第 13 章 DNS.

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1 第 13 章 DNS

2 本章重點 13-1 DNS 的基礎觀念 13-2 DNS 的架構 13-3 DNS 名稱查詢流程 13-4 DNS 資源紀錄

3 網路基本概念 我們在前面數章已陸續介紹了 TCP/ I P 協定組合在 DoD 模型前 3 層(連結層、網路層、傳輸層) 的協定, 從本章開始將介紹應用層的協定。 在 TCP/IP 協定組合中, 應用層涵蓋了許多種的協定, 包括 DNS、DHCP、HTTP、SMTP、FTP 等許多常見的協定。本章及下一章首先介紹 DNS 與DHCP 這兩種協定, 其他協定則留待後續章節說明。

4 13-1 DNS 的基礎觀念 假如我們現在要連上雅虎網站, 可在瀏覽器的網址列輸入『www. yahoo.com.tw』, 便能連結到雅虎的 Web 站台！在網路發達的時代裡, 一切都是這麼的方便。 但是大家是否有個疑問, IP 封包不是以 IP 位址來識別目的地嗎？為何我們輸入這些名稱後, 對方一樣收得到信, 一樣可以連結到網站呢？

5 DNS 的基礎觀念 我們能利用易懂易記的名稱來和對方溝通, 是因為有 DNS (Domain Name System, 網域名稱系統) 的存在！透過 DNS, 我們可以由一部主機的完整網域名稱(FQDN, Fully Qualified Domain Name) 查到其 IP 位址, 也可以由其 IP 位址反查到主機的完整網域名稱。

6 完整網域名稱 所謂『完整網域名稱』 (FQDN, Fully Qualified Domain Name) 是由『主機名稱』 + 『網域名稱』 + 『.』所組成, 以 『 為例： www：就是這台 Web 伺服器的主機名稱。 flag.com.tw.：就是這台 Web 伺服器所在的網域名稱。

7 完整網域名稱 請注意, 光是『 FQDN, 真正標準的 FQDN 應該是 『 就是多了最後的那一點, 才算是標準的 FQDN ！最後的這一個 『.』 代表在整個 DNS 架構中的最上層網域－根網域 (Root Domain), 這部份在下一節會有詳細的說明, 讀者現在先了解何謂 FQDN 即可。 還有, 整個 FQDN 的長度不得超過 255 個字元 (包含 『.』), 而不管是主機名稱或是網域名稱, 都不得超過 63 個字元。

8 完整網域名稱 其實在大多數的溝通上, 即使缺少結尾的『.』, 大家還是習慣視為 FQDN。

9 為什麼平時不必輸入 FQDN？ 令人好奇的是, 平常我們在輸入網址時, 大多數都沒加上結尾的『.』, 為何還是可以正常作業呢？這是因為大部份網路應用程式在解讀名稱時, 會自動補上『.』, 以方便我們使用。

10 DNS 名稱解析 在 DNS 還沒出現前, 其實就已經有 FQDN 和 IP 位址的查詢機制, 也就是利用Host file (主機檔案) 來做轉換的動作。Host file 的格式如下： Host file 的格式很簡單, 就是 IP 位址和 FQDN 的對照而已。因為 Host file 屬於單機使用, 無法分享給其他電腦, 所以若要讓每台電腦都能利用相同的 FQDN連結到相同的主機, 就必需為每一台電腦建立一份 Host file。而理所當然, 若是某一台主機的 FQDN 變更, 就得到每一台電腦去更新。

11 DNS 名稱解析 在使用 Host file 的時代, 網際網路只是少數人的專利, 主機數量不多, 為每台電腦都準備一份 Host file 尚能接受。但時至今日, 網際網路盛行, 網路上的主機數量多到數不清, 要想使用 Host file 做 FQDN 的轉換, 簡直比夸父追日還難, 為此, 專家便發明了 DNS 系統。 DNS 系統是由 DNS 伺服器 (DNS Server) 和 DNS 用戶端 (DNS Client) 所組成。當使用者在瀏覽器等應用程式中輸入一個 FQDN 後, DNS 用戶端會向 DNS伺服器要求查詢此 FQDN 的 IP 位址, 而伺服器則會去對照其資料庫內的資料, 並將 IP 位址回覆給用戶端。

12 DNS 名稱解析 用戶端要求伺服器由 FQDN 查出 IP 位址的動作稱之為正向名稱查詢 (Forward Name Query), 一般就直接說名稱查詢, 而伺服器查出 IP 位址並回傳給用戶端的動作就叫做正向名稱解析 (Forward Name Resolution), 一般又簡稱為名稱解析。 若是要求由 IP 位址查詢 FQDN 則稱為反向名稱查詢 (Reverse Name Query), 簡稱反向查詢。而伺服器所對應的動作自然也就稱為反向解析。

