域名系統
域名系統(DNS)是一種將域名解析成互聯網上的IP地址的分布式數據庫系統，使用戶能夠通過域名訪問互聯網上的各種資源。域名系統的命名方式采用樹狀分層命名機制，由多個域名服務器組成，每個服務器存儲域名和對應的IP地址。當用戶輸入域名時，域名系統依次向下查詢，直到找到對應的IP地址。
域名系統是在ARPANET的基礎上誕生的，旨在解決使用統一主機表系統帶來的問題。Paul Mockapetris承擔了設計域名系統結構的任務。1984年，來自加州大學伯克利分校的四名學生提出了第一個Unix名稱服務器實現，稱為BIND。同年，Paul Mockapetris設計了域名系統的結構，并發布了RFC 882和RFC 883來定義域名系統。1996年，Martin Dürst提出了國家域名(IDN)的概念。
域名系統提供將用戶連接到遠程主機所需的信息。它是網頁瀏覽和大多數其他互聯網活動的依賴，廣泛應用于商業和企業，以及政府，大學和其他組織。DNS技術和產品形態的不斷豐富，對其安全性提出了挑戰。在這方面，研究人員提出了許多改進方案，如引入AnyCast技術進行負載均衡，使用區塊鏈技術提高安全性，推出DNS安全擴展DNSSEC等。
基本概念
DNS(域名系統(DNS)是互聯網名稱注冊和解析的標準，用于將域名定位到主機IP地址。DNS實際上是一個分布式數據庫。所有的主機名、域名和對應的IP地址都分布在一個叫做“名稱服務器”的服務器上，這個服務器允許客戶調用一個叫做解析器的庫來訪問它。DNS分布式數據庫中的每一個數據單元都是按名稱索引的，這些名稱一起形成一棵反向生長的“樹”，稱為域名空間。樹的頂端有一個唯一的根，稱為“根域”或“根”。根的名稱由空字符串和“.”表示在正文中。樹的每個節點代表域名系統的一個域。每個域可以進一步劃分為子域，每個節點用“.”分隔完整的域名是從節點到根的路徑上所有節點名稱的組合。
發展歷史
起源
互聯網的前身是ARPAnet，是由數百臺主機組成的小規模團體。主持人。TXT文件包含所有這些主機的信息，由SRI網絡信息中心(NIC)維護，由SRI-NIC分發。ARPAnet的管理人員經常通過電子郵件將他們的更改發送給NIC，并定期獲得最新的主機。來自SRI-NIC的短信。隨著阿帕網的發展，主機的規模。TXT文件也增加，這使得這項工作難以繼續。ARPAnet采用TCP/IP協議后，網絡規模爆炸式增長，HOSTS.TXT出現了一系列問題，ARPAnet管理團隊改進Hosts.txt的目標是創建一個系統，可以解決使用統一主機表系統帶來的問題。新系統應允許本地數據管理員在全球范圍內訪問其數據，分散管理可以消除單個主機造成的瓶頸并減少通信擁塞，本地管理員可以更容易地承擔保持數據最新的任務。南加州大學信息科學研究所的Paul Mockapetris承擔了設計新系統結構的任務。1983年，互聯網開始采用層次樹結構的命名方式，并使用分布式域名系統DNS。
1984年，加州大學伯克利分校的四名學生道格拉斯·特里、馬克·佩因特、大衛·里格爾和周松·年為伯克利互聯網域名編寫了第一個Unix名稱服務器，名為BIND。同年，Paul Mokapteris發布了定義域名系統的RFC 882和RFC 883，后被RFC 1034和RFC 1035取代，形成了域名系統標準。1985年，DEC的Kevin Dunlap對DNS的實現進行了大幅修改。此后，邁克卡雷爾，菲爾阿爾姆奎斯特和保羅維謝一直保持綁定。90年代初，BIND被移植到Windows NT平臺。它分布廣泛，尤其是在Unix系統上，并且仍然是互聯網上使用最廣泛的DNS軟件。因為互聯網的命名系統中使用了很多“域”，所以出現了“域名”這個術語，“域名系統”明確表示這個系統在互聯網中。
發展
