什么是DNS?
DNS(Domain Name System,域名系统)是互联网的重要组成部分,其主要作用是将人类可读的域名(如 www.example.com)转换为机器可读的IP地址(如 192.0.2.1)。这一过程称为DNS解析。DNS类似于互联网的电话簿,通过查询DNS服务器获取相应的IP地址,从而实现网络通信。
DNS叫做域名系统:由解析器和域名服务器组成,域名服务器保存着该网络中所有主机的域名和对应的IP地址,域名有唯一对应的IP地址,但是IP地址不一定对应一个域名,我们就是根据DNS来上网的。
DNS解析过程
DNS解析的过程通常涉及以下几个步骤:
客户端查询:用户在浏览器中输入域名,浏览器向本地DNS缓存查询是否存在该域名的IP地址。
递归查询:如果本地缓存中没有,浏览器会向递归DNS服务器(通常是由ISP提供的)发起查询请求。
根DNS服务器:递归DNS服务器首先查询根DNS服务器,获取顶级域(如 .com)的权威DNS服务器地址。
顶级域DNS服务器:然后,递归DNS服务器查询顶级域DNS服务器,获取该域名注册商的权威DNS服务器地址。
权威DNS服务器:最后,递归DNS服务器向权威DNS服务器查询,获取目标域名的IP地址。
返回结果:递归DNS服务器将查询结果返回给客户端,客户端通过该IP地址与目标服务器建立连接。
DNS解析的底层逻辑
工作过程
步骤 | 描述 |
---|---|
1. 浏览器解析 | 当用户在浏览器中输入域名时,浏览器会首先解析域名,提取出主机名和顶级域名。 例如,对于域名 “www.example.com”,主机名是 “www”,顶级域名是 “com”。 |
2. 本地缓存查询 | 浏览器会查询本地缓存,看是否存在该域名的解析结果。如果存在,则直接返回 IP 地址,节省了网络查询的时间。 |
3. 递归查询 | 如果本地缓存中没有找到结果,浏览器会将域名发送给其配置的 DNS 服务器,通常是用户的 ISP 提供的 DNS 服务器。 这个 DNS 服务器会首先检查自己的缓存。如果缓存中有结果,则直接返回 IP 地址。 如果没有结果,这个 DNS 服务器会将域名发送给更高层的 DNS 服务器,并继续进行递归查询。 每个 DNS 服务器都会检查自己的缓存,并向更高层的 DNS 服务器查询,直到找到授权的 DNS 服务器。 |
4. 权威查询 | 授权的 DNS 服务器会查询其包含的域名数据库,并返回该域名的 IP 地址。 |
5. 返回结果 | DNS 服务器会将 IP 地址返回给查询它的 DNS 服务器,并逐级返回给用户。 |
6. 缓存结果 | 每个 DNS 服务器都会将查询结果缓存起来,以便以后更快地响应相同的查询。 |
7. 用户访问 | 浏览器收到 IP 地址后,就会使用它来连接到相应的网站或服务器。 |
- 浏览器:用户用来访问互联网的软件
- DNS 服务器:将域名转换为 IP 地址的服务器
- 缓存:存储最近查询结果的临时存储
- 授权的 DNS 服务器:包含要查询的域名的域名数据库的服务器
- IP 地址:用于标识互联网上设备的数字地址
DNS解析是互联网正常运作的关键机制之一,其底层逻辑涉及多个步骤和组件:
域名层级结构:DNS采用层级结构,包括根域、顶级域(TLD)、二级域和子域。每一级都有相应的DNS服务器。
DNS服务器类型:
- 根DNS服务器:位于顶层,维护顶级域(如 .com、.org、.net)的信息。
- 顶级域DNS服务器(TLD):维护特定顶级域下的域名信息。
- 权威DNS服务器:维护特定域名的实际DNS记录(如A记录、CNAME记录)。
- 递归DNS服务器:由ISP或第三方提供,负责递归查询,帮助客户端找到所需的IP地址。
DNS记录类型:
- A记录:将域名映射到IPv4地址。
- AAAA记录:将域名映射到IPv6地址。
- CNAME记录:将一个域名别名映射到另一个域名。
- MX记录:邮件交换记录,指向邮件服务器。
- TXT记录:任意文本信息,一般用于域名验证。
DNS查询过程:
本地缓存检查:客户端首先检查操作系统的DNS缓存。
主机文件检查:检查系统的hosts文件。
递归查询:如果缓存和主机文件没有匹配项,递归DNS服务器开始递归查询。
- 根服务器查询:递归服务器查询根DNS服务器,获取TLD服务器地址。
- TLD服务器查询:递归服务器查询TLD服务器,获取权威DNS服务器地址。
- 权威服务器查询:递归服务器查询权威DNS服务器,获取最终的IP地址。
返回结果:递归DNS服务器将查询结果返回给客户端,客户端使用该IP地址与目标服务器建立连接。
什么是SSL?
