉本地域名服务器，所查询的主机的IP地址。
  • 8、本地域名服务器最后把查询结果告诉m.xyz.com。

（2）整个查询过程共用到了8个UDP报文

  • 为了提高DNS查询效率，并减轻服务器的负荷和减少因特网上的DNS查询报文数量，在域名服务器中广泛使用了高速缓存，用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录。
  • 例如，在上面的查询过程中
    • 如果在m.xyz.com的主机上不久前已经有用户查询过y.abc.com的IP地址
    • 那么本地域名服务器就不必向根域名服务器重新查询y.abc.com的IP地址
    • 而是直接把告诉缓存中存放的上次查询结果(即y.abc.com的IP地址)告诉用户。
  • 由于名字到地址的绑定并不经常改变，为保持告诉缓存中的内容正确，域名服务器应为每项内容设置计时器并处理超过合理时间的项(例如每个项目两天)。
    • 当域名服务器已从缓存中删去某项信息后又被请求查询该项信息，就必须重新到授权管理该项的域名服务器绑定信息。
    • 当权限服务器回答一个查询请求时，在响应中都指明绑定有效存在的时间值。增加此时间值可减少网络开销，而减少此时间值可提高域名解析的正确性。
  • 不仅在本地域名服务器中需要高速缓存，在主机中也需要。
    • 许多主机在启动时从本地服务器下载名字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名字时才使用域名服务器。
    • 维护本地域名服务器数据库的主机应当定期地检查域名服务器以获取新的映射信息，而且主机必须从缓存中删除无效的项。
    • 由于域名改动并不频繁，大多数网点不需花精力就能维护数据库的一致性。

【4】小结

img

【三】DNS解析流程举例

【1】DNS解析流程

img

【2】DNS查询类型

  • DNS的查询类型有20种，比较常用的查询类型有有A,NS,CNAME,PTR，MX等五种类型。
  • 以下分别介绍五种类型：
    • 1）A:由DNS域名到IP地址的查询，即正向查询，编程中由函数gethostbyname实现。
    • 2）PTR：由IP到域名的查询，即逆向查询，编程中由函数gethostbyaddr。
    • 3）NS:查询解析的名字服务器（Name server）。
    • 4）CNAME：查询DNS的别名。
    • 5）MX:邮箱服务器查询。

【3】DNS资源记录

  • 记录一条域名信息映射关系，称之为资源记录（RR）。
  • 当我们查询域名http://www.zdns.cn的时候，查询结果得到的资源记录结构体中有如下数据：
    • 1、TTL，就是生存周期，是递归服务器会在缓存中保存该资源记录的时长。
    • 2、网络/协议类型，它的代表的标识是IN，IN就是internet，目前DNS系统主要支持的协议是IN。
    • 3、type，就是资源记录类型，一般的网站都是都是A记录（IPv4的主机地址）。
    • 4、rdata是资源记录数据，就是域名关联的信息数据。

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【四】DNS缓存

  • DNS缓存指DNS返回了正确的IP之后，系统就会将这个结果临时储存起来。并且它会为缓存设定一个失效时间 (例如N小时)，在这N小时之内，当你再次访问这个网站时，系统就会直接从你电脑本地的DNS缓存中把结果交还给你，而不必再去询问DNS服务器，变相“加速”了网址的解析。
  • 当然，在超过N小时之后，系统会自动再次去询问DNS服务器获得新的结果。所以，当你修改了 DNS 服务器，并且不希望电脑继续使用之前的DNS缓存时，就需要手动去清除本地的缓存了。

【五】DNS缓存分类

  • 1）浏览器DNS缓存（内存中): 浏览器会按照一定频率缓存DNS记录
  • 2）本地操作系统DNS缓存(内存中): 如果浏览器缓存中找不到需要的DNS记录，那就去操作系统找。
  • 3）本地HOSTS文件（硬盘中）: Windows系统中位于C:\Windows\System32\drivers\etc
  • 4）路由器指定的DNS(远程): 路由器自动获取DNS地址，也可以手动修改-登录后台设置DNS服务器地址 　　ps：路由器DNS被篡改会造成域名劫持，你访问的网址都会被定位到同一个位置，但是IP直接可以访问
  • 5）ISP的DNS服务器（远程）: ISP(Internet Service Provider互联网服务提供商、联通电信移动)，ISP有专门的DNS服务器应 对DNS查询请求 6）根服务器（远程，跨国）: ISP的DNS服务器还找不到的话，它就会向根服务器发出查询请求