13 13-2 DNS 的架構 既然 FQDN 全靠 DNS 伺服器來轉換為 IP 位址, 但是網路上的主機多不勝數,難道全交由一台 DNS 伺服器來做嗎？當然不可能！若是如此, 以現今的主機數量來看, 查詢資料庫的時間就已經會讓使用者睡著了！ 再者, 雖然網路是無國界、無地域性的, 但連結到國外的速度總是比在國內慢, 若是所有 DNS 伺服器都集中在某一地點, 那每次我們需要解析 FQDN 時, 都要連線到國外, 實在很沒效率！為此,DNS 系統採用了樹狀階層式 (Hierarchy) 的架構。

14 DNS 的架構

15 DNS 的架構 整個 DNS 系統是由許多的網域 (Domain) 所組成, 每個網域下又細分更多的網域, 這些細分的網域又可以再切割成更多的網域, 不斷地循環下去。 每個網域最少都由一台 DNS 伺服器管轄, 該伺服器就只需儲存其管轄網域內的資料, 同時向上層網域的 DNS 伺服器註冊, 例如：管轄 『.flag.com.tw.』 的 DNS 伺服器就要向管轄 『.com.tw.』 的伺服器註冊, 層層向上註冊, 直到位於樹狀階層最高點的 DNS伺服器為止。

16 DNS 的架構 除了查詢效率的考量外, 為方便管理及確保網路上每一台主機的 FQDN 絕對不會重覆, 因此整個 DNS 架構就設計成 4 層, 分別是根網域 (Root Domain)、頂層網域 (Top Level Domain)、第二層網域 (Second Level Domain) 和主機 (Host)。

17 根網域 這是 DNS 架構的最上層, 當下層的任何一台 DNS 伺服器無法解析某個 DNS名稱時, 便可以向根網域的 DNS 伺服器尋求協助 (詳細運作過程請見 13-3 節)。 理論上, 只要所尋找的主機有按規定註冊, 那麼無論它位於何處, 從根網域的 DNS伺服器往下層尋找, 一定可以解析出它的 IP 位址。

18 頂層網域 頂層網域的命名方式分成『國家』和『組織性質』兩種。在美國以外的大多數國家, 均以 ISO 3116 所制定的『國碼』 (Country Code) 來區分, 例如：tw 為台灣、jp 為日本、ca 為加拿大...等等, 如下圖。

19 頂層網域

20 頂層網域 但是在美國, 雖然它也有『us』這個國碼可用, 可是卻較少用來當成頂層網域。反而是以『組織性質』來區分, 例如：com 代表一般營利機構、org 代表非營利機構、edu 代表教育機構等等, 如下圖：

21 頂層網域 然而, 讀者在其它文件看到的說明, 或許和本節的敘述有差異, 這倒是很正常。因為此層的命名方式持續在演變, 其中牽扯了國籍情結、商業利益、現實需求等複雜糾葛的因素, 所以在不同時間、文獻的記載都有差異。 讀者其實不必拘泥於ccTLD 或 gTLD 這些名稱, 重點在於建立 DNS 架構的階層觀念即可。

22 新的網域名稱命名持續出現 台灣在西元 2000/5/1 起推出『中文網域名稱』和『個人網域名稱』可供申請, 前者包括：『商業.tw』、『網路.tw』、『組織.tw』、『教育.tw』和『政府.tw』 5 種；後者則是『idv.tw』 1 種。所以我們現在都可能看到諸如：總統府.政府.tw、life.mee.idv.tw 這類的 FQDN。 ICANN 在 2000 年 11 月通過了 7 個新的 TLD 網域名稱, 包括：『.aero』、『.coop』、『.museum』、『.name』、『.pro』、『.biz』 及 『.info』, 其中除了 『.biz』 和『.info』 可以透過網域名稱代理商申請外, 其它名稱只供特定機構申請。

23 新的網域名稱命名持續出現 此外, 在 2001/2/16 台灣又開放了直接隸屬於 ccTLD 的中文網域名稱, 例如：竹山.tw、貓咪.tw、 西元 2003 年又推出 game.tw 、club.tw 、ebiz.tw 供民眾申請。 接著在 2005/11/1 更進一步開放直接隸屬於 ccTLD 的英文網域名稱, 例如：pchome.tw、dod.tw, 這兩種網域名稱都省略了中間的 .com 或 .net 等等網域名稱。2005 年 10 月 TWNIC又開放了泛用型英文網域的申請, 使用者可以直接申請如 flag.tw 、 runpc.tw 這類的網域名稱。

24 第二層網域 在台灣, 官方正式採用的頂層網域是依據 ccTLD 命名方式而來的.tw.網域, 接下來的第二層網域即為 .com 、.net...等等以組織性質區分的網域, 例如：『.com.tw.』 就是屬於這一層的網域, 而再細分下去的網域, 例如『.flag.com.tw.』、『.testguy.com.tw.』 等, 也同屬於第二層網域。 第二層網域可說是整個 DNS 系統中最重要的部分。雖然世界各國所制定的組織性質名稱不一定相同 (例如：我國採用 .com 表示營利機構, 但是日本就採用.co 表示之), 但是通常會開放給一般民眾自由申請, 名稱則由申請者自訂, 例如：旗標出版公司就是 『.flag.com.tw.』。

