什么是IPv4、IPv6、域名以及DNS的工作原理-陌上烟雨遥

每一次上网打开某个页面的背后，都有DNS的一份功劳。

今天和小编一起来了解一下吧！

每个计算机都有它的IP，独特又唯一

人类的沟通，从知道对方的名字开始，像是小芳、小美这样的名字，便于记忆。

但是如果遇到有重名的人，就得费力去仔细分辨，毕竟将要发给刘伟12号的消息，错发给了刘伟35号，就会比较尴尬。

计算机王国是数字的世界，每个计算机都可以用独特的数字代表自己，完美避开了重名的烦扰。这个独特的数字，我们一般称之为IP地址。

目前，IP地址有2种：

IPv4

IPv4是网际协议开发过程中的第四个修订版本，是应用最广泛的版本，也是互联网的核心。IPv4是一个32位长的二进制数字，即是由0和1组成的长度达32位的数字串，代表了4,294,967,296个地址，接近43亿个的IPv4地址。

为了方便记忆，这些32位的0和1，也可以采用十进制来展示。最常用的就是：192.168.1.1。

IPv4地址的格式，如下图所示。

在互联网早期的人们看来，每一个计算机分配一个IPv4地址，是绝对够用的。

然而，有一些事情的发展，总是会超出人们的期望！

互联网的飞速发展，导致在2019年12月底，全球的43亿个IPv4地址，已经被分配殆尽。

聪明的人们，也采用了一些技术方法，来缓解IPv4地址的枯竭困境，比如：
- 回收IPv4地址：互联网号码分配局（IANA）和区域互联网注册管理机构（RIR）将在互联网初期分配出去的大段IPv4地址，进行回收，并根据需要进行重新分配。
- 动态IPv4地址：通过DHCP技术，在一个局域网内，动态分配IPv4地址给每个开机加入局域网的计算机，并在一台计算机关机退出局域网时，回收一个IPv4地址并分配给新的计算机。
- 内网外网IPv4地址：通过NAT技术，为一个局域网分配一个在互联网中有效的IPv4地址，叫做外网地址。在这个局域网内所有计算机的IPv4地址，叫做内网地址。局域网内每个计算机之间通信时，使用内网地址；局域网内某个计算机与局域网外计算机通信的时候，使用的是这个局域网的外网地址。
IPv6

IPv6是网际协议开发过程中的第六个修订版本，由互联网工程任务组（IETF）设计的，最大的用途是替代IPv4地址。IPv6是一个128位长的二进制数字，即是由0和1组成的长度达128位的数字串，代表了340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456个地址。

长达39位的数字，让人都不知道怎么用科学计数法来准确说清楚它的单位。总之，那是数都数不清的IPv6地址，而且号称可以为全世界的每一粒沙子分配一个IPv6地址。

为了方便记忆，这些128位的0和1，也可以采用了十六进制来展示。最常用的就是：ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789。

这里的IPv6地址，划分了8个区段，不同区段之间使用“:”进行分隔，每一个区段内有16位的十六进制数字串。

IPv6地址的格式，如下图所示。

IP太难记，域名来帮忙

IP地址这么独特，那我们上网的时候，为了打开某个服务器中的网页、视频，难道也要输入这个服务器的IP地址吗？

当然不需要。

前面说了，计算机采用IP地址来代表自己。人类嘛，当然是用名字更方便了！

我们在浏览器里输入的URL地址，例如：www.zte.com.cn，其实就是一种名字啦，一般称为域名。

别小看这一个短短的名字，里面包含了很多内容，让我们详细看看吧。

从右到左依次是：

cn：顶级域名，cn代表中国，还有其他的“.com代表商业组织”、“.edu代表大学”、“.uk代表英国”等等。
com：二级域名。
zte：归属于某个公司自己的域名。
www：三级域名，表明某个公司提供的是什么服务，www代表普通网页，mail代表邮箱。

什么是IPv4、IPv6、域名以及DNS的工作原理插图2

IP or 域名，得找DNS来帮忙

上网，就是一个根据域名找IP的过程。

域名系统（英文：Domain Name System，缩写：DNS）是互联网的一项服务。DNS作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。

我们本地的计算机在接入网络的时候，都会自动分配一个DNS服务器的IP地址，这个DNS服务器叫做本地域名服务器，一般是由网络服务商提供的。

在浏览器里输入一个域名，例如：www.xyz.com，单击回车键以后，就是DNS发挥作用的时候了。

最佳情况下，只需要三步：

本地计算机A根据已经配置的本地域名服务器的IP地址，发送查询消息到本地域名服务器DNS101：嘿，你知道www.xyz.com的IP地址吗？
恰好刚刚有人问过这个域名，本地域名服务器DNS101已经找到了这个IP地址并且进行了缓存，就会答复给本地计算机A：你运气不错，你要访问的IP地址是192.168.160.101。
本地计算机A收到了响应以后，直接找到192.168.160.101的计算机B，在浏览器里面就能成功显示192.168.160.101这个计算机B里面的网页了。

什么是IPv4、IPv6、域名以及DNS的工作原理插图3

一般情况下，我们至少要查询好几次，到好几个DNS里去找，才有可能找到真正的IP地址。

什么是IPv4、IPv6、域名以及DNS的工作原理插图4

现在这种"A问B→B回复A→A问C→C回复A→A问D→最终A到D"的查询方式，叫做迭代。

还有一种查询方式叫做递归："A问B→B问C→C回复B→B回复A→最终A到D"。

网页打不开，可能是DNS的锅

有时候我们打不开网页，其实可能就是我们的计算机没法找到DNS了。

没有DNS，我们输入的网址就没法转换成网站服务器的真实IP地址，当然就没法打开网站了。

DNS停摆的常见原因包括：

被污染

DNS中存放的域名与IP的对应关系，由于黑客攻击、数据异常等各种原因，导致一个域名对应到了错误的IP地址。这种情况下，计算机想通过这个DNS访问网站A，有可能就被误导到了网站B。
被修改

我们在本地计算机中配置的DNS的IP地址，一不小心被其他的应用给修改了。这种情况下，计算机想访问网站A，却找不到正确的DNS。
服务器崩溃

DNS是一个实现特定功能的服务器，是专业的高性能服务器，在某些情况下也是会崩溃的。一旦崩溃，我们的计算机想通过这个DNS上网，就肯定失败啦。
记录失效

DNS中存放的记录，比如：一个域名与一个IP地址的对应关系、一个域名与另外一个域名的对应关系，都是有生命周期的，比如：TTL为10分钟。一旦超过时限，这些对应关系就被清理掉，就没法提供给计算机查询了。