听说DNS根服务器只有13台，科学吗？
接上一篇文章《DNS中有哪些值得学习的科学吗优秀设计》 最后遗留的两个问题
。 • 从抓包可以看出
，听说DNS在传输层上使用了UDP协议 ，服务那它只用UDP吗 ？有台 • DNS的IPV4根域名只有13个 ，这里面其实有不少都部署在漂亮国 ，科学吗那是听说不是意味着 ，只要他们不高兴了 ，服务切断我们的有台访问，我们的科学吗网络就得瘫痪了呢？ 我们来展开今天的话题 。高防服务器 当我们执行dig www.baidu.com时，操作系统会发出dns请求 ，服务去询问www.baidu.com域名对应的有台IP是多少 。 cmd A . 此时 ，从抓包上来看 ，听说DNS作为应用层协议，服务在传输层确实是用了UDP协议
。 传输层使用了UDP协议 但是 ，其实 RFC 5966 中提到 。 rfc5966 也就是源码下载说虽然我们大部分情况下看到DNS使用UDP
，但其实DNS也是支持TCP的 。 当我们在dig命令里加上+tcp的选项时 ，就可以强制DNS查询使用TCP协议进行数据传输 。 cmd A . 此时再次抓包 。 传输层使用了TCP协议 可以发现 ，在传输层，DNS使用了TCP协议 。 那么问题就来了 。 为什么有UDP了还要用到TCP ？ 我们知道网络传输就像是在某个管道里传输数据包，这个管道有一定的粗细 ，模板下载叫MTU 。超过MTU则会在发送端的网络层进行切分 ，然后在接收端的网络层进行重组 。而重组是需要有个缓冲区的
，这个缓冲区的大小有个最小值 ，是576Byte
。 IP层分片后传输会加大丢包的概率 ，且IP层本身并不具备重传的功能
，服务器租用因此需要尽量避免IP层分片
。 如果传输过程中真的发生了分片 ，需要尽量确保能在接收端顺利重组，于是在最保险的情况下 ，将MTU设置为576
。（有些过于谨慎，现在大部分场景下MTU=1500） 。 基于这样的前提
，这个MTU长度刨去IP头和UDP头 ，大约剩下512Byte 。 所以才有了RFC1035中提到的，源码库在UDP场景下
，DNS报文长度不应该超过512Byte 。 超过则会被截断
。那数据包就不完整了
，可能会导致下游没法正常解析数据 。 但不可避免的是 ，总会有需要传大量数据的场景 。 怎么办呢
？那就改用TCP吧 。 因为TCP本身会分段 ，分段后的长度正好小于等于MTU的长度
。并且丢包后还会重传
，云计算因此可以确保数据正常传输 。 所以说数据包长度大于512时，DNS就需要使用TCP协议进行传输 。 那既然TCP那么好
，为什么不全用TCP？ 我们可以对比上面UDP和TCP的那两张图 ，会发现 ，除了DNS的请求和响应两个数据包，TCP场景下还多了三次握手和四次挥手这几个包。 咋一看好像也不算特别多 。 我们再回去看下
，通过DNS协议去查询域名对应的IP的过程 。 将查询过程细分的话 ，是可以分为迭代查询和递归查询的 。 迭代查询和递归查询是什么 迭代查询是指
，发出DNS后 ，对方如果不知道这个域名的IP是什么，会告诉我有可能知道这件事的机器的IP
，我自己再去问有可能知道的机器，不断重复直到问到结果 。 递归查询是指 ，发出DNS请求后 ，要求对方查好后直接给出最终结果
。 看起来递归查询好像很方便 ，但其实是将查询的过程转嫁给了其他DNS服务器 。所以很多时候，这两者是同时存在的 。 举个例子 。 迭代查询和递归查询 比如还是查询www.baidu.com对应的IP。 那本机在发出DNS请求时 ，会要求最近的DNS服务器将结果查好了再给回本机（step1）
，所以这时候是要求的递归查询
。 本机是轻松了 ，然而最近的DNS服务器（有可能是你的家用路由器）却需要忙活起来了 ，它需要采用迭代查询的方式 ，最坏的情况下
，它需要 ： step2: 查询根域名服务器 step3: 拿到根域名服务器返回的一级域名（com）服务器IP ， step4: 再去查询一级域（com）服务器 step5: 得到二级域（baidu）服务器的IP step6: 查询二级域（baidu）服务器 step7: 得到三级域（www）服务器的IP step8: 查询三级域（www）服务器 step9: 得到www.baidu.com服务器的IP 此时DNS服务器在将结果放入缓存后 ，会将结果给回本机（step10） 。 可以看到 ，迭代查询和递归查询在这个场景中其实是同时存在的
。 迭代查询和递归查询的报文特征 这在DNS的报头里也有体现 。 DNS报文 我们需要关注的是Flags字段中的RD和RA字段。 RD（Resursion Desired）是指客户端期望的查询方式
。 • 0 ：表示迭代查询 • 1 ：表示递归查询 RA（Recursion Available）是指服务端实际采用的查询方式，它只会在响应包里出现 。 回到为什么DNS不全部改用TCP的问题上。 我们可以看到
，DNS请求中 ，涉及到的服务器其实非常多 。 如果都用TCP的话，那就都需要三次握手建立连接 ，四次挥手断开连接
。 对于递归查询的那一方
，其实还好 ，因为只会建立一次连接
，发出一次请求接收一次响应就完事了
。 但对于迭代查询的一方 ，就需要与众多服务器重复建立和断开连接 。性能会有很大影响 。 这时候估计大家也会想问
。 那是不是不断开TCP连接 ，下次复用就好了