25 第二層網域 但是要特別注意, 在這一層每個網域名稱必需是唯一的, 不可以重複。例如：旗標出版公司申請了 『.flag.com.tw.』, 則其他公司或許可以申請 『.flag.org.tw.』、『.flag.co.jp.』, 但是絕對不能再申請 『.flag.com.tw.』 這個名稱。 不過這一點我們倒不用擔心, 因為當我們在申請網域名稱時, 若是已經註冊有案的名稱, 負責審核網域名稱的機構是不會核准的, 例如：『.flag.com.tw.』、『.yahoo.com.』 等都是已經註冊有案的網域名稱, 我們就不能申請。

26 主機 最後一層是主機, 也就是隸屬於第二層網域的主機, 這一層是由各個網域的管理員自行建立, 名稱也是自己決定, 不需要向管理網域名稱的機構註冊。 例如：我們可以在 『.flag.com.tw.』 這個網域下再建立 『 及『username.flag.com.tw.』等主機。

27 DNS 區域 雖然說每個網域都至少要有一部DNS 伺服器負責管理, 但是我們在指派DNS 伺服器的管轄範圍時, 並非以網域為單位, 而是以區域 (Zone) 為單位。 換言之, 區域是 DNS 伺服器的實際管轄範圍。舉例而言, 倘若 flag 網域的下層沒有子網域, 那麼 flag 區域的管轄範圍就等於 flag 網域的管轄範圍, 如右圖。

28 DNS 區域

29 DNS 區域 但是, 若 flag 網域的下層有子網域, 假設為 sales 和 product,則我們可以將 sales 網域單獨指派給 X 伺服器管轄；其餘的部份則交給 Y 伺服器管轄。 也就是說, 在 X 伺服器建立了『sales區域』, 這個 sales 區域就等於sales 網域；在 Y 伺服器建立了『flag 區域』, 而 flag 區域的管轄範圍是『除了 sales 網域以外的flag網域』, 如右圖。

30 DNS 區域

31 DNS 區域 如果 flag 的子網域很多, 而且每個子網域都自成一個區域, 那麼區域和網域的關係如下圖：

32 DNS 區域 從上圖可知, 當獨立成區域的子網路愈多, flag 區域和 flag 網域所管轄範圍的差異就愈大。簡言之, 區域可能等於或小於網域, 當然絕不可能大於網域。 此外, 能被併入同一個區域的網域, 必定是有上下層緊鄰的隸屬關係。不能將沒有隸屬關係的網域, 或是雖有上下層關係、但未緊鄰的網域, 劃分為同一個區域。

33 DNS 區域

34 DNS 伺服器類型 每個區域都會有一部 DNS 伺服器負責管理, 但是萬一這台伺服器當掉, 則該區域的用戶端將無法執行名稱解析與名稱查詢工作！為了避免這種情形, 我們可以把一個區域的資料交給多部 DNS 伺服器負責, 但這又會產生一個問題：以誰的資料為準？ 所以當我們將一個區域交給多台伺服器管理時, 就會有主要名稱伺服器(Primary Name Server) 和次要名稱伺服器 (Secondary Name Server) 的分別。另外, 還有快取伺服器 (Cache Only Server)這個特殊的角色, 以下將分別說明這 3 種DNS 伺服器的特性。

35 主要名稱伺服器 主要名稱伺服器 (Primary Name Server) 儲存區域內各台電腦資料的正本,而且以後這個區域內的資料有所變更時, 也是直接寫到這台伺服器的資料庫, 這個資料庫通稱為區域檔案 (Zone File)。一個區域必定要有一部, 而且只能有一部主要名稱伺服器。

36 次要名稱伺服器 次要名稱伺服器 (Secondary Name Server) 會定期向另一部名稱伺服器拷貝區域檔案, 這個拷貝動作稱為區域傳送 (Zone Transfer), 區域傳送成功後會將區域檔案設為『唯讀』 (Read Only) 屬性。換言之, 要修改區域檔案時, 不能直接在次要名稱伺服器修改。 一個區域可以沒有次要名稱伺服器, 或擁有多部次要名稱伺服器。通常是為了容錯（Fault Tolerance）考量, 才會設立次要名稱伺服器。然而, 在用戶端也必須設定可使用多部 DNS 伺服器, 才可以在主要名稱伺服器無法服務時, 自動轉接次要名稱伺服器。

37 快取伺服器 快取伺服器 (Cache Only Server) 是很特殊的 DNS 伺服器類型, 它本身並沒有管理任何區域, 但是 DNS 用戶端仍然可以向它要求查詢。 快取伺服器會向指定的 DNS 伺服器查詢, 並將查到的資料存放在自己的快取內, 同時也回覆給 DNS 用戶端。當下一次 DNS 用戶端再查詢相同的 FQDN 時, 就可以從快取查出答案, 不必再請指定的 DNS 伺服器查詢, 節省了查詢時間。 快取伺服器雖然並不管理任何區域, 但在實作上卻非常好用, 特別是要考量頻寬的負擔時, 就會發現它的用處。舉例來說。