SSL(Secure Sockets Layer,安全套接层)是一种安全协议,旨在为在计算机网络之间进行通信提供安全性。SSL现已被TLS(Transport Layer Security,传输层安全)取代,但仍常用“SSL”这一术语。SSL/TLS通过加密数据、验证服务器身份和确保数据完整性,保护用户与服务器之间的通信。
SSL证书
SSL证书是由受信任的证书颁发机构(CA)签发的数字证书,用于验证网站的身份并加密与该网站之间的通信。SSL证书包含以下信息:
- 域名
- 证书所有者的信息
- 证书颁发机构
- 公钥
- 有效期
SSL握手过程
SSL握手是客户端和服务器之间建立安全连接的过程,主要包括以下步骤:
- 客户端问候:客户端发送支持的SSL/TLS版本、加密套件和其他信息给服务器。
- 服务器回应:服务器选择SSL/TLS版本和加密套件,并发送服务器证书(包含公钥)给客户端。
- 证书验证:客户端验证服务器证书的有效性和真实性,确保服务器的身份。
- 密钥交换:客户端生成一个会话密钥,并使用服务器的公钥加密会话密钥,然后发送给服务器。
- 建立安全连接:服务器使用私钥解密会话密钥,双方使用会话密钥加密后续通信。
SSL的底层逻辑
工作过程
阶段 | 描述 |
---|---|
1. 客户端发起连接 | 客户端向服务器发送 HTTPS 请求,其中包含客户端支持的加密套件和一个随机数(ClientHello)。 |
2. 服务器响应 | 服务器会选择一个客户端支持的加密套件,并向客户端发送其数字证书、服务器的随机数和一个包含握手消息的 ServerHello 消息。 |
3. 客户端验证证书 | 客户端会验证服务器的数字证书,以确保其真实性和有效性。这包括检查证书是否由受信任的证书颁发机构 (CA) 签发,以及证书是否已过期或被撤销。 |
4. 客户端生成预主密钥 | 客户端会生成一个随机预主密钥,并使用服务器的公钥对其进行加密。然后,客户端会将加密后的预主密钥和一个包含握手消息的 ClientHello 消息发送给服务器。 |
5. 服务器生成主密钥 | 服务器会使用自己的私钥解密客户端发送的预主密钥。然后,服务器会生成一个主密钥,并使用它来加密和解密后续的通信。 |
6. 完成握手 | 客户端和服务器会交换一些额外的消息来完成握手过程,例如验证消息的完整性。 |
7. 应用层通信 | 一旦握手完成,客户端和服务器就可以使用对称加密来保护他们的通信。这通常使用 TLS 协议来实现。 |
- 客户端:用于访问网站或服务器的用户设备
- 服务器:托管网站或服务的计算机
- 数字证书:用于验证服务器身份的电子文件
- 加密套件:用于加密和解密通信的算法和协议
- 随机数:用于确保通信安全的一次性值
- 预主密钥:用于生成主密钥的随机值
- 主密钥:用于加密和解密通信的加密密钥
- TLS 协议:用于在客户端和服务器之间建立安全连接的协议
SSL/TLS协议是为了保护互联网通信而设计的,主要通过加密、认证和完整性检查来确保数据的安全性。其底层逻辑包括以下步骤:
- 对称加密和非对称加密:
- 对称加密:加密和解密使用相同的密钥,适合大量数据的快速加密。
- 非对称加密:使用公钥加密,私钥解密,适合安全密钥交换。
- SSL握手过程:
- 客户端问候(Client Hello):客户端发送支持的SSL/TLS版本、加密套件、压缩方法和随机数。
- 服务器回应(Server Hello):服务器选择SSL/TLS版本、加密套件,并发送服务器证书和随机数。
- 证书验证:客户端验证服务器证书的有效性和真实性,确保服务器身份。
- 密钥交换:客户端生成一个会话密钥(对称密钥),并使用服务器公钥加密会话密钥后发送给服务器。
- 服务器解密:服务器使用私钥解密会话密钥,并发送一个加密的完成握手消息给客户端。
- 握手完成:客户端和服务器使用会话密钥加密后续通信。
- 数据传输:
- 加密数据:使用会话密钥对数据进行加密。
- 完整性校验:通过消息认证码(MAC)确保数据未被篡改。
- 加密传输:加密后的数据通过网络传输到对端,对端使用会话密钥解密数据。
DNS与SSL的协同工作过程
DNS和SSL在建立安全的互联网通信中扮演着不同但互补的角色:
- DNS解析:DNS负责将用户输入的域名转换为IP地址,确保用户连接到正确的服务器。
- SSL证书验证:SSL证书验证确保用户连接的服务器身份真实,并对通信内容进行加密。
结合DNS和SSL,可以实现安全、可靠的网络通信。例如,当用户访问一个使用SSL证书的网站时:
- 用户输入域名并发起DNS查询,获取目标服务器的IP地址。
- 浏览器与目标服务器建立连接,并通过SSL握手过程验证服务器身份,建立安全连接。
DNS和SSL的协同工作过程确保了用户能够安全地访问目标网站:
- 域名解析:
- 用户在浏览器中输入域名,浏览器通过本地DNS缓存、主机文件、递归DNS服务器查询,最终获取目标服务器的IP地址。
- 浏览器使用该IP地址与目标服务器建立连接。
- SSL握手:
- 浏览器与目标服务器建立TCP连接后,开始SSL握手过程。
- 客户端发送Client Hello消息,服务器响应Server Hello消息,并发送服务器证书。
- 客户端验证证书,并生成会话密钥,通过加密方式与服务器交换会话密钥。
- 双方使用会话密钥加密后续通信。
- 安全通信:
- 所有传输的数据都经过加密,确保数据的机密性和完整性。
- 双方通过加密通道进行安全的数据交换。
DNS解析和SSL/TLS协议是互联网安全和正常运作的基石。
- DNS负责将域名解析为IP地址,确保用户能够连接到正确的服务器;
- SSL/TLS通过加密和认证机制,保护用户数据在传输过程中的安全。