【網路協議趣談】DNS協議域名決議和負載均衡

現在網站的數目非常多，如果全部用IP地址進行訪問，恐怕很難記住，于是，需要一個地址簿，根據名稱就可以查看具體的地址

例如，要去西湖邊的"外婆家飯店"，這就是名稱，然后通過地址簿查看到底是哪條路多少號

一、DNS服務?

在網路世界也是這樣的，肯定記得住網站的名稱，但是很難記住網站的IP地址，因而也需要一個地址簿，就是DNS服務?

由此可見，DNS在日常生活中多么重要，每個人上網都需要訪問它，但是同時，這對它來講也是非常大的挑戰，一旦它出了故障整個互聯網都將癱瘓，另外，上網的人分布在全世界各地，如果大家都去同一個地方訪問某一臺服務?，時延將會非常大，因而，DNS服務?一定要設定成高可用、高并發和分布式

于是，就有了這樣樹狀的層次結構

• 根DNS服務? ：回傳頂級域DNS服務?的IP地址
• 頂級域DNS服務?：回傳權威DNS服務?的IP地址
• 權威DNS服務? ：回傳相應主機的IP地址

二、DNS決議流程

為了提高DNS的決議性能，很多網路都會就近部署DNS快取服務?，于是，就有了以下的DNS決議流程

1. 電腦向本地DNS發起決議請求

電腦客戶端會發出一個DNS請求，問www.163.com的IP是啥啊，并發給本地域名服務?(本地DNS)
那本地域名服務?(本地DNS)是什么呢？如果是通過DHCP配置，本地DNS由網路服務商(ISP，如電信、移動等)自動分配，它通常就在網路服務商的某個機房

2. 本地DNS向根DNS發起決議請求

本地DNS收到來自客戶端的請求，可以想象這臺服務?上快取了一張域名與之對應IP地址的大表格
如果能找到www.163.com就直接就回傳IP地址
如果沒有，本地DNS會去問它的根域名服務?：“老大，能告訴我www.163.com的IP地址嗎？”，根域名服務?是最高層次的，全球共有13套，它不直接用于域名決議，但能指明一條道路

3. 根DNS告知本地DNS頂級DNS服務?的地址

根DNS收到來自本地DNS的請求，發現后綴是 .com，說：“哦，www.163.com啊，這個域名是由.com區域管理，給你它的頂級域名服務?的地址，你去問問它吧”

4. 本地DNS向頂級DNS發起決議請求

本地DNS轉向問頂級域名服務?：“老二，能告訴我www.163.com的IP地址嗎？”，頂級域名服務?就是大名鼎鼎的比如 .com、.net、 .org這些一級域名，它負責管理二級域名，比如163.com，所以它能提供一條更清晰的方向

5. 頂級DNS告知本地DNS權威DNS服務器的地址

頂級域名服務?說：“我給你負責www.163.com區域的權威DNS服務?的地址，你去問它應該能問到”

6. 本地DNS向權威DNS發起決議請求

本地DNS轉向問權威DNS服務?：“您好，www.163.com對應的IP是啥呀？”，163.com的權威DNS服務?，它是域名決議結果的原出處，為啥叫權威呢？就是我的域名我做主

7. 權威DNS告知本地DNS服務對應的IP地址

權威DNS服務?查詢后將對應的IP地址x.x.x.x告訴本地DNS

8. 本地DNS回傳給客戶端IP地址

本地DNS再將IP地址回傳客戶端，客戶端和目標建立連接

至此，完成了DNS的決議程序，現在總結一下并將整個程序畫成了一個圖

三、負載均衡

站在客戶端角度，這是一次DNS遞回查詢程序，因為本地DNS全權為它效勞，它只要坐等結果即可，在這個程序中，DNS除了可以通過名稱映射為IP地址，它還可以做另外一件事，就是負載均衡

還是以訪問“外婆家飯店”為例，“外婆家飯店"可能有很多地址，因為它在杭州都可以有很多家，所以，如果一個人想去"外婆家飯店”，他可以就近找一家店，而不用大家都去同一家，這就是負載均衡

3.1 內部負載均衡

DNS首先可以做內部負載均衡

例如，一個應用要訪問資料庫，在這個應用里面應該配置這個資料庫的IP地址，還是應該配置 這個資料庫的域名呢？顯然應該配置域名，因為一旦這個資料庫因為某種原因，換到了另外一臺機?上，而如果有多個應用都配置了這臺資料庫的話，一換IP地址就需要將這些應用全部修改一遍，但是如果配置了域名，則只要在DNS服務?里將域名映射為新的IP地址，這個作業就完成了，大大簡化了運維