38 快取伺服器 假設總公司和分公司隸屬於相同區域, 彼此之間以 64 Kbps 專線連接, 而且兩邊都擁有 DNS 伺服器。若採用『主要名稱伺服器 + 次要名稱伺服器』架構, 當這兩部伺服器在區域傳送時, 便可能佔用大量的專線頻寬, 降低網路效率。 此時, 就適合改用『主要名稱伺服器 + 快取伺服器』架構, 由於沒有區域傳送的問題, 因此不會佔用大量的專線頻寬。

39 快取伺服器 此外, 要注意一旦重新啟動快取伺服器時, 會完全清除快取中的資料。而它本身又沒有區域檔案, 所以每次的查詢都得求助於指定的 DNS 伺服器, 因此初期的查詢效率會較差。必須等到快取中累積大量的資料後, 查詢效率才會提升。

40 13-3 DNS 名稱查詢流程 當我們使用瀏覽器閱讀網頁時, 在網址列輸入網站的 FQDN 後, 作業系統會呼叫解析程式 (Resolver, 亦即用戶端負責 DNS 查詢的 TCP/IP 軟體), 開始解析此 FQDN 所對應的 IP 位址, 其運作過程如下圖所示：

41 DNS 名稱查詢流程 首先解析程式會去檢查本機的快取紀錄, 如果我們從快取內即可得知 FQDN 所對應的 IP 位址, 就將此 IP 位址傳給應用程式 (在本例為瀏覽器), 如果在快取中找不到的話, 則會進行下一步驟。 並非所有的作業系統皆有本機快取的功能。以 Windows 為例, Windows 2000/XP/2003/Vista/2008 都有本機快取的設計, 但 Windows 98 則無。 若在本機快取中找不到答案, 接著解析程式會去檢查 Host File, 看是否能找到相對應的資料。

42 DNS 名稱查詢流程 若還是無法找到對應之 IP 位址, 則向本機指定的 DNS 伺服器要求查詢。DNS伺服器在收到要求後, 會先去檢查此 FQDN 是否為管轄區域內的網域名稱。若然, 則會檢查區域檔案 (Zone File), 看是否有相符的資料, 反之則進行下一步驟。 區域檔案中若找不到對應的 IP 位址, 則 DNS 伺服器會去檢查本身所存放的快取, 看是否能找到相符合的資料。 如果很不幸的還是無法找到相對應的資料, 那就必需借助其它的 DNS 伺服器了！這時候就會開始進行伺服器對伺服器之間的查詢動作。

43 DNS 名稱查詢流程 由上述的 5 個步驟, 我們應該能很清楚的了解 DNS 的運作過程, 而事實上, 這5 個步驟可以分為兩種查詢模式, 即用戶端對伺服器的查詢 (第 3、4 步驟) 及伺服器和伺服器之間的查詢 (第 5 步驟)。

44 遞迴查詢 DNS 用戶端要求 DNS 伺服器解析 DNS 名稱時, 採用的多是遞迴查詢(Recursive Query)。當用戶端向 DNS 伺服器提出遞迴查詢時, DNS 伺服器會依照下列步驟來解析名稱： 若 DNS 伺服器本身具有的資訊足以解析該項查詢, 則直接回應用戶端其查詢之名稱所對應的 IP 位址。 若 DNS 伺服器本身無法解析該項查詢時, 會嘗試向其他 DNS 伺服器查詢。 若其他 DNS 伺服器無法解析該項查詢時, 則告知用戶端找不到資料。

45 遞迴查詢 從上述過程可得知, 當 DNS 伺服器收到遞迴查詢時, 必然會回應用戶端其查詢之名稱所對應的 IP 位址, 或者是通知用戶端找不到資料, 而絕不會是告知用戶端去查詢另一部 DNS 伺服器。

46 反覆查詢 反覆查詢 (Iterative Query) 一般多用在伺服器對伺服器之間的查詢動作。這個查詢方式就像是對話一樣, 整個作業會在伺服器間一來一往, 反覆的查詢而完成。舉例來說： 假設用戶端向指定的 DNS 伺服器要求解析 『 位址, 很不幸的, 伺服器中並未有此筆記錄, 此時伺服器便會向根網域的 DNS 伺服器詢問：「請問你知道 『 的 IP 位址嗎？」

47 反覆查詢 根網域 DNS 伺服器回答：「喔！這台主機位在 『.tw.』 網域下, 請你向管轄『.tw.』 網域的伺服器查詢。」同時告知管轄 『.tw.』 網域的 DNS 伺服器 IP 位址。

48 反覆查詢 當指定的伺服器收到此訊息後, 會再向管轄 『.tw.』 網域的 DNS 伺服器查詢『 所對應的 IP 位址, 同樣的, 管轄 『.tw.』 網域的伺服器也只會回覆管轄 『.com.tw.』 網域的伺服器 IP 位址, 而指定的伺服器便再藉由此 IP 位址繼續詢問, 一直問到管轄 『.flag.com.tw.』 的 DNS 伺服器回覆 『 的 IP 位址, 或是告知無此筆資料為止。

49 反覆查詢

50 反覆查詢 上述的過程看似複雜, 其實可能只要短短一秒鐘就完成了, 而藉由這個架構, 只要欲連結的主機有按規定註冊登記, 我們就可以很快地查出各地主機的 FQDN 與IP 位址了。

