Introduction
DNS（Domain Name System）是一個將網址轉換成 IP 位址的系統；就像是一本電話簿的功能，使用者只需要記住對象的名字（網址），而不用記住相對複雜的電話號碼（IP）。
當使用者想要存取 google.com 這個網址時，系統會透過一系列的 DNS 查詢，最終找到網址對應的 IP，有了 IP 就可以將封包發送到正確的主機上了！
DNS Lookup
Local Resolution
- 使用者在瀏覽器輸入
https://google.com，程式會呼叫 DNS Client 開始解析網址，先從本地端檢查快取、檢查/etc/hosts設定、檢查是否為 multicast DNS - 若皆無對應的 IP，則向外部 DNS Resolver 發送 DNS 查詢請求，DNS Resolver 的選擇與當前連線的網路狀態有關，macOS 環境可以透過
scutil --dns查看
Recursive Resolution
- DNS Resolver 若無快取資料，則開始迭代查詢；首先會從全球 13 個 Root Nameserver IP 選出一個，並向其詢問
.com資訊存放於哪些 TLD Nameserver - Root Nameserver 回覆 TLD Nameserver 的位址
- DNS Resolver 再向其中一台 TLD Nameserver 詢問
google.com的 Authoritive Server - TLD Nameserver 回覆持有
google.com所有 DNS 記錄（DNS record）的 Authoritive Server 位址 - DNS Resolver 再向其中一台 Authoritive Server 取得所需的 DNS 記錄
Resolution Result
- Authoritive Server 回傳 A 記錄（A record）上的 IP 資訊
142.250.77.14 - DNS Resolver 將該 IP 傳給瀏覽器
- 瀏覽器對該 IP 發出 HTTP 請求
- 取得網頁內容
Common DNS Record Types
| Type | Description |
|---|---|
| A | IPv4 位址 |
| AAAA | IPv6 位址 |
| CNAME | 指向另一個網址 |
| MX | 指向電子信箱的網址，其中指向的網址必須要為 A 記錄或是 AAAA 記錄，否則失效 |
| TXT | 任意文字，常用於驗證用途 |
| SOA | 權威記錄起始（Start of Authority），紀錄當前 DNS 區域（DNS zone）的主要名稱伺服器（Primary Nameserver）、管理者信箱、DNS 記錄的最新版本，作為名稱伺服器之間同步資訊的依據 |
| NS | 名稱伺服器（Nameserver），通常會有多組 |
| SRV | 服務記錄，將服務名稱、協議組合而成的網址指向另一個指定埠號的網址 |
| PTR | 指標紀錄（Pointer），反向記錄 IPv4 或 IPv6 指向的網址，通常用於垃圾郵件檢查 |
DNS Cache and TTL
Cache
DNS 查詢結果會被快取在多個層級當中
- 瀏覽器快取：瀏覽器內建的 DNS 快取
- 作業系統快取：OS 層級的 DNS 快取
- DNS Resolver 快取：ISP 或公共 DNS 服務的快取
- 各級名稱伺服器快取：Root、TLD、Authoritative Server 的快取
TTL（Time To Live）
每個 DNS 記錄都可以設定 TTL，決定這個設定在快取中保留的時間，需要依照不同服務的屬性和需求去權衡 TTL 的長度
- 短 TTL 適用於需要頻繁更新的 DNS 記錄，但是會增加查詢的次數，提高負載的上限
- 長 TTL 適用於穩定不變的 DNS 記錄，但是在記錄需要進行改變時，會花費較長的時間等待快取過期
dig - A DNS Troubleshooting Tool
dig 可以快速進行 DNS 查詢結果的驗證，以及實現 DNS 迭代查詢的過程
Commen Commands
- 查詢指定網址的 A 記錄
dig google.com
- 查詢指定網址的 A 記錄，顯示最簡短資訊
dig google.com +short
- 查詢指定網址的所有 DNS 記錄
dig google.com ANY
- 使用指定的 DNS Resolver 進行查詢
dig @8.8.8.8 google.com
- 使用 dig 進行迭代查詢，並列出查詢的過程和結果
dig google.com +trace
Tracing of Delegation Path
dig 可以透過指令模擬 DNS Resolver 進行迭代查詢，並將查詢過程列出來
接著我們就使用以下指令來分解整個迭代查詢的過程
dig @1.1.1.1 google.com +trace
返回的結果如下，接下來讓我們一個步驟一個步驟分開來看
; <<>> DiG 9.10.6 <<>> @1.1.1.1 google.com +trace
; (1 server found)
;; global options: +cmd
. 511807 IN NS a.root-servers.net.