调用系统缓存需要跨进程，消耗大，因此为了解析速度的方便，就有了一系列缓存来加快IP查找速度。

【六】浏览器DNS查找顺序

  • 浏览器DNS缓存->本地系统DNS缓存->本地计算机HOSTS文件->ISP DNS缓存->递归or迭代搜索
  • 期间如果查询到了，也就直接访问ip地址了，这个就像三级缓存原理一样，例如，能够在hosts文件中找到就不会再去查其他的

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【七】清除DNS缓存

【1】打开cmd执行命令

ipconfig /all

【2】查看本地dns缓存命令

ipconfig /displaydns

【3】清除本地dns缓存命令

ipconfig /flushdns

【4】清除浏览器缓存

  • 我们在开发的时候，有时候会给某个域名绑hosts，用于本地开发测试，但是绑了之后，用谷歌浏览器访问会发现并没有生效，按F12会发现访问的还是线上的ip，说明浏览器是有该域名的dns缓存的
  • 那么如何清除浏览器的dns缓存呢？

（1）针对谷歌浏览器

  • 谷歌浏览器清除方法如下：
    • 打开浏览器，访问如下地址：chrome://net-internals/#dns
    • 点击 clear host cache，就清楚了浏览器的dns缓存，再访问绑hosts的域名，就会发现ip变啦

（2）针对火狐浏览器

  • 如果是firefox火狐浏览器的话，可以按照以下方式：
    • 在地址栏中 about:config 并回车，可能会出现一个警告信息，直接点击按钮进入，会出现firefox的所有配置信息
    • 通过搜索dns 进行过滤，可以看到一项名为 network.dnsCacheExpirationGracePeriod 项，它对应的值就是DNS缓存的时间，
    • 双击此项，会出现修改的提示框，填入 0 （不缓存DNS）即可。

【补】全国通用DNS地址

【1】国内用户推荐使用(速度较快)

  • 首先DNS服务器地址添：114.114.114.114 (位于北京人民英雄纪念碑）
  • 备用DNS服务器地址添：114.114.115.115

【2】全球通用DNS地址(此DNS地址为谷歌服务器的)

  • 首选DNS服务器地址添：8.8.8.8
  • 备用DNS服务器地址添：8.8.4.4

【补】13台根DNS

  • A.root-servers.net198.41.0.4美国
  • B.root-servers.net192.228.79.201美国（另支持IPv6）
  • C.root-servers.net192.33.4.12法国
  • D.root-servers.net128.8.10.90美国
  • E.root-servers.net192.203.230.10美国
  • F.root-servers.net192.5.5.241美国（另支持IPv6）
  • G.root-servers.net192.112.36.4美国
  • H.root-servers.net128.63.2.53美国（另支持IPv6）
  • I.root-servers.net192.36.148.17瑞典
  • J.root-servers.net192.58.128.30美国
  • K.root-servers.net193.0.14.129英国（另支持IPv6）
  • L.root-servers.net198.32.64.12美国
  • M.root-servers.net202.12.27.33日本（另支持IPv6）

【补】各个域名后缀含义

  • https://jingyan.baidu.com/article/1974b289a649daf4b1f774cb.html
  • 从国家范围看：
    • .com域名是国际域名，全球通用顶级域名；
    • .cn是国内域名，此域名由中国互联网络管理中心"(CNNIC)发放与注册登记，美国的则是.us
  • 从域名顶级类别看：
    • .com 是国际顶级域名；
    • .cn 是国家级顶级域名

UTF-8

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标签：网络通信,缓存,实现,查询,域名,DNS,IP地址,服务器
From： https://www.cnblogs.com/banchengyanyu/p/17958594

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