面试题：网络编程中，DNS域名解析系统在TCP/IP协议栈中的工作流程是怎样的？

Question

请详细描述在网络编程场景下，当一个应用程序发起DNS域名解析请求时，DNS域名解析系统在TCP/IP协议栈中从客户端到服务器端，再到返回结果的整个工作流程。

Answer 1

1. 客户端发起请求：
   • 应用程序调用系统的DNS解析函数（如getaddrinfo等），向本地DNS客户端库发起域名解析请求。例如，在C语言中，getaddrinfo函数会传递需要解析的域名和端口等参数。
   • 本地DNS客户端库会构建一个DNS查询报文。DNS查询报文包含查询头部和查询问题部分，查询头部中有标识号、标志位等信息，查询问题部分包含要查询的域名和查询类型（如A记录查询IP地址，MX记录查询邮件交换器等）。
   • 本地DNS客户端库将构建好的DNS查询报文发送到本地DNS服务器。这个过程通常使用UDP协议（在某些情况下，当查询报文过大超过UDP最大长度限制时会使用TCP），通过本地网络接口发送出去。
2. 本地DNS服务器处理：
   • 本地DNS服务器接收到客户端的DNS查询报文。它首先检查自己的DNS缓存。如果缓存中存在该域名的解析记录，并且该记录没有过期，本地DNS服务器直接将缓存中的结果作为响应报文返回给客户端。
   • 如果缓存中没有该域名的解析记录，本地DNS服务器会成为一个递归查询者。它会向根DNS服务器发起查询请求。根DNS服务器是全球DNS系统的顶级服务器，它们知道所有顶级域名服务器（如.com、.org、.cn等）的地址。
3. 根DNS服务器响应：
   • 根DNS服务器接收到本地DNS服务器的查询请求后，根据查询的域名，判断该域名属于哪个顶级域名服务器管辖，并将对应的顶级域名服务器地址返回给本地DNS服务器。
4. 顶级域名服务器处理：
   • 本地DNS服务器收到根DNS服务器返回的顶级域名服务器地址后，向顶级域名服务器发起查询请求。顶级域名服务器负责管理特定顶级域名（如.com、.net等）下的权威域名服务器信息。
   • 顶级域名服务器根据查询的域名，判断该域名属于哪个权威域名服务器管辖，并将对应的权威域名服务器地址返回给本地DNS服务器。
5. 权威域名服务器处理：
   • 本地DNS服务器收到顶级域名服务器返回的权威域名服务器地址后，向权威域名服务器发起查询请求。权威域名服务器是对特定域名具有最终解释权的服务器，它保存着该域名的真实解析记录。
   • 权威域名服务器接收到查询请求后，查找并返回该域名的解析结果（如IP地址等）给本地DNS服务器。
6. 本地DNS服务器返回结果：
   • 本地DNS服务器收到权威域名服务器返回的解析结果后，将结果缓存起来（以便下次有相同查询时可以直接使用），并构建一个DNS响应报文。DNS响应报文包含响应头部和资源记录部分，资源记录中包含了查询到的域名解析结果。
   • 本地DNS服务器将DNS响应报文通过UDP（或TCP）协议返回给客户端。
7. 客户端接收结果：
   • 客户端的DNS客户端库接收到本地DNS服务器返回的DNS响应报文，解析响应报文获取域名解析结果（如IP地址），并将结果返回给调用的应用程序。应用程序得到解析后的IP地址后，就可以使用该IP地址进行后续的网络连接等操作。