51 轉送程式 當 DNS 用戶端向指定的 DNS 伺服器要求名稱查詢時, 若伺服器無法解析, 雖然可以轉向根網域的 DNS 伺服器詢問, 不過為了節省頻寬及安全上的考量, 或許我們不希望直接問到根網域 DNS 伺服器, 此時可以設定轉送程式 (Forwarder)。 轉送程式的功能就是將用戶端的要求導向特定的 DNS 伺服器, 例如：當用戶端向 X DNS 伺服器查詢 『 的 IP 位址時, 若在 X DNS 伺服器找不到記錄, 則透過轉送程式的設定, 將要求引導到 Y DNS 伺服器 (如下圖的第 1 步驟)。

52 轉送程式 如果在指定的時間內沒有收到回應, 則 X 伺服器可以再轉向根網域 DNS 伺服器詢問 (如下圖的第 2 步驟), 或是直接告訴用戶端找不到其所要求的資料。

53 轉送程式

54 完整的查詢流程 最後我們可以將上述遞迴查詢和反覆查詢合而為一, 成為完整的 DNS 解析過程。

55 完整的查詢流程

56 遞迴查詢與反覆查詢的生活實例 許多的網路初學者, 甚至是工作一段時間的網路工程師, 還會分不清楚 DNS服務的『遞迴查詢』和『反覆查詢』, 常常搞混了。在這裡我們用一個生活化的比喻, 保證能讓您對於這兩種模式有更清楚的概念。 還記得有個電視節目『超級星期天』嗎？裡頭有一個紅遍一時的單元叫做『超級任務』, 是由阿亮接受特別來賓的委託, 尋找特別來賓多年未聯絡的親朋好友。在這整個過程, 其實就用到了『遞迴查詢』與『反覆查詢』。

57 遞迴查詢與反覆查詢的生活實例 首先, 假設特別來賓委託阿亮尋找『陳大頭』, 並告知阿亮陳大頭以前就讀的學校名稱。於是阿亮先從學校的畢業生資料開始詢問, 查出陳大頭當年的地址, 再根據地址去詢問附近的鄰居（阿亮的口頭禪是：『凡走過必留下痕跡, 凡住過必留下鄰居！』）。 然而鄰居說陳大頭已經不住在這裡, 搬到台東了！於是阿亮辛苦地前往台東, 向台東的戶政機關查詢陳大頭的地址。

58 遞迴查詢與反覆查詢的生活實例 好不容易查到之後, 阿亮心想：『這次妥當的啦！』沒想到該地址只是陳大頭父母親的住處, 而陳大頭本人住在公司宿舍；阿亮只好拖著疲憊的身軀, 再次搭車去宿舍找陳大頭。 最後, 阿亮終於見到了陳大頭, 記下聯絡電話與住址, 並約定赴電視公司參加節目錄影, 完成了這件超級任務。

59 遞迴查詢與反覆查詢的生活實例 當初特別來賓委託阿亮找人時, 心裡一定希望阿亮最後能給個答案, 或許是：『找到了, 陳大頭目前住在...』, 但也可能是：『很抱歉, 我已經盡力了, 不過實在找不到陳大頭。』無論如何, 總算是得到一個明確的回答。 而不是諸如『陳大頭目前不在台北, 你去台東戶政事務所問問看。』, 或是『陳大頭沒跟父母親住, 你打電話去公司問問看。』, 這種把球又丟回來、模糊不清的回答。

60 遞迴查詢與反覆查詢的生活實例 換句話說, 特別來賓請阿亮幫忙找人, 阿亮必定回報一個結果（Result）, 這就是『遞迴（Recursive）查詢』, 這種查詢的特點就是『只問結果, 不理過程！』而在過程中阿亮先詢問學校, 再依次問鄰居、戶政機關、陳大頭的父母親等, 每一次的詢問祇是得到另一條線索, 並不保證能找的到陳大頭, 這就是『反覆（Iterarive）查詢』。 幸運的話, 可能問一次就找到答案；運氣不好的話, 則可能問了 5、6 次才找到答案。

61 遞迴查詢與反覆查詢的生活實例 當用戶端向預設的 DNS 伺服器查詢時, 絕大多數都用遞迴查詢。目的就是要預設的 DNS 伺服器給一個確定的答案, 讓用戶端不需再去問其它伺服器。當然, 累的就是預設的 DNS 伺服器了, 它可能要用 5 、6 次的反覆查詢, 輾轉詢問其它的 DNS 伺服器, 才能得到結果。

62 13-4 DNS 資源紀錄 當我們建立好區域之後, 就必需在區域檔案內新增資料, 而這些資料就是所謂的資源紀錄 (Resource Record)。資源紀錄的種類雖然多達數十種, 但是常用、常見的大概不出本節所要談的 7 種。 SOA (Start of Authority, 起始授權) 用來記錄此區域的授權資訊, 包含主要名稱伺服器與管理此區域的負責人之電子郵件帳號、修改的版次、每筆紀錄在快取中存放的時間等等。 NS (Name Server, 名稱伺服器) 用來記錄管轄此區域的名稱伺服器, 它包含了主要名稱伺服器和次要名稱伺服器。

