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什麼是域名系統（Domain Name System, DNS）
若我們想要約朋友在台北車站碰面，我們不會約在“台北市北平西路3號”，而是直接說“台北車站”見。因為台北車站是個好記憶的地標，而地址不是。
同樣的道理，雖然在網際網路中，每台伺服器的實際地址是用“IP”來表示。但方便我們識別的是“域名”（domain name），就好像地標一樣。
舉例來說，Google的域名是“google.com”，其中一個網站伺服器的IP地址是“172.217.160.78”。我們在瀏覽器的網址列輸入“google.com”後，實際上是透過“172.217.160.78”連線到Google首頁的。
那麼，瀏覽器如何知道域名該對應哪個IP地址呢？網路上現有的域名和IP不計其數，難道是有一台龐大的中央資料庫來保存所有對應關係嗎？
實際的情況是，的確有伺服器會負責保存這些資訊。只是不是一台，而是由一群遍佈全球的名稱伺服器（Name Server）合力完成。這些名稱伺服器與其運作的機制統稱為域名系統（DNS）。
DNS的運作原理
DNS由許多不同層級的名稱伺服器組成，每個層級的名稱伺服器都只會保存部分的資訊，但它們知道要再去找哪台名稱伺服器接續處理。
解析域名的過程是由右向左。例如域名是“www.pchome.com.tw”的話，“.tw”會先被解析（連線到負責“.tw”的名稱伺服器），然後是“.com”（連線到負責“.com”的名稱伺服器），依此類推。
接下來用一個實際的例子來說明，若我們要連線到“example.com”，從瀏覽器出發到取得結果，過程大致上可以分為五個階段。
Step 1. DNS Resolver
瀏覽器的第一站是DNS Resolver（或稱Recursive Resolver）伺服器，通常是由我們的網際網路服務供應商（Internet Service Provider，ISP，例如中華電信）提供。
DNS Resolver伺服器本身並沒有域名的對應資訊，它的功能是負責整個查詢的過程，也就是在瀏覽器和名稱伺服器間扮演著中間人的角色。
每個DNS Resolver伺服器都有著一份清單，裡面紀錄了它的第一站，也就是Root名稱伺服器的IP地址。解析域名的旅程從這邊開始！
Step 2. Root Name Server
DNS Resolver伺服器向Root名稱伺服器詢問“example.com”在哪裡？
雖然Root名稱伺服器並沒有直接保存“example.com”的IP地址，但是它持有Top-level Domain（TLD）名稱伺服器的清單。顧名思義，top-level是最上層，也就是域名結尾的部分，像是最常見的“.com”、“.io”等等。
以我們的例子來說，Root名稱伺服器會從它的清單中，找出哪個TLD名稱伺服器負責“.com”的域名。將這個TLD名稱伺服器的IP地址，回傳給DNS Resolver伺服器後就算完成它的任務了。
Step 3. TLD Name Server
DNS Resolver伺服器向TLD名稱伺服器詢問“example.com”在哪裡？
和Root名稱伺服器類似，TLD名稱伺服器也沒有直接保存“example.com”的IP地址。但它知道要去哪裡找負責該域名的名稱伺服器，稱為Domain名稱伺服器，這個清單又是哪來的呢？
Root名稱伺服器和TLD名稱伺服器是由特定的機構管理（ICANN）。想要註冊某個域名的時候，就需要提供自己的Domain名稱伺服器的IP位址，來跟它們做申請，通過後就會被加入到清單中。
目前很常見的方式是透過域名服務供應商（e.g. GoDaddy、Route 53）來辦理。由它們幫忙申請域名，甚至還可以使用託管的Domain名稱伺服器（不用自己架設），我們只需要支付相對應的費用。
Step 4. Domain Name Server
DNS Resolver伺服器向Domain名稱伺服器詢問“example.com”在哪裡？
終於，我們找到知道這個問題的答案的人了！Domain名稱伺服器持有這個域名的IP地址，是時候談談名稱伺服器實際上如何保存這些資訊了。
所有（包含Root和TLD）名稱伺服器，在保存各個域名的相關資訊時，格式是一筆筆的紀錄（Record）。紀錄的類型有很多種，對我們來說最先需要知道的是CNAME record和A record。
直接看例子，假設我們註冊了“myShop.com”這個域名，並且希望使用者除了“myShop.com”外，也可以透過“www.myShop.com”來連到網站，可以這樣設定：
www.myShop.com. IN CNAME myShop.com.
myShop.com. IN A xx.xx.xx.xx先看第一行，CNAME record的用途是幫域名設定別名（alias）。以這個例子而言，當我們連線到“www.myShop.com”時，名稱伺服器實際上是去找“myShop.com”在哪裡，而“myShop.com”的IP地址就紀錄在第二行的A record。
IP地址是我們最終的目的地，所以A record當然是必要的。而CNAME record可以方便我們管理多個域名對應到同一個IP地址的情況。
若不使用CNAME record的話，每個域名就必須個別設定A record。假設某天網站伺服器的IP位址有變，全部的A record都要一起更新。但使用CNAME record的話，我們只要更新一筆即可。
Note: CNAME record有一些先天上的規範限制，所以部分域名服務供應商會提供一些替代做法，像是ALIAS record（非標準，可以參考AWS的文件）。
Step 5. Website Server
最後，瀏覽器透過DNS Resolver伺服器回傳的IP位址去連線網站伺服器，大功告成！
雖然看起來步驟很繁瑣，但整個過程通常是以毫秒（千分之一秒）計算。此外，為了加速查詢的效率，各個名稱伺服器，甚至我們的瀏覽器，都有實作快取（cache）機制，來保存先前查詢過的域名及IP地址。
DNS的查詢工具
dig（domain information groper）這個指令可以幫助我們查看DNS的解析過程。以“example.com”為例：
$ dig example.com
example.com. 8423 IN A 93.184.216.34我們可以知道域名“example.com”的實際IP地址是“93.184.216.34”。
dig還可以加上參數+trace來獲得更詳細的資訊，順便複習一下整個過程是不是和我們理解的一樣。
$ dig example.com +trace
# 以下省略大部分的輸出資訊# 1. DNS Resolver -> Root Name Server
. 3600 IN NS c.root-servers.net.# 2. Root Name Server -> TLD Name Server
com. 172800 IN NS k.gtld-servers.net.# 3. TLD Name Server -> Domain Name Server
example.com. 172800 IN NS a.iana-servers.net.# 4. Domain Name Server -> Website Server
example.com. 86400 IN A 93.184.216.34
NS record之前沒有提到，但也很重要。它代表的是該域名由哪個名稱伺服器負責，讓DNS Resolver伺服器可以前往下一個目的地。
其它DNS相關的指令還有像是nslookup、traceroute等等，有興趣可以自行試試看！
總結
在本文中，我們依序介紹了DNS解析域名的五個步驟，涵蓋了DNS Resolver和各個層級（Root、TLD、Domain）的名稱伺服器。再來是名稱伺服器中常見的幾種紀錄類型，像是NS 、CNAME、A record。最後則是透過dig指令去觀察一個域名的解析過程。
為什麼需要了解DNS的運作原理？最直接的，若我們需要註冊一個自己的域名，即使是透過域名服務供應商，這些基本的知識對於調整域名的設定來說也是非常必要的。
而以系統設計的觀點，DNS除了解析域名的功能外，還可以扮演分派流量的角色。這在系統架構上提供了更多的彈性，也就是雖然是同一個域名，但根據我們選擇的策略，可以對應到不同的IP地址。以Route 53為例，可以做到機率分流（A/B Testing），甚至自動選擇地理位置最近的IP地址等等。
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