抓包理解 DNS 流程和 CDN 原理
DNS （Domain Name System）是我們每天都用到的協議，CDN （Content Delivery Network）也經常會接觸到，但你能說出它們的原理麼？
能說出原理的話，有抓包看過它們真實的數據包麼？
今天我們就一起通過抓包來深入下 DNS 流程和 CDN 原理吧。
DNS 實現原理
DNS 的流程可以看這張圖：
瀏覽器訪問了某個域名，首先會查找瀏覽器緩存、本地 hosts 文件、DNS 緩存，沒有找到的話再去請求本地 DNS 服務器，由它負責完成域名的解析。
本地 DNS 會依次請求根域名服務器拿到對應的頂級域名服務器的地址，然後請求頂級域名服務器，拿到權威域名服務器的地址，之後權威域名服務器會返回最終的 IP 給本地 DNS 服務器，由它再返給瀏覽器。
比如說 baidu.com 這個域名，根域名是 .，頂級域名（也叫一級域名）是 com，而二級域名是 baidu.com，那會先向根域名服務器查找 com 的頂級域名服務器的地址，然後再向 com 的頂級域名服務器查找 baidu.com 的權威域名服務器的地址。
有的同學可能會問，那 image.baidu.com 或者 xx.yy.zz.baidu.com 呢？
二級域名和更多級的域名都在權威域名服務器解析，域名服務器只有三級。
因爲域名服務器之所以這樣分級是爲了通過負載均衡來分散壓力，具體的域名解析都是由各自的權威域名服務器來處理的，根域名和頂級域名服務器只是做了個轉發。
三級就已經能達成目的了，更多級可以自己分，比如後面會講的 CDN 服務就是自己做了更多級的負載均衡。
說到了 CDN，那 CDN 與 DNS 是啥關係呢？
CDN 的實現原理
CDN 不是一種協議，只是基於 DNS 協議實現的一種分佈式網絡。
前面說到根域名和頂級域名服務器只是做了轉發，最終域名解析都是在權威域名服務器做的。
那權威域名服務器是不是可以再做一層轉發呢？
比如下面是百度雲 CDN 的原理圖：
權威 DNS 服務器通過 CNAME 的配置（DNS 協議裏指定別名的方式）把請求轉發到了 baidu 的 DNS 服務器，baidu 的 DNS 服務器再根據 IP 返回用戶所在區域的一臺機器的 IP。
這樣用戶從這個域名下載內容的時候，就找到了最近的一臺機器，那速度自然快很多。
這就是 CDN 的原理。
大概介紹了 DNS 和 CDN 的實現原理，下面我們通過抓包來驗證下。
抓包驗證上述結論
我們一步步來，首先，前面講到這三級查找是對的麼？
瀏覽器緩存和 DNS 緩存真的存在麼？真的會查 hosts 文件麼？
我們用抓包工具來驗證下：
這種網絡包需要用 wireshark 來抓。
抓取網卡的數據包，過濾 DNS 的包：
刷新頁面就可以看到所有 DNS 數據包了：
然後你可以打開 chrome://net-internals/#dns ，查詢某個域名的瀏覽器 DNS 緩存：
點擊按鈕可以清掉瀏覽器 DNS 緩存：
這證明了瀏覽器緩存的存在。
我們再往下驗證，hosts 真的會生效麼？
修改下 hosts 文件，加個配置：
用 ping 命令試了下，真的生效了，這說明 DNS 確實會查詢 hosts 文件。
然後繼續驗證下系統的 DNS 緩存真的存在麼？
我 ping 了幾次 www.baidu.com，都沒有新的 DNS 數據包，說明確實是有緩存的。
可以執行這個命令清掉系統 DNS 緩存：sudo dscacheutil -flushcache; sudo killall -HUP mDNSResponder
我 ping 了兩次 www.baidu.com 都沒有 DNS 數據包，但是我一清空緩存，再 ping 就有了：
這驗證了系統級別的 DNS 緩存確實存在。
也就是說瀏覽器 DNS 緩存、hosts 文件、系統 DNS 緩存這三步確實都是會經歷的：
繼續往下看，本地 DNS 服務是啥？
這個可以在 “系統偏好設置> 網絡 > 高級” 裏看到：
確實是有本地 DNS 服務器的地址的，這個一般是運營商提供的，可能每個城市都有一些公共的。這一級也有緩存。
通過這層層緩存加上域名系統本身就是分佈式的，這種設計極大的減輕了 DNS 服務器的壓力，實現了高併發，這是我們每天都在用的高併發系統。
繼續往後看，這三級域名服務怎麼驗證呢？
可以 ping 一個不存在的域名，比如 ddd1111.com
這時候可以看到請求了 com 的域名服務器，地址是 a.gtld-server.net，沒錯，這個就是一個頂級域名服務器的域名。
但你再請求一個別的域名，你會發現它並沒有從根域名頂級域名開始查，而是直接從權威域名服務器開始的：
沒錯，這也是緩存，本地 DNS 服務器會把域名對應的權威域名服務器的 IP 緩存下來，直接去那裏查。
你會發現有的返回結果是 CNAME，值爲一個域名，這個 CNAME 是一種記錄類型，別名的意思。之後會再去這裏查，最後查到 A 的記錄類型，值就是 IP 了。
CDN 就是這麼實現的，我們來看一個真實的 CDN 的 DNS 查詢的例子：
這是 www.baidu.com 的 DNS 查詢結果：
你會發現先通過 CNAME 指向了另一個域名，然後這個域名又給了兩條 IP 的結果。
對照下 CDN 的原理圖，就知道這倆 IP 都是離用戶最近的服務器的 IP 了：
這就是 CDN 的原理。
再來看個 www.juejin.cn 的，他也是用了 CDN 的：
也是同樣 CNAME 指向了 CDN 的 DNS 服務器，然後返回了就近的一些服務器的 IP，只不過它的負載均衡的機器更多一些。
總結
我們通過 wireshark 抓包的方式，驗證了 DNS 的流程和 CDN 的實現原理。
DNS 的流程是會先查找瀏覽器 DNS 緩存、hosts 文件、系統 DNS 緩存，然後請求本地 DNS 服務器，由它去一級級查詢最終的 IP：
CDN 是基於 DNS 的，在權威域名服務器做了 CNAME 的轉發，然後根據請求 IP 的所在地來返回就近區域的服務器的 IP。
這個流程是有一層層的緩存的，而且還是分佈式的，是我們接觸最多的高併發系統了。
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