. 511807 IN NS b.root-servers.net.
. 511807 IN NS c.root-servers.net.
. 511807 IN NS d.root-servers.net.
. 511807 IN NS e.root-servers.net.
. 511807 IN NS f.root-servers.net.
. 511807 IN NS g.root-servers.net.
. 511807 IN NS h.root-servers.net.
. 511807 IN NS i.root-servers.net.
. 511807 IN NS j.root-servers.net.
. 511807 IN NS k.root-servers.net.
. 511807 IN NS l.root-servers.net.
. 511807 IN NS m.root-servers.net.
. 511807 IN RRSIG NS 8 0 518400 20250810050000 20250728040000 46441 . GMmmL9anoO58q0ZiFYjwpnN/kKHeUa2WyieU7mf+STO0TfKFJn5AAy8V YTh5+SjpZTx84d7+BEfncw9QRJDWxQ1sDiR0zj4rc38iRBvObHadbohG mMTtb56MPktffKKy6gBu2cMIHMIM50NwjX8sOSl6R2XH4/OTGe4304lb aSllI0a9RE2GCl84mtzkoLNHMyHCfgmFHxxe3aOZ1R1yJoaqPllFWJwO XX82UxHtjuUjG6zdm9d/v1rqsljQwiZdkufJmwvgGzXnVNSGy2R5y8F/ MljK2zEyJqlYuevi6b+GUAsqihw8cKKXYmFsyCmlmB4Aed5dbTpDgVr9 1BFryg==
;; Received 525 bytes from 1.1.1.1#53(1.1.1.1) in 30 ms
com. 172800 IN NS a.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS b.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS c.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS d.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS e.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS f.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS g.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS h.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS i.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS j.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS k.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS l.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS m.gtld-servers.net.
com. 86400 IN DS 19718 13 2 8ACBB0CD28F41250A80A491389424D341522D946B0DA0C0291F2D3D7 71D7805A
com. 86400 IN RRSIG DS 8 1 86400 20250810050000 20250728040000 46441 . aIoQnSkjY/gg+HYZHvmmc89Y7Guf4h8IASBu+/4NFs4GvPU2tIUm83ag YF9iyWiC7PeMmnlWcNQZAXdj4AYMA8HbqWWHpmYjivexwRVl97fR5ixi zueanQb6UnhCoZGwSFJBck5bz+rwkerkFvQWhTT8e1K1JroUayMY+9P/ zEM9U4ABa9jGpTQVxYRVYZgyrYcZZBeTLzQajCq+GMZFkQZ5me73yu1/ RP61msu3SDkcnvHjo2MYnW8teFTd1KkWDEKFWtci89sX6wpak7kGmz0P OgP/jPkB9QtEIW6EVoxnqbU9ccJVoho858fxxg1rGi6OlxpM0lIva2FD QuvuSw==
;; Received 1170 bytes from 170.247.170.2#53(b.root-servers.net) in 200 ms
google.com. 172800 IN NS ns2.google.com.
google.com. 172800 IN NS ns1.google.com.
google.com. 172800 IN NS ns3.google.com.
google.com. 172800 IN NS ns4.google.com.
