什么是DNS？

域名系統(tǒng)DNS（Domain Name System）是Internet上解決網(wǎng)上機器命名的一種系統(tǒng)。就像拜訪朋友要先知道別人家怎么走一樣，Internet上當(dāng)一臺主機要訪問另外一臺主機時，必須首先獲知其地址，TCP/IP中的IP地址是由四段以英文的符號點“.”分開的數(shù)字組成(此處以IPv4的地址為例，IPv6的地址同理)，記起來總是不如名字那么方便，所以，就采用了域名系統(tǒng)來管理名字和IP的對應(yīng)關(guān)系。（以上來自度娘）

DNS 服務(wù)器

在現(xiàn)實世界中，當(dāng)你進行閱覽新聞、在線下單、下載文件或觀看直播時，你需要通過訪問域名來訪問目標(biāo)網(wǎng)站，例如 baidu.com、qq.com 等。你只需記住這些網(wǎng)站的名稱，而非它們的IP地址，因為與網(wǎng)站名稱相比，IP地址是很難記住的。因此，你需要一個作為DNS服務(wù)器的網(wǎng)站/域名地址本。

DNS 在日常生活中非常重要。每個在線的人都需要訪問它，但同時，這對它來說也是一個非常大的挑戰(zhàn)。如果DNS服務(wù)器出現(xiàn)故障，整個Internet網(wǎng)絡(luò)都將無法訪問。

另外，上網(wǎng)的人分布在世界各地，如果每個人都去同一個地方訪問某個服務(wù)器，延遲會非常大。因此，DNS服務(wù)器必須設(shè)置為高可用、高并發(fā)和分布式的。

因此，它應(yīng)具有如下樹狀層次結(jié)構(gòu)

根DNS服務(wù)器：返回頂級域DNS服務(wù)器的 IP 地址。

頂級域DNS服務(wù)器：返回權(quán)威DNS服務(wù)器的 IP 地址。

權(quán)威DNS服務(wù)器：返回對應(yīng)主機的 IP 地址。

DNS 解析過程

為了提高DNS解析性能，許多網(wǎng)絡(luò)會根據(jù)位置部署DNS緩存服務(wù)器。DNS 解析過程如下：（這里以訪問 baidu.com 為例）

客戶端會發(fā)出DNS請求，詢問 baidu.com 的 IP 是什么，它會先在瀏覽器緩存中查找 baidu.com 的 IP 地址。

然后請求將被發(fā)送到本地DNS服務(wù)器。本地DNS服務(wù)器由你的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商ISP （Internet Service Provider）自動分配，這通常是你的ISP提供的路由器。

本地DNS服務(wù)器收到來自客戶端的DNS請求，它會在其緩存中查找 baidu.com 的 IP 地址。如果它可以找到對應(yīng)的條目，它將直接將 IP 地址返回給客戶端。否則，本地DNS服務(wù)器會詢問它的根域名服務(wù)器：“你能告訴我 baidu.com的 IP 地址嗎？”根域名服務(wù)器作為最高級別的DNS服務(wù)器，全球共13臺。它不會直接解析域名，而起到一個“向?qū)А钡淖饔谩?

根DNS服務(wù)器收到本地DNS的請求，發(fā)現(xiàn)要查找域名的后綴是.com，然后告訴本地DNS服務(wù)器：“好的，你要找的既然是 .com后綴的域名，它是由 .com管理的。這里是 .com 區(qū)域的頂級域DNS服務(wù)器的 IP 地址，去找它問吧”。

本地DNS服務(wù)器轉(zhuǎn)向 .com 區(qū)域的頂級域名服務(wù)器，并請求 baidu.com 的 IP 地址。頂級 .com 區(qū)域DNS服務(wù)器再次為該請求指明了方向。它提供了負責(zé) baidu.com 的權(quán)威DNS服務(wù)器的 IP 地址。

本地DNS服務(wù)器然后轉(zhuǎn)向了權(quán)威DNS服務(wù)器并詢問 baidu.com 的 IP 地址。這次，baidu.com 的權(quán)威DNS服務(wù)器是域名解析結(jié)果的原始來源。它會將 baidu.com 的 IP 地址直接返回到本地DNS服務(wù)器。

