DNS基礎
DNS，是英文Domain Name System的簡稱，中文稱之爲“域名系統”。互聯網主機之間通信是通過IP地址來互相訪問，IP地址是十進制數，比如10.11.10.235，但這樣的數字串對人類來說很難理解和記憶。於是，人們發明了DNS系統，使用人類可讀、可理解的字符串來代替一堆堆數字。
其實DNS本質是”命名系統“，爲什麼不叫“名字”而叫“域名”呢？這是因爲在因特網的命名系統中使用了許多的“域(domain)”，因此就出現了“域名”這個名詞。“域名系統”明確地指明這種系統是應用在因特網中。
因特網的域名結構
因爲因特網規模很大，所以整個因特網只使用一個域名服務器是不可能的。因此，早在1983年因特網開始採用層次樹狀結構的命名方法，並使用了分佈式的域名系統DNS。使用分佈式系統的好處是：即使單個節點故障，也不會妨礙整個DNS系統的正常運行。
任何一個連接在因特網上的主機或路由器，都有一個唯一的層次結構的名字，即域名(domain name)。這裏，“域”(domain)是名字空間中一個可被管理的劃分。從語法上講，每一個域名都是有標籤(label)序列組成，而各標號之間用點(小數點)隔開。
如下例子所示：
這是中央電視臺用於收發電子郵件的計算機的域名，它由三個標籤組成，其中.com是頂級域名，cctv是二級域名，.mail是三級域名。下圖是因特網的樹狀結構的域名空間：
DNS基本解析流程
我們有必要了解一下DNS基本的解析流程，我們以瀏覽器訪問www.google.com爲例：
- 首先從客戶端瀏覽器緩存查找，找到www.google.com就直接訪問對應的IP地址；
- 瀏覽器緩存如未找到對應的IP，操作系統會去檢查自己的Host文件，如果從中沒找到對應關係，會再到系統DNS緩存中查,如果緩存中有,就直接返回該域名所對應的IP；
- 如果本地計算機緩存中沒有，則會向我們事先設置好的Local DNS服務器（一般是由ISP運營商提供）去請求（對應圖中的步驟1），即所謂的“遞歸查詢”，Local DNS服務器首先會到自身解析數據庫中去查，如果找到就返回；沒有找到會向根服務器(Root NS)發送詢問請求（對應圖中的步驟2）；
- 根服務器收到請求，發現後綴是.com,就會把com所在的NS服務器告訴Local DNS服務器（對應圖中的步驟3），然後，Local DNS服務器就會去請求.com所在的NS服務器（對應圖中的步驟4）；
- 當請求到達.com NS服務器時，.com服務器發現域名是在google這個域下的，就會把google所在的NS服務器再告訴Local DNS服務器；
- Local DNS服務器收到NS回覆（對應圖中的步驟5），去訪問google域下的NS服務器（對應圖中的步驟6）；
- Google這個域的NS服務器一看是要訪問www，就直接找到了www對應的的IP，並把它丟給了Local DNS服務器（對應圖中的步驟7）；
- Local DNS服務器收到最終解析後的IP地址，返回給客戶端（End User）（對應圖中的步驟8），瀏覽器最終通過該IP地址訪問www.google.com（對應圖中的步驟9）。
DNS多級緩存機制
經過前面的一堆鋪墊，我們現在講解本篇文章最核心的內容：DNS的多級緩存機制。
我們試着思考一下，當我們在瀏覽器上輸入需要訪問的網站域名的時候，域名解析是開始訪問互聯網應用的第一步，如果這一步都需要花很長時間，那麼，整個互聯網的架構設計一定是失敗的！
爲了滿足DNS的高效、快速的查詢，整個DNS系統，需要按照分佈式系統架構來設計，並且，前面提到的Local DNS查詢服務器，它是離客戶最近的DNS解析服務器，類似於CDN的邊緣節點，除了直接把域名解析的結果緩存起來，也會試圖把整個分佈式的DNS管理服務器的數據，按照樹型組織集中緩存在本地，這就是所謂的多級緩存！
比如緩存了 .com域名服務器的域名解析結果，這樣就不需要到Root NS去查詢，無形中大幅降低了Root NS根管理服務器的流量壓力。只有在查詢服務器把各級緩存全都遺忘的時候，纔會從根部開始一次查詢，而這次新的查詢結束後，查詢服務器又會把它記住，直到歲月導致的遺忘。
這張圖展示了多級緩存系統的結構，在客戶端系統中，有瀏覽器緩存、OS緩存來直接解析的機制，這樣就減少了訪問Local DNS服務器的網絡和查詢的開銷，所以速度是最快的。
當客戶端查詢不到時，需要訪問Local DNS服務器，Local DNS的多級域名緩存機制能夠儘可能的減少Root NS等服務器的訪問。
這張圖展示了Local DNS的遞歸查詢，遞歸查詢其實是基於自身多級緩存的查詢，如果緩存裏沒有，需要訪問Root NS等域名服務器的時候，屬於向上的迭代查詢。
我們舉例了當我們需要查詢谷歌郵箱地址mail.google.com時的多級緩存查詢：
1、首先查詢mail.google.com,如果Local DNS有，就直接返回解析後的IP地址；
2、如果沒有，在緩存中查詢 .google.com，如果有，就去向上查詢.google.com的域名服務器迭代返回結果；
3、如果沒有，在緩存中查詢 .com，如果有，就去向上查詢 .com的域名服務器迭代返回結果；
4、如果沒有，就執行ROOT開始的基本的迭代查詢，當然這個是效率最低的查詢。