CK0POJMG874LJREF7EFN8430QVIT8BSM.com. 900 IN NSEC3 1 1 0 - CK0Q3UDG8CEKKAE7RUKPGCT1DVSSH8LL NS SOA RRSIG DNSKEY NSEC3PARAM
CK0POJMG874LJREF7EFN8430QVIT8BSM.com. 900 IN RRSIG NSEC3 13 2 900 20250803022222 20250727011222 20545 com. pKSGB6htdnXf5cs5mVnNLTjSDXYnU9z+UqLLYiI8h1BJ3Z6h7FG0/Fp7 oMt6lu4iETmSJHAViT8hZ/DGruNg0g==
S84BOR4DK28HNHPLC218O483VOOOD5D8.com. 900 IN NSEC3 1 1 0 - S84BR9CIB2A20L3ETR1M2415ENPP99L8 NS DS RRSIG
S84BOR4DK28HNHPLC218O483VOOOD5D8.com. 900 IN RRSIG NSEC3 13 2 900 20250804012038 20250728001038 20545 com. fnIjm2HNoTq7wtFOrglxDYQZFBFxGoTIdQya88ryzO4wI4gn+p36M71D fGOsZoaVd+ntw/K7530z3v4Uubwt2Q==
;; Received 644 bytes from 2001:503:83eb::30#53(c.gtld-servers.net) in 79 ms
google.com. 300 IN A 142.250.198.78
;; Received 55 bytes from 216.239.32.10#53(ns1.google.com) in 65 ms
第一步可以看到 dig 向我們設定的 Cloudflare DNS Resolver（1.1.1.1）索取 Root Nameserver IP 列表
Root Nameserver IP 固定有 13 個 IP，一般的 DNS Resolver 都會將這 13 個 IP 內建在服務中，所以可以看到 DNS Lookup 的流程並未有這段過程
. 511807 IN NS a.root-servers.net.
. 511807 IN NS b.root-servers.net.
. 511807 IN NS c.root-servers.net.
. 511807 IN NS d.root-servers.net.
. 511807 IN NS e.root-servers.net.
. 511807 IN NS f.root-servers.net.
. 511807 IN NS g.root-servers.net.
. 511807 IN NS h.root-servers.net.
. 511807 IN NS i.root-servers.net.
. 511807 IN NS j.root-servers.net.
. 511807 IN NS k.root-servers.net.
. 511807 IN NS l.root-servers.net.
. 511807 IN NS m.root-servers.net.
. 511807 IN RRSIG NS 8 0 518400 20250810050000 20250728040000 46441 . GMmmL9anoO58q0ZiFYjwpnN/kKHeUa2WyieU7mf+STO0TfKFJn5AAy8V YTh5+SjpZTx84d7+BEfncw9QRJDWxQ1sDiR0zj4rc38iRBvObHadbohG mMTtb56MPktffKKy6gBu2cMIHMIM50NwjX8sOSl6R2XH4/OTGe4304lb aSllI0a9RE2GCl84mtzkoLNHMyHCfgmFHxxe3aOZ1R1yJoaqPllFWJwO XX82UxHtjuUjG6zdm9d/v1rqsljQwiZdkufJmwvgGzXnVNSGy2R5y8F/ MljK2zEyJqlYuevi6b+GUAsqihw8cKKXYmFsyCmlmB4Aed5dbTpDgVr9 1BFryg==
;; Received 525 bytes from 1.1.1.1#53(1.1.1.1) in 30 ms
第二步對應到 DNS Lookup 的 2.、3. 步，可以看到 dig 從 13 組 Root Nameserver 中挑選了 b.root-servers.net 進行頂網域（top-level domain）com. 的查詢，並且取得了 13 組含有相關資訊的 TDL Nameserver
com. 172800 IN NS a.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS b.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS c.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS d.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS e.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS f.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS g.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS h.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS i.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS j.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS k.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS l.gtld-servers.net.
com. 172800 IN NS m.gtld-servers.net.
