DNS 服務器

在現實世界中，當您進行閱覽新聞、在線下單、下載文件或觀看直播時，您需要通過訪問域名來訪問目標網站，例如 youtube.com、google.com 等。您只需記住這些網站的名稱，而非它們的 IP 地址，因為與網站名稱相比，IP 地址是很難記住的。因此，您需要一個作為 DNS 服務器的網站/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。如果 DNS 服務器出現故障，整個 Internet 網絡都將關閉。

另外，上網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器，延遲會非常大。因此，DNS 服務器必須設置為高可用、高并發和分布式的。

因此，它應具有如下樹狀層次結構：

• 根 DNS 服務器：返回頂級域 DNS 服務器的 IP 地址。
• 頂級域 DNS 服務器：返回權威 DNS 服務器的 IP 地址。
• 權威 DNS 服務器：返回對應主機的 IP 地址。

DNS 解析過程

為了提高 DNS 解析性能，許多網絡會根據位置部署 DNS 緩存服務器。DNS 解析過程如下：（這里以訪問 google.com 為例）

• 客戶端會發出 DNS 請求，詢問 google.com 的 IP 是什么，它會先在瀏覽器緩存中查找 google.com 的 IP 地址。
• 然后請求將被發送到本地 DNS 服務器。本地 DNS 服務器由您的網絡服務供應商 (ISP, Internet Service Provider) 自動分配，這通常是您的 ISP 提供的路由器。
• 本地 DNS 服務器收到來自客戶端的 DNS 請求，它會在其緩存中查找 google.com 的 IP 地址。如果它可以找到對應的條目，它將直接將 IP 地址返回給客戶端。否則，本地 DNS 服務器會詢問它的根域名服務器：“你能告訴我 google.com 的 IP 地址嗎”？根域名服務器作為最高級別的 DNS 服務器，全球共 13 臺。它不會直接解析域名，而起到一個“指路”的作用。
• 根 DNS 服務器收到本地 DNS 的請求，發現要查找域名的后綴是 .com，然后告訴本地 DNS 服務器：“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 區域的頂級域 DNS 服務器的 IP 地址，去找它問吧”。
• 本地 DNS 服務器轉向 .com 區域的頂級域名服務器，并請求 google.com 的 IP 地址。頂級 .com 區域 DNS 服務器再次為該請求指明了方向。它提供了負責 google.com 的權威 DNS 服務器的 IP 地址。
• 本地 DNS 服務器然后轉向了權威 DNS 服務器并詢問 google.com 的 IP 地址。這次，google.com 的權威 DNS 服務器是域名解析結果的原始來源。它會將 google.com 的 IP 地址直接返回到本地 DNS 服務器。
• 然后本地 DNS 服務器將 IP 返回給客戶端并將其緩存。至此，DNS 解析完成。

總結一下，我畫了下面這張圖：

DNS 負載均衡

內部負載均衡

DNS 服務器首先進行內部負載均衡。比如，應用要訪問數據庫，應該在應用中配置數據庫的 IP 地址，還是應該配置數據庫的域名呢？

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

但是，如果配置了域名，只要在 DNS 服務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。

在此基礎上，我們可以走得更遠。例如，如何在訪問它的多個應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，就可以實現負載均衡了。

全局負載均衡

為了保證我們的應用程序的高可用性，它們經常被部署在多個計算機數據中心，而每個地方都會有自己的 IP 地址。

當用戶訪問一個域名時，這個 IP 地址可以輪詢多個數據中心。如果某個數據中心由于某種原因宕機了，只要在 DNS 服務器中刪除該數據中心對應的 IP 地址即可。這樣就可以實現一定程度的高可用。

另外，我們肯定希望紐約的用戶訪問紐約的數據中心，西雅圖的用戶訪問西雅圖的數據中心，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，假設全國有多個地區，每個地區都有三個可用區域。

• 當客戶端要訪問 app.metaleap.com 時，需要將域名轉換為 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 服務器。
• 本地 DNS 服務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 服務器遞歸查找 .com 的頂級域名服務器，直到找到 metaleap.com 的權威 DNS 服務器，交給本地 DNS 服務器。權威 DNS 服務器通常會返回真實 IP 地址。

對于不需要全局負載均衡的簡單應用，metaleap.com 的權威 DNS 服務器可以直接將域名 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簡單的負載均衡。

但是對于復雜的應用，尤其是跨區域、跨數據中心的大型應用，需要更復雜的全局負載均衡機制，這需要專門的設備或服務器來做這件事——全局負載均衡器（GSLB，Global Load Balancer）。

在 metaleap.com 的 DNS 服務器中，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負載均衡。

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

結論

DNS 是網絡世界的通訊錄，可以通過域名搜索地址，因為域名服務器是按樹狀結構組織的，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、數據中心和區域的全局負載均衡。