63 DNS 資源紀錄 A (Address, 位址) 此紀錄表示 FQDN 所對應的 IP 位址, 也就是當我們在做正向名稱解析時會對照的資料。
CNAME (Canonical Name, 別名) 記錄某台主機的別名。我們可以為一台主機設定多個別名, 例如當 Web 伺服器和 FTP 伺服器皆為同一部主機時, 就可以使用 CNAME 讓不同的 FQDN 連結同一部主機。

64 DNS 資源紀錄 MX (Mail Exchanger, 郵件交換器)
用來設定此一網域所使用的郵件伺服器。每一個網域並不限定只能有一部郵件伺服器, 不過當我們指定多部郵件伺服器時, 就必須為它們設定一個代表優先順序的數字, 數字愈小者, 優先順序愈高, 也就是說 0 為最高優先順序。 PTR (Pointer, 反向查詢指標) 當我們在做反向查詢 (由 IP 位址查出 FQDN) 時, 便會利用此種紀錄類型。

65 DNS 資源紀錄 HINFO (Host Information, 主機資訊)
用來儲存某一主機的軟硬體資料, 例如 CPU 的類型、作業系統的類型等。當有人查詢時, DNS 會將我們定義的資料回應給查詢者。

66 13-5 DNS 封包格式 了解 DNS 的運作原理後, 接著我們就來看看 DNS 協定的封包格式。在傳輸層 (Transport Layer) 傳送 DNS 封包時, 採用的是 UDP 協定, 所使用的 UDP Port編號為 53。 DNS 的封包格式如下圖：

67 DNS 封包格式 表頭 (Header) 的長度固定為 12 Bytes, 但其它部分的長度則不固定；另外, 除了 Question Section, 其它 3 個 Section 未必在每個 DNS 封包中都出現, 而是視需要使用, 例如：用戶端要求查詢 FQDN 時, 就不需要其它 3 個 Section, 但是 DNS伺服器回覆時, 就會使用到 Answer Section。

68 DNS 封包表頭 DNS 封包的表頭包含以下欄位：

69 DNS 封包表頭 每個欄位代表的意義如下： Query Identifier (Query ID, 查詢編號)
DNS 的封包編號, 長度為 16 Bits。當發送端送出查詢封包時會自動產生此編號, 而收到回覆的封包時, 也會檢查此編號, 辨識此回覆封包是回應那一個查詢封包。 Request/Response (QR, 要求/ 回覆) 長度為 1 Bit, 當欄位值為 0 時, 表示是 Request (要求查詢) 封包, 為 1 則表示Response (回覆)封包。

70 DNS 封包表頭 Operation Code (OP Code, 操作代碼) 長度為 4 Bits, 用來識別這個 DNS 封包的類型。

71 DNS 封包表頭 Standard Query 包含了 Forward Query 和 Reverse Query 兩種查詢方式。上表中的 Inverse Query 也是一種反向查詢的機制, 不過目前已經被 Reverse Query取而代之, 所以幾乎不會看到此欄位值等於 1 的封包。 Flags 長度為 4 Bits：

72 DNS 封包表頭 每個 Bit 代表的意義如下表：

73 DNS 封包表頭 Reserved 保留未使用, 長度為 3 Bits, 欄位值全為 0。
Return Code (R Code , 回覆代碼) 長度為 4 Bits, 表示在 DNS 查詢時所發生的錯誤訊息：

74 DNS 封包表頭 Question count 存放 Question Section 欄位的資料筆數。 Answer RR Count
存放 Answer Section 欄位的資料筆數。 Authority RR Count 存放 Authority Section 欄位的資料筆數。 Additional RR Count 存放 Additional Section 欄位的資料筆數。

75 13-5-2 Question Section (查詢部分)
Question Name 此欄位存放的是所要解析的 FQDN, 因此長度不固定。

76 Question Section (查詢部分)
Question Type 長度為 2 Bytes, 表示要查詢的資源紀錄類型, 下表僅列出常用的類型, 若需要詳細的資料, 請參閱 RFC 1035：

77 Question Section (查詢部分)
Question Class 這個欄位表示要在那一類的網路上做 DNS 查詢, 目前僅有使用 IN (Internet) 而已, 欄位值固定為 1。

78 13-5-3 Answer Section (回應部分)

79 Answer Section (回應部分) Resource Name (資源名稱)
存放查詢的 FQDN, 欄位長度視 FQDN 長度而定。 Resource Type (資源紀錄類型) 存放此次查詢的資源紀錄類型, 相當於前述 Quest- ion Section 中的Question Type 欄位, 長度為 16 Bits。 Resource Class (資源類型) 表示查詢的 FQDN 所屬的網路類型, 目前都是屬於 Internet 網路, 所以欄位值固定為 1。

80 Answer Section (回應部分) TTL (存活時間)
長度為 32 Bits, 表示此筆資料保留在 DNS 伺服器快取中的時間, 以秒為計量單位, 若為 0, 表示不存放在快取中。 Resource Data Length 長度為 16 Bits, 存放 Resource Data 欄位的長度, 以 Byte 為單位。 Resource Data 存放查詢的結果, 通常是存放 IP 位址或 FQDN。欄位長度不一定, 視資料格式不同而改變。