com. 86400 IN DS 19718 13 2 8ACBB0CD28F41250A80A491389424D341522D946B0DA0C0291F2D3D7 71D7805A
com. 86400 IN RRSIG DS 8 1 86400 20250810050000 20250728040000 46441 . aIoQnSkjY/gg+HYZHvmmc89Y7Guf4h8IASBu+/4NFs4GvPU2tIUm83ag YF9iyWiC7PeMmnlWcNQZAXdj4AYMA8HbqWWHpmYjivexwRVl97fR5ixi zueanQb6UnhCoZGwSFJBck5bz+rwkerkFvQWhTT8e1K1JroUayMY+9P/ zEM9U4ABa9jGpTQVxYRVYZgyrYcZZBeTLzQajCq+GMZFkQZ5me73yu1/ RP61msu3SDkcnvHjo2MYnW8teFTd1KkWDEKFWtci89sX6wpak7kGmz0P OgP/jPkB9QtEIW6EVoxnqbU9ccJVoho858fxxg1rGi6OlxpM0lIva2FD QuvuSw==
;; Received 1170 bytes from 170.247.170.2#53(b.root-servers.net) in 200 ms
第三步對應到 DNS Lookup 的 4.、5. 步，可以看到 dig 從 13 組 TLD Nameserver 中挑選了 c.gtld-servers.net 進行 google.com. 的查詢，並且取得了 4 組名稱伺服器；因為這些名稱伺服器都包含了 google.com. 的所有 DNS 記錄，所以我們也稱其為 google.com. 的權威伺服器
google.com. 172800 IN NS ns2.google.com.
google.com. 172800 IN NS ns1.google.com.
google.com. 172800 IN NS ns3.google.com.
google.com. 172800 IN NS ns4.google.com.
CK0POJMG874LJREF7EFN8430QVIT8BSM.com. 900 IN NSEC3 1 1 0 - CK0Q3UDG8CEKKAE7RUKPGCT1DVSSH8LL NS SOA RRSIG DNSKEY NSEC3PARAM
CK0POJMG874LJREF7EFN8430QVIT8BSM.com. 900 IN RRSIG NSEC3 13 2 900 20250803022222 20250727011222 20545 com. pKSGB6htdnXf5cs5mVnNLTjSDXYnU9z+UqLLYiI8h1BJ3Z6h7FG0/Fp7 oMt6lu4iETmSJHAViT8hZ/DGruNg0g==
S84BOR4DK28HNHPLC218O483VOOOD5D8.com. 900 IN NSEC3 1 1 0 - S84BR9CIB2A20L3ETR1M2415ENPP99L8 NS DS RRSIG
S84BOR4DK28HNHPLC218O483VOOOD5D8.com. 900 IN RRSIG NSEC3 13 2 900 20250804012038 20250728001038 20545 com. fnIjm2HNoTq7wtFOrglxDYQZFBFxGoTIdQya88ryzO4wI4gn+p36M71D fGOsZoaVd+ntw/K7530z3v4Uubwt2Q==
;; Received 644 bytes from 2001:503:83eb::30#53(c.gtld-servers.net) in 79 ms
第四步對應到 DNS Lookup 的 6.、7. 步，可以看到 dig 從 4 組權威伺服器中挑選了 ns1.google.com 進行了 A 記錄的查詢，最後取得 A 記錄儲存的 IP 位址 142.250.198.78
google.com. 300 IN A 142.250.198.78
;; Received 55 bytes from 216.239.32.10#53(ns1.google.com) in 65 ms
Summary
DNS 是網路基礎中，重要的組成部分；本篇文章介紹了 DNS 的基礎知識與實務應用。
在實際應用中，DNS 的功能五花八門，除了可以依照地理位置提供距離最近的服務 IP 位址，更是一個適合進行底層應用服務抽換的抽象層！
掌握好 dig 工具的使用，配合對 DNS 機制的理解，相信未來不管是提出解決方案，還是排除網路問題，都可以有更好的思考方向！