互联网服务器介绍,互联网服务器主根解析原理

互联网服务器这个叫法,在不同语境里,可以指代实体硬件机器,也可以指代软件服务程序。简单理解,它就是放置在机房、接入网络,接收外部访问请求的计算机。浏览器打开网站,背后至少有一台服务器负责响应请求,它可能是机柜里一台塔式主机,也可能是云平台上划分出的虚拟机实例。硬件形态一直在变化,但核心作用不变,向外输出网页内容,供用户访问获取。

服务器按照业务场景划分,种类很多。Web服务器用来向浏览器返回网页内容,邮件服务器负责收发邮件,FTP服务器用于文件传输,数据库服务器存储业务数据,身份服务器处理登录校验。按照部署模式,分为物理服务器、虚拟服务器与云服务器,物理服务器独占硬件资源,虚拟服务器对硬件做切分,云服务器按需分配资源。这种分类方式存在局限,一台设备往往同时承担多项任务,很难单一界定属于Web服务器还是数据库服务器。分类只是方便人理解,设备本身不会区分自身归类。

互联网服务器介绍,互联网服务器主根解析原理

输入域名访问网站,互联网把请求转发到目标服务器的整套过程,理解起来会更有意思。

这套流程核心依靠DNS域名系统。它的工作逻辑,就是把www.example.com转换为对应的IP地址。但这个转换过程,不存在单独一台服务器保存全网全部域名与IP的映射记录。DNS采用树形层级架构,最顶层是根服务器,向下是.com、.cn、.org这类一级域名,一级域名之下才有example.com这类二级域名,二级域名还可以分出www、blog这类子域名。每一层只维护下属层级信息,上层服务器只提供下一级查询地址。

按下回车发起访问,请求首先发送到电脑预设的DNS服务器,一般由运营商分配,或是手动设置的公共DNS。本地DNS收到查询请求,任务是获取www.example.com对应的IP,这一步属于递归查询,客户端仅发起一次请求,由本地DNS完成全部查询拿到结果。本地DNS先检索自身缓存,缓存没有对应记录,就逐层向上发起询问。

本地DNS先查询根服务器,获取.com顶级域服务器地址,根服务器不会直接返回目标域名IP,只会告知去哪里查询.com域名信息。本地DNS拿到地址后,继续访问.com顶级域服务器,获取example.com对应的权威服务器地址,同样不会直接返回IP。直到访问到example.com的权威服务器,才拿到www.example.com对应的IP地址。从根服务器逐层向下查询,每一层仅提供下一级查询入口,这种模式称为迭代查询。整个查询链路,客户端至本地DNS使用递归查询,本地DNS访问根服务器、顶级域、权威服务器采用迭代查询。

根服务器在整个体系中,不能看作互联网总开关,更合适的类比是道路指示牌。它不存储网站IP,只保存.com、.cn、.uk等顶级域对应的权威服务器地址。根区文件是顶级域名托管信息清单,文件大小超过2MB,由ICANN维护,根服务器每日和主根同步这份数据。

有个流传很广的说法,全球只有13台根服务器,这个说法不完全准确。13这个数字来源于IPv4时期的技术限制,早期DNS查询结果需要放进512字节UDP数据包,单个IP占用固定空间,A到M标识的13组根服务器逻辑地址就是当时的上限。这13组是逻辑地址,并不是13台物理硬件设备。每组逻辑根服务器依托任播技术,在全球部署大量物理节点,同一个IP在全球多地都有节点提供响应。用户查询请求会路由到距离最近的节点,既降低访问延迟,也分散攻击流量。

国内在这套体系里位置比较特殊。全球13组IPv4根服务器原始主节点,国内没有运营其中任何一台。国内部署大量根镜像服务器,北京、上海、广州、成都等多地均有部署,部署数量位居全球前列。镜像节点实时同步根区数据,国内用户解析请求不需要绕行海外,延迟从百毫秒级别降低至几毫秒。2014年1月国内大范围DNS故障,大约三分之二网站无法访问,事件之后国内根镜像体系建设加速推进。镜像节点不等同于根服务器,没有修改根区数据的权限,但可以保障国内解析链路不会因为国际线路故障中断。

缓存机制支撑这套系统承受每天数十亿次查询。本地DNS获取域名IP后,会按照记录自带的TTL时长保存缓存,TTL时长可以是三百秒,也可以长达二十四小时。缓存未过期时,后续同一域名查询,本地DNS直接读取缓存返回结果,无需再次访问根服务器,大幅减轻根服务器查询压力。缓存机制也存在弊端,服务器IP变更之后,如果TTL还没到期,部分用户依旧会解析到旧IP。TTL设置较短,IP切换生效更快,但查询频次提升;TTL设置较长,减少查询压力,域名记录变更生效速度变慢,需要做取舍。

各个根服务器之间并非独立运行,依靠区域传送机制和主根同步数据。根区发生变动,比如新增顶级域名、更新NS记录、轮换DNSSEC签名,所有根服务器需要在规定时间同步为一致数据。某台根服务器长时间网络异常,数据同步滞后,对应的DNSSEC签名失效,解析器就有可能读取到过期数据。多台根服务器并行部署,就是降低碰到单台数据滞后的概率。

DNS体系诞生于上世纪八十年代,当时互联网规模远不及当下。能够沿用至今,依靠的不是单台高性能服务器,而是分层分工、缓存与冗余设计。根服务器处于整个体系顶层,但承担的作用没有很多人想象中重要,它只负责指引下一级查询地址,剩余查询流程交给其他节点完成。

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