DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用

摘要:
DNS数据库中的名称形成称为域名称空间的分层树结构。DNS域名层次结构根据用于在其功能命名空间中描述DNS域名的五个类别以及每种名称类型的示例,下表描述了DNS域名的组织。DNS查询以各种方式解决。DNS查询过程如下图所示。收到IP信息后,本地DNS服务器将联系负责的服务器。com域。

前段时间项目要做域名收敛,糊里糊涂的完成了,好多原理不清晰,现在整理搜集下知识点。

域名收敛的目的是什么?简单来说就是域名解析慢。那为什么解析慢?且听下文慢慢道来。

什么是DNS?

  DNS( Domain Name System)是“域名系统”的英文缩写,是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统,它用于TCP/IP网络,它所提供的服务是用来将主机名和域名转换为IP地址的工作。

DNS就是这样的一位“翻译官”,它的基本工作原理可用下图来表示。

DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用第1张

DNS域名称

    域名系统作为一个层次结构和分布式数据库,包含各种类型的数据,包括主机名和域名。DNS数据库中的名称形成一个分层树状结构称为域命名空间。域名包含单个标签分隔点,例如:im.qq.com。
完全限定的域名 (FQDN) 唯一地标识在 DNS 分层树中的主机的位置,通过指定的路径中点分隔从根引用的主机的名称列表。 下图显示与主机称为 im 内 qq.com DNS 树的示例。 主机的 FQDN 是 im.qq.com。
DNS 域的名称层次结构
DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用第2张

DNS域名称空间的组织方式


    按其功能命名空间中用来描述 DNS 域名称的五个类别的介绍详见下表中,以及与每个名称类型的示例。
DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用第3张

DNS 和 Internet 域

    互联网域名系统由名称注册机构负责维护分配由组织和国家/地区的顶级域在 Internet 上进行管理。 这些域名按照国际标准 3166。 一些很多现有缩写,保留以供组织中,以及两个字母和三个字母的国家/地区使用的缩写使用下表所示。一些常见的DNS域名称如下图:
DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用第4张

DNS服务的工作过程

当 DNS 客户机需要查询程序中使用的名称时,它会查询本地DNS 服务器来解析该名称。客户机发送的每条查询消息都包括3条信息,以指定服务器应回答的问题。
● 指定的 DNS 域名,表示为完全合格的域名 (FQDN) 。
● 指定的查询类型,它可根据类型指定资源记录,或作为查询操作的专门类型。
● DNS域名的指定类别。
    对于DNS 服务器,它始终应指定为 Internet 类别。例如,指定的名称可以是计算机的完全合格的域名,如im.qq.com,并且指定的查询类型用于通过该名称搜索地址资源记录。
    DNS 查询以各种不同的方式进行解析。客户机有时也可通过使用从以前查询获得的缓存信息就地应答查询。DNS 服务器可使用其自身的资源记录信息缓存来应答查询,也可代表请求客户机来查询或联系其他 DNS 服务器,以完全解析该名称,并随后将应答返回至客户机。这个过程称为递归。
    另外,客户机自己也可尝试联系其他的 DNS 服务器来解析名称。如果客户机这么做,它会使用基于服务器应答的独立和附加的查询,该过程称作迭代,即DNS服务器之间的交互查询就是迭代查询。
DNS 查询的过程如下图所示。
DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用第5张

1、在浏览器中输入www.qq.com域名,操作系统会先检查自己本地的hosts文件是否有这个网址映射关系,如果有,就先调用这个IP地址映射,完成域名解析。 

2、如果hosts里没有这个域名的映射,则查找本地DNS解析器缓存,是否有这个网址映射关系,如果有,直接返回,完成域名解析。 

3、如果hosts与本地DNS解析器缓存都没有相应的网址映射关系,首先会找TCP/ip参数中设置的首选DNS服务器,在此我们叫它本地DNS服务器,此服务器收到查询时,如果要查询的域名,包含在本地配置区域资源中,则返回解析结果给客户机,完成域名解析,此解析具有权威性。 

4、如果要查询的域名,不由本地DNS服务器区域解析,但该服务器已缓存了此网址映射关系,则调用这个IP地址映射,完成域名解析,此解析不具有权威性。 

5、如果本地DNS服务器本地区域文件与缓存解析都失效,则根据本地DNS服务器的设置(是否设置转发器)进行查询,如果未用转发模式,本地DNS就把请求发至13台根DNS,根DNS服务器收到请求后会判断这个域名(.com)是谁来授权管理,并会返回一个负责该顶级域名服务器的一个IP。本地DNS服务器收到IP信息后,将会联系负责.com域的这台服务器。这台负责.com域的服务器收到请求后,如果自己无法解析,它就会找一个管理.com域的下一级DNS服务器地址(qq.com)给本地DNS服务器。当本地DNS服务器收到这个地址后,就会找qq.com域服务器,重复上面的动作,进行查询,直至找到www.qq.com主机。 

6、如果用的是转发模式,此DNS服务器就会把请求转发至上一级DNS服务器,由上一级服务器进行解析,上一级服务器如果不能解析,或找根DNS或把转请求转至上上级,以此循环。不管是本地DNS服务器用是是转发,还是根提示,最后都是把结果返回给本地DNS服务器,由此DNS服务器再返回给客户机。 

举个栗子,从客户端到本地 DNS 服务器(又称 Local DNS ,就是你电脑里面配置的或者 DHCP 分配的)是属于递归查询,而 DNS 服务器之间就是的交互查询就是迭代查询。

