应用层 - 域名、DNS、DHCP

关于应用层的协议有很多:

• 超文本传输：HTTP、HTTPS
• 文件传输：FTP
• 电子邮件：SMTP、POP3、IMAP
• 动态主机配置：DHCP
• 域名系统：DNS

每个协议都是针对不同的应用场景，我们先来了解域名、DNS和DHCP。

域名（Domain Name）

由于IP地址不方便记忆，并且不能表达组织的名称和性质，人们设计出了域名(比如google.com)。但实际上，为了能够访问到具体的主机，最终还是得知道目标主机的IP地址。

域名的分类

根据级别不同，域名可以分为 顶级域名（Top-level Domain，简称TLD）、二级域名、三级域名 ...等等

• 通用顶级域名（General Top-level Domain，简称gTLD）
  • .com（公司）、.net（网络机构）、.org（组织机构）、.edu（教育）、.gov（政府部门）、.int（国际组织）等
• 国家及地区顶级域名（Country Code Top-level Domain，简称ccTLD）
  • .cn（中国）、.jp（日本）、.uk（英国）
• 新通用顶级域名（New Generic Top-level Domain，简称：New gTLD）
  • .vip、.xyz、.top、.club、.shop等

二级域名

二级域名是指顶级域名之下的域名,有两种情况:

• 在通用顶级域名下，它一般指域名注册人的名称，比如google.com、baidu.com、sign.com中的goole/baidu/sign就是二级域名
• 在国家及地区顶级域名下，它一般指注册类别的，例如com、edu、gov、net等,比如xxx.gov.cn/xxx.com.cn

三级域名是指二级域名之下的域名，比如mail.sign.com中的mail就是三级域名。通过一张图来了解一下:

域名系统 DNS (Domain Name System)

域名只是方便我们记忆，但是为了能够访问到具体的主机，最终还是得知道目标主机的IP地址，这时就需要使用DNS昔日以。利用DNS协议，可以将域名（比如baidu.com）解析成对应的IP地址（比如220.181.38.148）。DNS可以基于UDP协议，也可以基于TCP协议，服务器占用53端口

DNS服务器的访问流程

在我们搞清楚域名解析之前，我们需要知道的是:

1. 客户端首先会访问最近的一台DNS服务器（也就是客户端自己配置的DNS服务器）
2. 所有的DNS服务器都记录了DNS根域名服务器的IP地址
3. 上级DNS服务器记录了下一级DNS服务器的IP地址
4. 全球一共13台IPv4的DNS根域名服务器、25台IPv6的DNS根域名服务器

知道了这些之后，我们再来看下面这张图：

DNS是有缓存的,当我们访问一下网址时，如果主机里面已经有DNS缓存了，则直接返回给你对应的IP地址，如果没有找到对应的缓存，则会走图中的请求流程，比如访问example.microsoft.com。

1. 用户首先会请求当前主机 Q1
2. 主机不知道域名对应的IP地址，会访问根域名服务器Q2，根域名服务器返回 com域名服务器的地址A1
3. 主机访问 com域名服务器Q2，得到 microsoft.com服务器的地址A2
4. 主机访问 microsoft.com服务器Q3,返回example.microsoft.com服务器地址A3
5. 主机访问 example.microsoft.com服务器Q4,得到返回数据A4
6. 主机将数据返回给DNS用户A5

DNS 相关命令

命令	含义
ipconfig /displaydns	查看DNS缓存记录
ipconfig /flushdns	清空DNS缓存记录
nslookup 域名	查看域名解析对应的服务器 （MAC电脑也能用这个命令）

动态主机配置协议 DHCP

在了解DHCP之前我们需要先知道IP的分类,IP地址按照分配方式，可以分为：静态IP地址、动态IP地址。

• 静态IP地址, 需要手动设置 , 适用场景：不怎么挪动的台式机（比如学校机房中的台式机）、服务器等
• 动态IP地址, 从DHCP服务器自动获取IP地址, 适用场景：移动设备、无线设备等

DHCP （Dynamic Host Configuration Protocol） 动态主机配置协议,DHCP协议基于UDP协议，客户端是68端口，服务器是67端口。

DHCP服务器会从IP地址池中，挑选一个IP地址“出租“给客户端一段时间，时间到期就回收它们。平时家里上网的路由器就可以充当DHCP服务器。

DHCP 分配IP的过程

DHCP 分配IP可以分为四个阶段,DISCOVER、OFFER、REQUEST、ACKNOWLEDGE：

1. DISCOVER：发现服务器 , 主机发广播包（源IP是0.0.0.0，目标IP是255.255.255.255，目标MAC是FF:FF:FF:FF:FF:FF）
2. OFFER：提供租约 , 服务器返回可以租用的IP地址，以及租用期限、子网掩码、网关、DNS等信息 (注意：这里可能会有多个服务器提供租约)
3. REQUEST：选择IP地址 , 客户端选择一个OFFER，发送广播包进行回应
4. ACKNOWLEDGE：确认 , 被选中的服务器发送ACK数据包给客户端

DHCP 细节

1. 当DHCP服务器、客户端不在同一个网段,可以借助DHCP中继代理（DHCP Relay Agent）实现跨网段分配IP地址
2. 客户端会在租期不足的时候，自动向DHCP服务器发送REQUEST信息申请续约

DHCP 相关命令

命令	含义
ipconfig /all	可以看到DHCP相关的详细信息，比如租约过期时间、DHCP服务器地址等
ipconfig /release	释放租约
ipconfig /renew	重新申请IP地址、申请续约（延长租期）