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为什么全球只有13台DNS根服务器?5分钟彻底看明白

发布时间:2019-06-14 09:38:08浏览次数:163 次作者:Editor标签:

在大小新闻中,我们经常会听到这样一句话:

“全世界只有13台(这13台根域名服务器名字分别为“A”至“M”),1个为主根服务器在美国。其余12个均为辅根服务器,其中9个在美国,欧洲2个,位于英国和瑞典,亚洲1个位于日本。”

事实真的是这样的么?

在谈论这个难题之前,我想先说一点,13台根服务器并不是物理上的13台,而是逻辑上的13台,这也就是说,每一台逻辑上的根服务器由多台物理上的根服务器构成;

然后我们再来看下为何我们在逻辑上只有13台呢?

首先我们来看下什么是根域名服务器

根域名服务器是域名解析系统(DNS)中最为顶级的域名服务器,它们负责管理顶级域的权威域名服务器地址。作为互联网基础设施的重要部分,所有域名的解析操作均离不开它们。下面我们将从 DNS 协议实现的角度分析为什么全球只有13组根域名服务器。

13组根域名服务器的信息

为什么全球只有13台DNS根服务器?5分钟彻底看明白

其中,13组根域名服务器以英文字母 a 到 m 顺序命名,域名格式为“a~m.root-servers.net”,如“b.root-servers.net”。

DNS 数据包的大小限制

我们知晓 DNS 协议是应用层协议,大多数情况下依赖传输层的 UDP 协议进行数据的传输(仅在重试的情况下或许使用 TCP 协议)。根据RFC 791规定,未保证 UDP 数据包传输成功率,尽量数据包控制在 571 字节以使数据包不会被分片传输。

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除去 UDP 数据包自身包头占用的字节数,DNS 数据包被设计为不超过512字节。

DNS 协议格式

下面我们从根域名解析的返回数据包截图:

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我们假设根域名由 N 组,计算数据包各部分字节占用的情况如下:

1、Header 部分占用12个字节,包括 Transaction ID (2字节),Flags (2字节),Questions (2字节),Answer RRs (2字节),Authority RRs (2字节),Additional RRs (2字节);

2、Question Section 部分占用5个字节,包括根标签(1字节),Class (2字节,基本取值全是IN),查询类型(2字节);

3、Answer Section 部分占用的字节数为所有记录字节数之和,每条记录包括根标签(1字节),TTL (4字节),Class (2字节,基本取值全是IN),查询类型(2字节),域名存储占用的字节数;因为域名在 DNS 解析协议当中按照长度(2字节)+数据的形式存储,其中数据部分是分段存储的,存储格式如下所示,所以第一条记录的域名存储占用22个字节,继而第一条记录总共占用31个字节;

4、而从第二条记录开始,因为记录中出现的域名存在部分内容与第一条记录重复,即“root-servers.net”部分,这部分可以利用 DNS 指针压缩存储,只必需存储2个字节的指针,指向第一条记录出现的部分,而不必需存储实际的内容,所以第二条记录~N条记录占用的字节数分别为11+4=15个字节;

5、Additional Section 部分占用的字节数为所有记录字节数之和,每条记录包括域名,TTL (4字节),Class (2字节,基本取值全是IN),查询类型(2字节),IP 地址(2字节长度+4字节内容);因为 Additional Section 记录的域名都在 Answer Section 中出现过,所以这部分都可以利用 DNS 指针压缩存储,只必需存储2个字节的指针即可表示对应的域名,所以Additional Section 部分的记录占用的字节数为2+4+2+2+6=16个字节;

综上所述

数据包总长度为12+5+(31+(15(N-1))+16N,再根据前述 DNS 大小限制不超过512字节的需求,可以得 N 不超过15组,再加上早期设计的时候考虑到预留一些 buffer 于是就有了如今全球13组根域名服务器的结果。

逼真物理的域名服务器分布

截至2018年9月11日,全球一共分布了937台根域名服务器,具体分布情况可以直接在根域名服务官网(root-servers.org)直接查到。

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可以看到,本来包含港澳台,中国一共也分布有17台根域名服务器。

 

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