研究機構預測，由于網絡主機和應用數量的急劇膨脹，TCP/IP使用的IPv4協議將面臨地址資源不足、路由表增加等一系列問題。研究機構預測了IPv4地址用完的時間，認為IPv4地址會在2011年左右用完。1995年，IETF(互聯網工程任務組)開始研究和開發IPv6協議。與IPv4的三種地址分類:單播地址、廣播地址和組播地址相比，IPv6地址分為單播地址、任播地址和組播地址。IPv6和IPv4之間的一個顯著變化是使用128位地址，而不是32位長的IPv4地址。它們的DNS在架構上是一致的，都采用了樹形結構的域名空間，域名可以同時對應多個IPv4和IPv6地址。
1996年，Martin Dürst提出了國家域名(IDN)的概念，并于1998年付諸實踐，最終“應用國際化域名”(IDNA)被采納為正式標準。同年，中國互聯網絡信息中心(CNNIC)啟動了中文域名的研發工作。
1999年，CDN服務提供商Akamai列出了一種數學算法，可以在大型分布式服務器網絡上智能傳輸和復制內容。CDN技術的工作原理是通過在網絡各處放置節點服務器，更快地傳輸信息，更方便網民訪問。
2005年，為了讓DNS更加安全，互聯網工程任務組提出了加強DNS的方法，并正式推出了域名系統安全擴展，即DNSSEC(Domain Name System Security Extensions)。DNSSEC采用基于公鑰加密的數字簽名，增強了DNS驗證的強度。DNSSEC不對DNS查詢和響應本身進行加密和簽名，而是由數據所有者對DNS數據本身進行簽名。
2008年，DNSSEC開始在根域名服務器上實施，這是一個重要的里程碑，為全球范圍內的DNS安全提供了基礎。
2011年，ICANN(互聯網名稱與數字地址分配機構)逐步放寬了對域名后綴的限制，允許注冊更多的頂級域名后綴，如新國家代碼頂級域名(ccTLDs)和通用頂級域名(gTLDs)，如“.app“和”。xyz”，為互聯網用戶提供了更多的域名選擇。2014年12月1日，唯一的中文通用頂級域名(gTLD)為”。由互聯網名稱與數字地址分配機構(ICANN)正式授權的手機”正式推出。
2018年，互聯網工程任務組(IETF)正式采用HTTPS上的DNS查詢(DOH)。DoH為客戶端和解析服務器之間的域名解析流量提供了一種安全和隱私機制。DoH使用HTTPS對DNS請求和響應包進行加密，防止第三方竊聽和篡改明文DNS包，該技術已在全球范圍內部署和應用。
截至2022年底，全球域名注冊市場規模已達3.63億，互聯網規模呈爆炸式增長，域名系統的性能和可擴展性亟待提升。因此，一些優化措施被提出并廣泛應用，如使用選播技術和域名緩存的優化。
系統組成
資源記錄
域名空間設計為樹形層次結構，DNS樹形結構中的唯一根位于最頂端，根的下一級稱為頂級域(TLD)，也稱為一級域，分為一般頂級域、國家頂級域和基礎設施域名三類。在國家和地區代碼的頂級域名下是二級域名，也稱為國家頂級域名。例如，中國的國家頂級域名預設為“類別域”和“行政區域”。二級域的下一級是三級域，依此類推。分層樹結構中的每個域都是一個子域。比如“cncac.cn”既是“. ac.cn”的子域，也是“. ac.cn”的子域。cn”。
資源記錄是與域名相關聯的數據，域名空間中的每個節點都包含一系列資源信息。查詢操作是提取關于節點的特定類型的信息。資源記錄作為記錄項存在于運行域名服務的主機的主文件中。資源記錄在RFC1035中有詳細描述，其格式為:域名生存時間類型類值。
域名服務器