81 13-5-4 Authority Section (授權部分)
此部分表示在查詢 FQDN 時, 所找到可供查詢的 DNS 伺服器資訊, 其格式如同 Answer Section, 亦包括 6 個欄位, 除了最後一個欄位 Resource Data 存放的不是 IP 位址, 而是 DNS 伺服器的 FQDN 之外, 其餘欄位的意義都相同。

82 13-5-5 Addit ional Records Section (額外紀錄部分)
當 Authority Section 有存放資料時, Additional Records Section 就會有相對應的資料, 也就是說在 Authority Section 有 3 筆資料, 在這個部分也就會存放 3 筆資料。 Additional Records Section 也包含了 6 個欄位, 意義同前, 不過要注意的是Resource Name 和 Resource Data 這兩個欄位並不是存放查詢的 FQDN 資料, 而是存放 Authority Section 中所記錄的 DNS 伺服器名稱及其 IP 位址。

83 13-6 實作練習：擷取 DNS 封包 本節以 Windows Vista 為 DNS 用戶端, IP 位址為 ；以 Linux 為預設的 DNS 伺服器（後文簡稱為 Local 伺服器）,IP 位址為 。在DNS 用戶端向 Local 伺服器查詢『 的 IP 位址時, 擷取到的封包經分析過濾後得知哪些封包為配對的查詢/ 回覆封包。 在 Linux 所使用的 DNS伺服器 (Bind9) 執行反覆 (Iterative) 查詢時, 每個階段均會詢問一部以上的 DNS伺服器, 但是在後文的每個階段僅說明詢問其中一部的過程。

84 實作練習：擷取 DNS 封包

85 用戶端向 Local 伺服器查詢

86 用戶端向 Local 伺服器查詢 此封包為查詢封包（在 Wireshark 係以query 、而不以Request 代表查詢封包）。
此封包為標準查詢封包。 此封包為完整封包。 使用遞迴（Recursive）查詢, 這是用戶端對 DNS 伺服器最常採用的方式。 所要查詢的 FQDN 。 要查詢該 FQDN 對應的 IP 位址。 此查詢是在 Internet 進行。

87 13-6-2 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器
Local DNS Server 首先詢問 Root DNS Server － 。RootDNS Server 告知管轄 .tw 網域的各 DNS Server 的 IP 位址, 請 Local DNS Server改問管轄 .tw 網域的其中一部 DNS Server。

88 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器

89 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器

90 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 Transaction ID 相同, 表示兩者為配對的查詢/ 回覆封包。 此封包為查詢封包。
此封包為回覆封包。 不使用遞迴（Recursive）查詢, 意即使用反覆（Iterative）查詢。這是 DNS 伺服器彼此之間最常採用的方式。 要查詢『 FQDN 對應的 IP 位址。

91 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 Root DNS 伺服器告知 Local DNS 伺服器, 應該向這些 DNS 伺服器其中之一查詢。這些 DNS 伺服器的 FQDN 在 Authoritative name servers 和 Additional records 都會出現, 但 IP 位址只出現在 Additional records。

92 如何知道 Root DNS Server 的 IP 位址？
曾經有讀者詢問：既然 Local DNS Server 找不到某個 FQDN 的 IP 位址時, 會去問 Root DNS Server, 那它怎麼知道 Root DNS Server 的 IP 位址呢？畢竟 Root DNS Server 已經在最頂層了,不可能再問更上層的 DNS Server 了。 其實在每一部 DNS Server 上都有一個特殊用途的檔案, 專門記載著 Root DNS Server 的 FQDN和 IP 位址, 所以毋需外部協助就可知道 Root DNS Server 的 IP 位址。以 Windows NT/2000/2003為例, 該檔案為 %systemroot%\system32\dns\cache.dns。

93 如何知道 Root DNS Server 的 IP 位址？
目前全球共有 13 部 Root DNS Server, 其 FQDN 依序為：『A.ROOT-SERVERS.NET.』、『B.ROOTSERVERS.NET.』、『C.ROOT-SERVERS.NET.』..『. M.ROOT-SERVERS.NET.』, 前文提到的 就是 B.ROOT-SERVERS.NET. 的 IP 位址。 雖然 Root DNS Server 的 IP 位址很少變動。但是 INTERNIC 組織仍建議 DNS 伺服器管理員定期更新記錄 Root DNS Server 的檔案內容, 該檔案可到 ftp://ftp.internic.net/domain/ 下載。檔名或許不同, 只要下載之後更改檔名, 覆蓋原有的檔案, 並重新啟動 DNS 服務即可。

94 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 Local DNS Server 詢問管轄 .tw 網域的其中一部 DNS Server－B.DNS.TW,但是 B.DNS.TW 告知管轄 .com.tw 網域的各 DNS Server 的 IP 位址, 請 Local DNS Server 改問管轄 .com.tw 網域的其中一部 DNS Server。