可以看到,如果 LocalDNS 本地没有缓存,是费了老鼻子劲了,几乎绕了地球一大圈(稍微夸张)。下面附上在 2G,3G,4G, WIFI 情况下 DNS 递归解析的时间 (ms):

网络域comtaobao.comwww.taobao.com总耗时
2G142127328166799720316
3G748680549582035
4G649575454551733
WIFI916520148405

由此可见,减少非必要 DNS 请求,将相关域名收敛成一个,可以尝到缓存的红利,进而可以减少打开页面时间。

域名发散的目的和作用

域名发散出现的原因其实真得浏览器. md~ 以前网速慢,设备差,稍微流量大一点 Server 就崩溃了。 所以, 为了保护你的服务器不被强暴到崩溃,浏览器要对max connections 有限制.如果每个用户的max connections 不限制的话, 结果就是, 服务器的负载能力会低至冰点~另外还有一个方面就是, 识别用户不是DDOS attacker. 原因我就不多说了。 如果有大神的话,可以DDOS一下,试一试,表示,我的电脑扛不住.

由于浏览器的限制,每个浏览器,允许对每个域名的连接数一般是有上限的.

DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用第6张

这是 browserscrope 生成的结果.通过这样图,我们就可以知道在一些现代浏览器内每个hostname的最大连接数基本都是6个,但是IE这个傻逼,不知道抽风了么? 当然,如果 进行了DS之后 增加连接,也还是有最大的连接数的(比如17)。

这里,为了讲解清晰,我举个例子吧. 假设现在浏览器对每个域名连接数为1. 那么现实情况是.

DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用第7张

浏览器解析完我们的文档之后开始发起请求,对文件进行加载. 然后一个一个文件 在max connections 下进行排队下载.

但如果我们使用了域名分散之后,使用多个domain进行资源的下载,就有.

DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用第8张

这样完全可以省略掉排队的时间.提升网页加载的速度.

服务器对于每个域名的限制只是针对于hostname而已, 就算你的IP地址一样,也是没有太大关系的。所以,这里就可以使用CNAME来创建,不同域名相同IP的映射.

CNAME全称就是Canonical Name。 他是DNS服务商提供的一项服务,用来给你的网站设置别名。

比如,你现在的网站是abc.example.com. 但是,你也想使用def.example.com 来访问相同的网站, 那么这就需要你使用CNAME 来对你的域名设置alias. 通常不同的服务商有着不同的设置方法. 比如: 国外的 maxCDN 。

这样,就能很方便的设置另外的域名来增加你文件的connections number.

另外,还可以在DNS服务商下申请子域。这些都是可行的.

SPDY应用

对于PC端上,几十ms的解析速度来说还好,但是,在手机端上,DNS 解析的效果我就呵呵了. 少则几百毫秒,多则1s+.

这里我们用数据说话.

手机端页面加载数和域名分散数的关系. from Mobify Developer

DNS解析过程和域名收敛、域名发散、SPDY应用第9张

现在,各大浏览器都已经提升了资源的下载数,所以,域名分散的必要性也就没这么大了. 可以从上表看出,在2个域名分散条件下,网页的加载速度提升较大,而第三个以后就比较慢了。 所以, 一般来说,域名分散的数量最好在3以下.

那有没有其他办法能够代替DS呢? 事实上有的, 最出名的应该算CDN 和 SPDY.

CDN跟域名收敛没有关系,而是取决于服务器的分布缓存和负载均衡,故本文不做探讨。

SPDY

SPDY可以说是DS杀手. SPDY 的作用就是,在不增加域名的情况下,解除最大连接数的限制. 卧槽~ 怎么听起来就像一个 sliver bullet. 没错,可以说SPDY 就是 HTTP2的前身.

SPDY是google主导的一种新型通信方式.主要的特点就是多路复用. 他的目的就是致力于取消max connections 上限. 不过由于推广时间短,全世界使用的网页数都比较少. 但,据chromium统计,使用了SPDY网页速率 差不多提升了 28%~64% 左右. 所以,说SPDY的出现,可以让DS的存在变的毫无价值.

那SPDY具体的优势在哪里.

  • 解决了HTTP只能 One request per connection. 当连接完成后,可以实现并行下载多个资源文件

  • 服务器推的技术, 和SSE的理念类似,不过更靠底层。直接可以实现无需用户等待,直接后台发资源(感觉就像写APP了,有木有)

  • 请求头的复用. 当你前几次的请求头内容没多大变化的时候,就会省去几个相同的,实现Header Compression

  • 数据压缩: 在HTTP1.1 有 Content-Encoding: gzip, Transfer-Encoding: chunked. 来显式表明开启文本压缩。但在SPDY里,所有的文本数据默认都会被压缩.SPDY目前的兼容性是IE11+.(所以说还是任重而道远)

那如何开启SPDY呢? 很简单,使用nginx的用户,可以下载一个ngx_http_spdy_module 的模块. 使用apache的用户,可以下载一个 mod_spdy module 的模块.

最后总结

域名发散是因为浏览器对同一域名做了最大连接数限制,所以为了让浏览器并发加载而做发散,缺点是域名过多会引起DNS解析耗时。

域名收敛可以解决DNS解析耗时问题,缺点是浏览器的最大连接数限制,需排队加载,影响效率。

SPDY的出现解决了上面的问题,兼容了两者的优势,它能解除浏览器的最大连接数的限制,使用一个域名并发加载,所以SPDY+域名收敛是最优的解决方案。

资料参考:

http://www.tuicool.com/articles/YfyIVjv

http://www.chinaz.com/web/2016/0408/520211.shtml

http://369369.blog.51cto.com/319630/812889/

http://www.tuicool.com/articles/emqYFj3



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