域名服務器是用于提供域名空間的結構和信息的服務器結構，可以緩存域名空間任意部分的結構和信息，但通常一個特定的域名服務器包含域名空間子集的完整信息和一個指向名稱服務器的指針，可以用來獲取域名空間任意其他部分的信息。域名服務器分為幾種:主服務器，存儲被管理域的主文件數據；備份域名服務器(副服務器)，提供主域名服務器的備份，定期從主域名服務器讀取主文件數據，刷新本地數據；只緩存服務器，緩存從其他服務器獲得的信息，加快查詢操作。幾種服務類型的服務器可以共存于一臺主機中，每臺域名服務主機都包含一臺緩存服務器。
句法分析程序
為了將域名映射到地址，應用程序調用一個名為parser的庫過程，參數是域名。解析器將數據包發送到本地服務器，本地服務器查找域名并將地址返回給解析器，解析器將地址返回給應用程序。域名解析分為正向域名解析和反向域名解析。正向域名解析是從域名到IP地址的轉換。域名解析采用自上而下的算法，從根服務器開始到葉服務器，在中間的一個節點上尋找所需的名稱-地址映射。反向域名解析就是根據IP地址解析對應的域名。
工作原理
客戶端向本地DNS服務器發送域名查詢請求，DNS服務器在本地數據庫中查找客戶端所需的映射。如果本地DNS服務器在本地找不到客戶端查詢的信息，則向根域名DNS服務器發送客戶端請求，根域名DNS服務器使用根域名服務器解析的地址訪問下一級DNS服務器，獲取下一級域名的DNS服務器地址。
按照上面的遞歸方法，一步步逼近目標，最后在維護目標域名的DNS服務器上找到對應的IP地址信息?？蛻舳吮镜谼NS服務器的遞歸查詢結果返回給客戶端，客戶端使用本地DNS服務器查詢得到的IP地址訪問目標主機。
系統部署
傳統DNS物理部署結構：傳統的域名解析服務器一般部署在單臺機器上。為了進一步提高安全性和解析性能，將采用安全設備和負載平衡器。DNS服務器用于處理用戶的DNS請求，而負載均衡器是為了解決單個服務器性能不足而引入的DNS集群設備，安全設備是為了解決系統安全而引入的。然而，傳統的DNS結構應對DDoS攻擊的能力往往不足，DNS系統的可靠性和性能也存在一些問題。其系統性能、分析服務能力和安全防護都無法滿足DNS服務100%可用的需求。為了解決這一問題，域名注冊機構和網絡運營商大多采用AnyCaLst技術部署DNS域名解析服務系統，以實現服務器負載均衡，增強服務可靠性，提高對分布式拒絕服務攻擊的響應時間，進一步提高解析服務性能。
基于任播的DNS部署結構：任播DNS是一種應用任播路由和交換技術構建負載均衡域名系統的網絡技術。通過將所有域名服務器的DNS地址以路由公告的形式廣播到其直連的三層交換機或路由器，并通過動態三層路由引導訪問任播DNS IP地址，實現DNS查詢的負載均衡。任播DNS具有更高的可靠性和性能、負載平衡、增強的安全性以及攻擊效果的本地化等優點。幾個自治系統(AS)組成了全球互聯網。任播節點首先通過IGP協議聲明自治系統內相同的共享單播IP地址，或者通過BGP協議聲明不同自治系統間的共享單播IP地址，從而實現多個物理服務器共享同一個端口地址，而客戶端根據路由信息就近訪問服務。
系統安全
由于DNS系統設計為開放系統，存在未經授權的信息泄露、網絡攻擊等安全問題，使得其保密性無法得到保證，缺乏有效的訪問控制。針對這個安全漏洞，網絡黑客攻擊DNS，從而造成整個或部分網絡的癱瘓。新模式下的DNS涉及公共通信、信息服務、金融、電子政務、國防科技等重要領域。如果遭到攻擊，將失去服務功能或泄露重要數據，嚴重損害公共利益，甚至危及國民經濟發展。
常見的DNS攻擊
DNS欺騙：DNS欺騙又稱域名欺騙，可以將用戶合法請求對應的IP地址替換為虛假的惡意IP地址，從而將用戶定向到釣魚網站竊取隱私信息。主要由兩種方式組成:DNS緩存中毒和DNS信息劫持。
DNS隱蔽通道：隱蔽通道違反互聯網通信協議的規則，利用網絡信息載體(網絡協議和協議數據)秘密傳輸信息。由于傳統的入侵檢測系統和網絡防火墻對這些載體的檢測能力較弱，很難發現通過隱蔽通道傳輸的數據，因此隱蔽通道也是信息隱藏技術的一個分支。DNS隱通道是一種消息封裝技術，使用DNS包封裝信息。由于DNS最初并不是用于數據傳輸，所以人們總是忽略了它也是惡意通信或數據泄露的潛在威脅。