？ 不太好。 因为大部分URL所涉及到的域名服务器都不太相同
，比如 www.baidu.com和www.xiaobaidebug.top涉及到的一、二
、三级域名服务器就不一样，因此也没必要维护TCP长链接做复用 。 所以相比之下，在数据量较小的场景下，使用UDP就可以省下握手挥手的消耗，因此UDP才是更优解 。 确实是的。 问题又来了 。 这个，单纯是历史原因了 。上面提到基于UDP的DNS报文不应该超过512Byte ，刨去DNS本身的报头信息，算下来大概能放13个IP（IPV4）。 具体的计算过程不太重要
，我就省略了 ，对计算过程感兴趣的话，可以看下这篇文章最下面的参考文献 。 虽然现在大部分机器MTU=1500了 ，但由于还可能存在MTU=576的机器 ，需要向前兼容
，因此也不建议随意调整。 但问题叒来了
。 退一万步，就算所有机器的MTU都到1500了
，是不是就没这个限制了 ？ 嗯，从这个角度来说 ，确实可以加，但没必要 。 我们需要思考下为什么要加 ？ 是因为觉得13个IP对应13台服务器 ，压力太大了吗
？ 还是说出于其他不可明说的因素考虑 ？ 比如 ，很久以前看电视的时候 ，有位砖家提到"全球DNS根服务器只有13台 ，其中x台部署在漂亮国，只要它们切断访问，那我们的网络就会受影响balabala" 。 但其实
，13个IP不代表只有13台服务器 。准确点来说 ，应该说是13组服务器 ，每个组都可以无限扩展服务器的个数，多个服务器共用同一个IP 。 这里面其实涉及到一个叫任播的技术 。 任播是什么 我们知道 ，在传输的过程中 ，一台机器发消息给另一台机器 ，这叫单播（unicast） 。 单播 一台机器 ，发消息给本地网段的所有机器 ，那叫广播（broadcast）。 广播 这两个都很常见
，应该都没问题 。 一台机器 ，发消息给的所有符合条件的目的机器里的其中一台 ，那叫任播（anycast）。 任播 我们知道 ，全世界的网络设备 ，放在一起就形成了一个网状结构 ，这也是网络这个名称的由来 。 我们假设有这么一个路由器
，它想要访问某个IP的机器。从路由器到目的机器有非常多条路径 ，路由器可以通过跳数等信息来计算每条路径的成本
，得到最优的路径。将最优路径汇成一张表，也就是我们常说的路由表
。 比如下面的图里
，绿色的线和红色的线都能到达同样的目的地 ，但显然 ，绿色的路径更短
，所以路由表记录了成本更低的绿色路线
。 路由表记录更短的路径 那么现在假设我们将这个网状结构里的两个点的网络IP设为一样，路由器其实不知道这是两个不同的机器
，对它来说
，这只是两条不同的路径 ，但都是通向同一个IP 。 不同路径抵达同一个IP地址 这两条路径都能到同一个IP，因此打到任意一个服务都能拿到想要的信息
，从而实现了任播
。 现在我们再加个条件 ，路由器和其中一台机器都在国内
，另一台机器在国外 。对路由器来说，由于国内的机器离得近 ，传输成本低
，而国外的机器远，传输成本高 ，所以路由器生成的最优路线是打到国内的机器 。 基于这样的思路
，我们只要镜像一份国外的DNS域名服务器信息到国内机房里 。我们就不再需要请求国外服务器了 。 所以 ，就算其他国家的根域名服务器挂了 ，也不会对我们有什么影响
，事实上国内已经有非常多的镜像服务器了 ，稳得很。 那稍微扩展一下，假设在上海和广东都设置了相同IP的镜像服务
，那对于上海的用户来说，他们的路由器会优先将请求打到上海的镜像服务。而广东的用户则会优先打到广东的机器里 ，从而实现了就近访问
。 上海的镜像服务挂了 ，那对应的上海用户路由器里的路由表 ，就会将路径更新为广东的镜像机器 。上海用户的请求就会打到广东的镜像服务中 。从而实现高可用（或者说灾备）
。 看起来 ，利用任播既能做到负载均衡 ，还能实现高可用 ，这跟nginx很像啊 。 那么 ，问题就来了 。 既然有任播技术 ，那为什么还要用nginx ？ nginx作为常见的反向代理服务器 ，背后可以连N个服务端 。当客户端想要请求后端时
，客户端根本不需要知道是哪个服务器在为它提供服务 ，只管拿nginx最后返回的结果就行了 。像这种，屏蔽掉具体有哪些服务器的代理方式就是所谓的反向代理 。 反向代理 正因为不知道背后有哪些服务器，因此可以做到无限扩展 ，挂了一台其他也能顶上 ，因此实现了负载均衡和高可用 。 之前写过一篇文章《为什么有HTTP协议 ，还要有websocket协议
？》 ，提到过对于网络游戏场景 ，需要有服务器主动推数据到客户端 。由于nginx与客户端和服务端之间会建立TCP长链接，因此客户端在收到服务端的消息之后，能沿着这条连接响应服务端 。 而如果这时候不用nginx ，单纯使用任播 ，那服务器将消息主动推给客户端之后 ，客户端响应时
，消息不保证还能给回原来的服务器 。毕竟“任播”的含义就是 ，只要能访问任意一台服务器就行了 。 因此任播并不能代替nginx 。 当然这两个本来也不是一个维度的东西 ，拿来比较其实并不合适 ，我只是举了个反例来帮助大家捋一捋两者之间的差异 。 《Why 13 DNS root servers?》 https://miek.nl/2013/november/10/why-13-dns-root-servers/
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