在這個基礎上，可以再進一步，例如，某個應用要訪問另外一個應用，如果配置另外一個應用的IP地址，那么這個訪問就是一對一的，但是當被訪問的應用撐不住的時候，其實可以部署多個，但是，訪問它的應用如何在多個之間進行負載均衡？只要配置成為域名即可，在域名決議時只要配置策略，這次回傳第一個IP，下次回傳第二個IP，就可以實作負載均衡

3.2 全域負載均衡

另外一個更加重要的是，DNS還可以做全域負載均衡

為了保證應用高可用，往往會部署在多個機房，每個地方都會有自己的IP地址，當用戶訪問某個域名的時候，這個IP地址可以輪詢訪問多個資料中心，如果一個資料中心因為某種原因掛了，只要在DNS服務?里面，將這個資料中心對應的IP地址洗掉，就可以實作一定的高可用

另外，肯定希望北京的用戶訪問北京的資料中心，上?的用戶訪問上?的資料中心，這樣客戶體驗就會非常好，訪問速度就會超快，這就是全域負載均衡的概念

四、示例：DNS訪問資料中心中物件存盤上的靜態資源

通過DNS訪問資料中心中物件存盤上的靜態資源為例，看一看整個程序

4.1 多資料中心資料部署

假設全國有多個資料中心，托管在多個運營商，每個資料中心三個可用區(Available
Zone)，物件存盤通過跨可用區部署，實作高可用性，在每個資料中心中都至少部署兩個
內部負載均衡?，內部負載均衡?后面對接多個物件存盤的前置服務?(Proxy-server)

4.2 客戶端域名決議的程序

1. 當一個客戶端要訪問object.yourcompany.com的時候，需要將域名轉換為IP地址進行訪問，所以它要請求本地DNS決議?

2. 本地DNS決議?先查看看本地的快取是否有這個記錄，如果有則直接使用，因為上面的程序太復雜，如果每次都要遞回決議則非常麻煩

3. 如果本地無快取，則需要請求本地的DNS服務?

4. 本地的DNS服務?一般部署在你的資料中心或者你所在的運營商的網路中，本地DNS服務?也需要看本地是否有快取，如果有則回傳，因為它也不想把上面的遞回程序再走一遍

5. 至7.如果本地沒有，本地DNS才需要遞回地從根DNS服務?，查到.com的頂級域名服務 ?，最終查到yourcompany.com的權威DNS服務?給本地DNS服務?，權威DNS服務?按說會回傳真實要訪問的IP地址

4.3 簡單負載均衡

對于不需要做全域負載均衡的簡單應用來講，yourcompany.com的權威DNS服務?可以直接將 object.yourcompany.com這個域名決議為一個或者多個IP地址，然后客戶端可以通過多個IP地址進行簡單的輪詢，實作簡單的負載均衡

4.4 全域負載均衡?

但是對于復雜的應用，尤其是跨地域跨運營商的大型應用，則需要更加復雜的全域負載均衡機制，因而需要專門的設備或者服務?來做這件事情，這就是全域負載均衡?(GSLB， Global Server Load Balance)

在yourcompany.com的DNS服務?中，一般是通過配置CNAME的方式，給object.yourcompany.com起一個別名，例如object.vip.yourcomany.com，然后告訴本地DNS服務?，讓它請求GSLB決議這個域名，GSLB就可以在決議這個域名的程序中，通過自己的策略實作負載均衡

圖中畫了兩層的GSLB，是因為分運營商和地域，因此希望不同運營商的客戶，可以訪問相同 運營商機房中的資源，這樣不跨運營商訪問有利于提高吞吐量，減少時延

4.5 GSLB的處理流程

1. 第一層GSLB，通過查看請求它的本地DNS服務?所在的運營商，就知道用戶所在的運營 商，假設是移動，通過CNAME的方式，通過另一個別名object.yd.yourcompany.com告訴本地DNS服務?去請求第二層的GSLB

2. 第二層GSLB，通過查看請求它的本地DNS服務?所在的地址，就知道用戶所在的地理位 置，然后將距離用戶位置比較近的Region里面，六個內部負載均衡(SLB，Server Load Balancer)的地址回傳給本地DNS服務?

3. 本地DNS服務?將結果回傳給本地DNS決議?

4. 本地DNS決議?將結果快取后，回傳給客戶端

5. 客戶端開始訪問屬于相同運營商的距離較近的Region 1中的物件存盤，當然客戶端得到了六個IP地址，它可以通過負載均衡的方式，隨機或者輪詢選擇一個可用區進行訪問，物件存盤一般會有三個備份，從而可以實作對存盤讀寫的負載均衡

五、小結

關于DNS協議的內容總結一下：

• DNS是網路世界的地址簿，可以通過域名查地址，因為域名服務?是按照樹狀結構組織的，因此域名查找是使用遞回的方法，并通過快取的方式增強性能
• 在域名和IP的映射程序中，給了應用基于域名做負載均衡的機會，可以是簡單的負載均衡， 也可以根據地址和運營商做全域的負載均衡