抓包理解 DNS 流程和 CDN 原理
DNS （Domain Name System）是我们每天都用到的协议，CDN （Content Delivery Network）也经常会接触到，但你能说出它们的原理么？
能说出原理的话，有抓包看过它们真实的数据包么？
今天我们就一起通过抓包来深入下 DNS 流程和 CDN 原理吧。
DNS 实现原理
DNS 的流程可以看这张图：
浏览器访问了某个域名，首先会查找浏览器缓存、本地 hosts 文件、DNS 缓存，没有找到的话再去请求本地 DNS 服务器，由它负责完成域名的解析。
本地 DNS 会依次请求根域名服务器拿到对应的顶级域名服务器的地址，然后请求顶级域名服务器，拿到权威域名服务器的地址，之后权威域名服务器会返回最终的 IP 给本地 DNS 服务器，由它再返给浏览器。
比如说 baidu.com 这个域名，根域名是 .，顶级域名（也叫一级域名）是 com，而二级域名是 baidu.com，那会先向根域名服务器查找 com 的顶级域名服务器的地址，然后再向 com 的顶级域名服务器查找 baidu.com 的权威域名服务器的地址。
有的同学可能会问，那 image.baidu.com 或者 xx.yy.zz.baidu.com 呢？
二级域名和更多级的域名都在权威域名服务器解析，域名服务器只有三级。
因为域名服务器之所以这样分级是为了通过负载均衡来分散压力，具体的域名解析都是由各自的权威域名服务器来处理的，根域名和顶级域名服务器只是做了个转发。
三级就已经能达成目的了，更多级可以自己分，比如后面会讲的 CDN 服务就是自己做了更多级的负载均衡。
说到了 CDN，那 CDN 与 DNS 是啥关系呢？
CDN 的实现原理
CDN 不是一种协议，只是基于 DNS 协议实现的一种分布式网络。
前面说到根域名和顶级域名服务器只是做了转发，最终域名解析都是在权威域名服务器做的。
那权威域名服务器是不是可以再做一层转发呢？
比如下面是百度云 CDN 的原理图：
权威 DNS 服务器通过 CNAME 的配置（DNS 协议里指定别名的方式）把请求转发到了 baidu 的 DNS 服务器，baidu 的 DNS服务器再根据 IP 返回用户所在区域的一台机器的 IP。
这样用户从这个域名下载内容的时候，就找到了最近的一台机器，那速度自然快很多。
这就是 CDN 的原理。
大概介绍了 DNS 和 CDN 的实现原理，下面我们通过抓包来验证下。
抓包验证上述结论
我们一步步来，首先，前面讲到这三级查找是对的么？
浏览器缓存和 DNS 缓存真的存在么？真的会查 hosts 文件么？
我们用抓包工具来验证下：
这种网络包需要用 wireshark 来抓。
抓取网卡的数据包，过滤 DNS 的包：
刷新页面就可以看到所有 DNS 数据包了：
然后你可以打开 chrome://net-internals/#dns ，查询某个域名的浏览器 DNS 缓存：
点击按钮可以清掉浏览器 DNS 缓存：
这证明了浏览器缓存的存在。
我们再往下验证，hosts 真的会生效么？
修改下 hosts 文件，加个配置：
用 ping 命令试了下，真的生效了，这说明 DNS 确实会查询 hosts 文件。
然后继续验证下系统的 DNS 缓存真的存在么？
我 ping 了几次 www.baidu.com，都没有新的 DNS 数据包，说明确实是有缓存的。
可以执行这个命令清掉系统 DNS 缓存：sudo dscacheutil -flushcache; sudo killall -HUP mDNSResponder
我 ping 了两次 www.baidu.com 都没有 DNS 数据包，但是我一清空缓存，再 ping 就有了：
这验证了系统级别的 DNS 缓存确实存在。
也就是说浏览器 DNS 缓存、hosts 文件、系统 DNS 缓存这三步确实都是会经历的：
继续往下看，本地 DNS 服务是啥？
这个可以在“系统偏好设置 > 网络 > 高级”里看到：
确实是有本地 DNS 服务器的地址的，这个一般是运营商提供的，可能每个城市都有一些公共的。这一级也有缓存。
通过这层层缓存加上域名系统本身就是分布式的，这种设计极大的减轻了 DNS 服务器的压力，实现了高并发，这是我们每天都在用的高并发系统。
继续往后看，这三级域名服务怎么验证呢？
可以 ping 一个不存在的域名，比如 ddd1111.com
这时候可以看到请求了 com 的域名服务器，地址是 a.gtld-server.net，没错，这个就是一个顶级域名服务器的域名。
但你再请求一个别的域名，你会发现它并没有从根域名顶级域名开始查，而是直接从权威域名服务器开始的：
没错，这也是缓存，本地 DNS 服务器会把域名对应的权威域名服务器的 IP 缓存下来，直接去那里查。
你会发现有的返回结果是 CNAME，值为一个域名，这个 CNAME 是一种记录类型，别名的意思。之后会再去这里查，最后查到 A 的记录类型，值就是 IP 了。
CDN 就是这么实现的，我们来看一个真实的 CDN 的 DNS 查询的例子：
这是 www.baidu.com 的 DNS 查询结果：
你会发现先通过 CNAME 指向了另一个域名，然后这个域名又给了两条 IP 的结果。
对照下 CDN 的原理图，就知道这俩 IP 都是离用户最近的服务器的 IP 了：
这就是 CDN 的原理。
再来看个 www.juejin.cn 的，他也是用了 CDN 的：
也是同样 CNAME 指向了 CDN 的 DNS 服务器，然后返回了就近的一些服务器的 IP，只不过它的负载均衡的机器更多一些。
总结
我们通过 wireshark 抓包的方式，验证了 DNS 的流程和 CDN 的实现原理。
DNS 的流程是会先查找浏览器 DNS 缓存、hosts 文件、系统 DNS 缓存，然后请求本地 DNS 服务器，由它去一级级查询最终的 IP：
CDN 是基于 DNS 的，在权威域名服务器做了 CNAME 的转发，然后根据请求 IP 的所在地来返回就近区域的服务器的 IP。
这个流程是有一层层的缓存的，而且还是分布式的，是我们接触最多的高并发系统了。