95 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器

96 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器

97 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 Local DNS 伺服器向 B.DNS.TW 這部伺服器查詢（根據圖 可知 為 B.DNS.TW 的 IP 位址）。 Transaction ID 相同, 表示兩者為配對的查詢/ 回覆封包。 此封包為查詢封包。 此封包為回覆封包。 不使用遞迴（Recursive）查詢, 意即使用反覆（Iterative）查詢。

98 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 要查詢『www.flag.com.tw』這部主機的 IP 位址。
B.DNS.TW 伺服器告知 Local DNS 伺服器, 應該向這些 DNS 伺服器其中之一查詢。 這是 IPv6 表示 IP 位址的方式。

99 如何在 DNS 伺服器中登記 IPv6 位址？ 為了避免混淆, 若要在 DNS 伺服器中登記 IPv6 位址, 並不是使用『A』這個資源紀錄, 而是用『AAAA』, 其格式為： FQDN AAAA IPv6 位址 例如：

100 如何在 DNS 伺服器中登記 IPv6 位址？ 換言之, 『AAAA』這個資源紀錄係專門用來將 FQDN 對應到 128 bits 的 IPv6 位址。所以在圖 的 8 號圖說裡, 顯示的是『Type AAAA』, 而不是一般 IPv4 位址的『Type A』。

101 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 Local DNS Server 詢問管轄 .com.tw 網域的 DNS Server－D.TWNIC.NET.TW, 但是 D.TWNIC.NET.TW 告知管轄 flag.com.tw 網域的兩部 DNS Server 的 IP位址, 請 Local DNS Server 改問這兩部 DNS Server 的其中一部。

102 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器

103 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器

104 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 Local DNS 伺服器向 D.TWNIC.NET.TW 這部伺服器查詢（根據圖 可知 為 D.TWNIC.NET.TW 的 IP 位址）。 Transaction ID 相同, 表示兩者為配對的查詢/ 回覆封包。 此封包為查詢封包。 此封包為回覆封包。 不使用遞迴（Recursive）查詢, 意即使用反覆（Iterative）查詢。 D.TWNIC.NET.TW 伺服器告知 Local DNS 伺服器, 應該向這兩部 DNS伺服器其中之一查詢。

105 每個查詢過程未必完全相同! 雖然本節的整個查詢流程都完全符合先前的推論, 但是讀者在實作時未必能有相同的查詢流程。這是因為管轄網域的機構或業者, 為了避免因一部 DNS Server 當機, 而使整個查詢工作停擺, 通常都會以多部 DNS Server 共同管轄一個網域, 譬如光是 Root DNS Server 就有13 部之多。 而 Local DNS Server 如何在這些管轄同一個網域的 DNS Server 中, 選定其中一部作為查詢對象, 則會因該 Server 程式的設計而異。有的固定選 Additional recor ds 的第 1 部 DNS Server；有的則是隨機選取。

106 每個查詢過程未必完全相同! 在上例中是依序向『 B.ROOT-SERVERS.NET.』、『B.DNS.TW』、『D.TWNIC.NET.TW』 這3 部 DNS Server 查詢, 可是讀者實作時未必會詢問相同的 DNS Server 。因此在分析封包時, 不要因為詢問的 DNS Server 不同而懷疑。

107 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 最後, Local DNS Server 詢問管轄 .flag.com.tw 網域的 DNS Server － , 該 DNS Server 總算找到答案, 告知 的 IP 位址為 。

108 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器

109 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器

110 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 Local DNS 伺服器向 nsll.twnic.net.tw 這部伺服器查詢（根據圖 可知 為 nsll.twnic.net.tw 的 IP 位址）。 Transaction ID 相同, 表示兩者為配對的查詢/回覆封包。 此封包為查詢封包。 此封包為回覆封包。 不使用遞迴（Recursive）查詢, 意即使用反覆（Iterative）查詢。

111 Local 伺服器詢問其它 DNS 伺服器 此欄位值為 1, 代表在 Answer Section 有 1 筆查到的資料。
所查到的 IP 位址與相關資料。

112 為何從 Answer Section 的出現就可以看出有答案了！
DNS Server 會將答案放在 DNS 封包的 Answer Section （在 Wireshark 是以 Answers 表示）, 所以從圖 到圖 的封包都沒有 Answers, 因為它們並沒有真的給答案, 只是不斷地要求 Local DNS Server 再去問別台 DNS Server 。一直到了圖 的封包, 因為有了答案, 所以才出現 Answers 。 但是有答案並非一定是找到對應的 IP 位址, 『找不到查詢的 FQDN 所對應的 IP 位址』也是一種答案。

113 Local 伺服器回覆 DNS 用戶端

114 Local 伺服器回覆 DNS 用戶端 此 Transaction ID 與第 頁、圖 的查詢封包相同, 代表此封包是回覆用戶端向 Local 伺服器的查詢。 在Answer Section有 1 筆查到的資料。 查到的是主機的 IP 位址。 這筆紀錄在 DNS 伺服器快取中的存活時間。 查到的 IP 位址長度為 4 Bytes。 這就是用戶端所要查詢的 IP 位址。