DDoS攻擊：拒絕服務(DoS)耗盡了網絡服務的資源和帶寬，使服務器沒有多余的能力處理外部請求，從而使網絡服務崩潰和癱瘓。DNS反射放大攻擊本質上也是一種DDoS攻擊，利用DNS響應包大于請求包的特性，耗盡目標的網絡資源。
策略分析
采用DNSSEC技術：IETF提出了DNSSEC框架(DNS安全擴展)，它使用公鑰加密來提供數據完整性和數據源認證。DNSSEC技術是指使用數字簽名和公鑰來實現DNS數據的完整性和可靠性。采用DNSSEC技術，通過權威名稱服務器用自己的私鑰對資源記錄進行簽名，然后解析服務器用權威公鑰對來自權威名稱服務器的數據進行認證，有效提高了連接的安全性。如果身份密鑰的身份驗證失敗，DNS可以拒絕訪問。
部署任播：任播可以實現DNS負載均衡。通過部署Anycast，在DNS中提供相同服務的服務器組可以共享一個統一的IP，可以有效防止DDoS攻擊。網絡攻擊者利用僵尸網絡攻擊DNS時，會產生大量的信息，這些信息會通過任播分發到不同的DNS服務器上，從而緩解單個服務器的運行壓力。使用大量分布式服務器可以在一定程度上降低DDos攻擊對DNS的破壞性。
行業應用
區塊鏈技術：隨著區塊鏈技術的快速發展，相關機構利用區塊鏈分散的特點，推動了區塊鏈技術與DNS系統的融合?；诩惺絽^塊鏈技術的網絡安全比傳統的集中式域名服務器更安全，可以支持域名管理，防止域名服務器緩存和中毒。區塊鏈通過其網絡節點構建DNS信息，可以有效提高DNS的安全性能。
系統的應用：域名系統提供將用戶連接到遠程主機所需的信息。它是網頁瀏覽和大多數其他互聯網活動的依賴，廣泛應用于商業和企業，以及政府，大學和其他組織。
域名系統DNS在金融行業中的應用：互聯網時代，DNS域名系統是任何企業在生產活動中的基本核心要素。對于銀行業來說，隨著移動互聯網時代的到來，IT網絡和業務的規模不斷發展融合，對IT系統的敏捷性、容災性和服務質量保證(SLA)提出了很高的要求。作為金融客戶，在技術發展和內在需求的驅動下，IT系統的建設正逐漸從傳統的IP接入模式向域名接入模式轉變。隨著金融機構IT系統和業務系統的不斷擴大和快速發展，使用IP地址訪問業務系統的弊端逐漸暴露出來。使用IP接入業務系統給IP變更帶來困難，不能滿足兩地三中心之間業務切換的要求，滿足相應的RPO和RTO要求。因此，銀行需要引入域名系統(DNS)。
DNS在數字政府中的應用：在數字政府政策的指引下，政府服務以“數字化、集約化、平臺化”為導向。DNS作為網絡交互的核心樞紐和鏈路中心，在政府信息系統集約化建設的復雜場景下，確保政府服務內外的高效鏈接和體驗優化，是政府連續性保障——多中心冗余建設的重要組成部分，是政府信息安全防護體系的重要環節。
DNS在高校網絡中的應用：在建設智慧校園的過程中，網絡的高可用性非常重要。DNS作為互聯網的關鍵基礎資源，在網絡安全中起著基礎性的支撐作用。DNS在校園網中主要提供三種服務:一是內網用戶在訪問互聯網時需要DNS切換外部域名；第二，互聯網用戶訪問校園網需要DNS提供內部名稱服務，返回合法的IP地址。第三，內網用戶之間的訪問需要DNS確定主機，并將私網IP地址返回給請求者。
DDNS在鐵路GPRS網絡中的應用：DDNS(動態域名系統)解決了GPRS終端域名與動態IP地址的綁定問題。當GPRS終端以不同的IP登錄時，DDNS將GPRS終端用戶IP地址的變化動態映射到相應的DDNS服務器上，并及時更新，從而保證GPRS可以正確尋址。GPRS終端用戶可以根據自身需求選擇合適的鐵路業務系統平臺、數據庫平臺和隨站隨用的運營模式，從而獲得最大限度的IP地址使用自主權。