然后本地DNS服務(wù)器將 IP 返回給客戶端并將其緩存。至此，DNS 解析完成。

DNS 負載均衡

內(nèi)部負載均衡

DNS 服務(wù)器首先進行內(nèi)部負載均衡。比如，應(yīng)用要訪問數(shù)據(jù)庫，應(yīng)該在應(yīng)用中配置數(shù)據(jù)庫的 IP 地址，還是應(yīng)該配置數(shù)據(jù)庫的域名呢？

很明顯，應(yīng)該配置域名，因為一旦數(shù)據(jù)庫因為某種原因換到另一臺機器上，如果多個應(yīng)用都配置了這個數(shù)據(jù)庫，一旦 IP 地址改變了，所有這些應(yīng)用都需要重新修改。

但是，如果配置了域名，只要在DNS服務(wù)器中將域名映射到一個新的 IP 地址就完成了這項工作，如此大大簡化了運維工作。

在此基礎(chǔ)上，我們可以走得更遠。例如，如何在訪問它的多個應(yīng)用程序之間進行負載均衡？只需將其配置為域名即可。在域名解析中，我們只需要配置策略，這次返回第一個 IP，下次返回第二個 IP，就可以實現(xiàn)負載均衡了。

全局負載均衡

為了保證我們的應(yīng)用程序的高可用性，它們經(jīng)常被部署在多個計算機數(shù)據(jù)中心，而每個地方都會有自己的 IP 地址。

當(dāng)用戶訪問一個域名時，這個 IP 地址可以輪詢多個數(shù)據(jù)中心。如果某個數(shù)據(jù)中心由于某種原因宕機了，只要在DNS服務(wù)器中刪除該數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的 IP 地址即可。這樣就可以實現(xiàn)一定程度的高可用。

另外，我們肯定希望紐約的用戶訪問紐約的數(shù)據(jù)中心，西雅圖的用戶訪問西雅圖的數(shù)據(jù)中心，這樣客戶體驗會非常好，訪問速度會超級快。這就是全局負載均衡的概念。

我們來看看它是如何工作的，假設(shè)全國有多個地區(qū)，每個地區(qū)都有三個可用區(qū)域。

當(dāng)客戶端要訪問 app.metaleap.com時，需要將域名轉(zhuǎn)換為 IP 地址才能訪問，所以需要請求本地DNS解析器。

本地DNS解析器首先檢查本地緩存是否有此記錄。如果有，直接使用。

如果沒有本地緩存，則需要請求本地DNS服務(wù)器。

本地DNS服務(wù)器也需要檢查本地是否有緩存，如果有則返回。

如果沒有本地 DNS，需要從根DNS服務(wù)器遞歸查找 .com 的頂級域名服務(wù)器，直到找到 metaleap.com 的權(quán)威DNS服務(wù)器，交給本地DNS服務(wù)器。權(quán)威DNS服務(wù)器通常會返回真實 IP 地址。

對于不需要全局負載均衡的簡單應(yīng)用，metaleap.com 的權(quán)威DNS服務(wù)器可以直接將域名 app.metaleap.com 解析為一個或多個 IP 地址，然后客戶端可以使用多個 IP 地址進行輪詢來實現(xiàn)簡單的負載均衡。

但是對于復(fù)雜的應(yīng)用，尤其是跨區(qū)域、跨數(shù)據(jù)中心的大型應(yīng)用，需要更復(fù)雜的全局負載均衡機制，這需要專門的設(shè)備或服務(wù)器來做這件事——全局負載均衡器（GSLB，Global Load Balancer）。

在 metaleap.com 的DNS服務(wù)器中，一般通過配置 CNAME，給 app.metaleap.com 起一個別名，如 app.vip.metaleap.com，然后告訴本地DNS服務(wù)器去請求 GSLB 來解析域名，GSLB 在解析這個域名的過程中，可以通過自己的策略來實現(xiàn)負載均衡。

圖中繪制了兩層 GSLB，分別為數(shù)據(jù)中心和區(qū)域。我們希望不同數(shù)據(jù)中心的客戶可以訪問同一數(shù)據(jù)中心的資源，以提高吞吐量并減少延遲。

結(jié)論

DNS 是網(wǎng)絡(luò)世界的通訊錄，可以通過域名搜索地址，因為域名服務(wù)器是按樹狀結(jié)構(gòu)組織的，所以域名搜索采用遞歸的方式，通過緩存來提升性能。

在域名和 IP 的映射過程中，應(yīng)用程序有機會進行基于域名的負載均衡，可以是簡單的負載均衡，也可以是基于地址、數(shù)據(jù)中心和區(qū)域的全局負載均衡。