3 题型 - DNS与HTTP综合

描述：DNS 与 HTTP 综合题先计算域名解析，再计算 TCP 建连和 HTTP 请求。核心是识别缓存、递归/迭代查询层级和计时起点：DNS 每次 UDP 查询-响应通常按 1 RTT，小 Web 页在得到 IP 后通常再用 1 RTT 建 TCP、1 RTT 请求响应。

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3.1 DNS 基础

3.1.1 常用协议与端口

DNS 使用 53 端口：

普通查询通常使用 UDP 53。
响应过大、截断后重试或区域传送等场景可以使用 TCP 53。
本资料各题明确或默认按 UDP 查询，因此每个远端查询-响应不需要额外建立 TCP，计为 1 RTT。

3.1.2 域名层次

解析 www.abc.xyz.com 时，可能涉及：

根域名服务器
-> .com 顶级域名服务器
-> xyz.com 权限域名服务器
-> abc.xyz.com 权限域名服务器
-> www.abc.xyz.com 的资源记录

具体需要访问几级服务器，取决于域名的区域委派和缓存情况。

3.2 递归查询与迭代查询

3.2.1 递归查询

请求方要求被查询服务器给出最终答案：

若服务器已有答案，直接返回。
若没有，它代表请求方继续查询其他服务器。
主机向本地域名服务器的请求通常按递归查询理解。

3.2.2 迭代查询

被查询服务器若没有最终答案，就返回下一步应访问的域名服务器线索；查询方自己继续询问：

本地 DNS -> 根 DNS
本地 DNS -> 顶级域 DNS
本地 DNS -> 权限 DNS

因此题目若说“本地域名服务器提供递归服务，Internet 中其他 DNS 只提供迭代服务”，含义是：主机只把问题交给本地 DNS，本地 DNS 依次访问各层服务器。

3.3 缓存如何影响次数与时间

可利用的缓存包括：

浏览器或操作系统 DNS 缓存。
主机配置的本地域名服务器缓存。
各级 DNS 服务器缓存。

若主机缓存已有目标映射，主机不发 DNS 查询；若本地 DNS 缓存已有映射，主机到本地 DNS 的一次交互仍可能存在，但题目常明确忽略局域网内时延，所以这部分计时可为 0。

解题时必须区分：

“发出多少次查询”：要数实际 DNS 请求报文。
“消耗多少 RTT”：只数题目要求计时的远端查询-响应。

3.4 2016 年真题：DNS 查询最少与最多次数

3.4.1 条件

所有域名服务器均采用迭代查询。
目标规范域名为 www.abc.xyz.com。
问域名服务器完成解析时可能发出的 DNS 查询最少和最多次数。

3.4.2 最少次数

若主机或相关解析器缓存中已有完整域名到 IP 的映射，不需要继续访问任何 DNS 服务器：

最少查询次数 = 0

3.4.3 最多次数

所有相关缓存都未命中时，本地域名服务器依次查询：

根域名服务器。
.com 顶级域名服务器。
xyz.com 权限域名服务器。
abc.xyz.com 权限域名服务器。

最多查询次数 = 4

答案：最少 0 次，最多 4 次。

3.5 得到 IP 后的 HTTP 时间

在忽略 DNS、发送时间且只获取一个小型纯文本页面的经典模型中：

建立 TCP 连接：1 RTT
发送 HTTP 请求并收到页面：1 RTT

因此：

$$ T_{HTTP}=2RTT $$

这一部分与 DNS 解析时间相加：

$$ T_{总}=T_{DNS}+2RTT $$

3.6 2020 年真题：最短 20 ms、最长 50 ms

3.6.1 条件

本地域名服务器只提供递归查询。
Internet 中其他域名服务器只提供迭代查询。
目标为 http://www.abc.com/index.html。
主机到 Internet 上各服务器的 RTT 为 10 ms。
忽略其他各种时延，包括题设中的本地主机到本地 DNS 的时延。
页面为纯文本，不含其他引用对象。

3.6.2 最短时间

主机或本地 DNS 缓存已有 www.abc.com 映射：

DNS：0 RTT
TCP 建连：1 RTT
HTTP 请求-响应：1 RTT

$$ T_{min}=2RTT=20\ \mathrm{ms} $$

3.6.3 最长时间

主机和本地 DNS 均无缓存。本地 DNS 迭代访问：

根 DNS：1 RTT
.com 顶级 DNS：1 RTT
abc.com 权限 DNS：1 RTT

DNS 共 3 RTT，再加 Web 访问 2 RTT：

$$ T_{max}=(3+2)RTT=5RTT=50\ \mathrm{ms} $$

答案：D，20 ms、50 ms。

3.7 模拟题：`SuccessOnShore408.com`

3.7.1 条件

本地 DNS 提供递归查询。
Internet 中其他 DNS 只提供迭代查询。
DNS 使用 UDP。
访问 Internet 各服务器的往返时间均为 RTT，忽略其他时延。
URL 为 http://www.SuccessOnShore408.com/index.html。
页面为纯文本，不含其他对象。

3.7.2 DNS 查询流程

flowchart LR
    D[主机 D] -->|递归查询| L[本地域名服务器]
    L -->|迭代查询| R[根域名服务器]
    R -->|返回 com 线索| L
    L -->|迭代查询| T[com 顶级域名服务器]
    T -->|返回权限服务器线索| L
    L -->|迭代查询| A[SuccessOnShore408.com 权限域名服务器]
    A -->|返回 Web 服务器 IP| L
    L -->|最终结果| D

最少情况：本地 DNS 已缓存最终映射，且题目忽略主机到本地 DNS 时延：

$$ T_{DNS,min}=0 $$

最多情况：根、.com、权限服务器各一次迭代查询：

$$ T_{DNS,max}=3RTT $$

3.7.3 加上 HTTP

得到 Web 服务器 IP 后，还需 2 RTT：

1 RTT：TCP 三次握手建立连接
1 RTT：请求并接收 index.html

所以：

$$ T_{min}=0+2RTT=2RTT $$

$$ T_{max}=3RTT+2RTT=5RTT $$

答案：最短 2 RTT，最长 5 RTT。

3.8 通用计算模板

对于不含引用对象的小页面：

$$ T=T_{本地DNS}+kRTT_{DNS}+1RTT_{TCP}+1RTT_{HTTP} $$

其中：

$T_{本地DNS}$ 是否计算由题目决定，很多题明确忽略。
$k$ 是实际访问的远端 DNS 层级数。
缓存每命中一级，就可能减少后续迭代查询。
若页面还引用图片、脚本等对象，应在 HTTP 部分继续按持久/非持久、流水线/非流水线规则增加时间。

3.9 解题步骤

从完整域名拆出根、顶级域、各级权限域，判断最多需要几次迭代。
检查主机、本地 DNS 或中间 DNS 是否可能缓存命中。
区分主机到本地 DNS 的递归请求与本地 DNS 对外的迭代请求。
明确 DNS 使用 UDP 还是 TCP；本题型按 UDP，每次远端查询-响应为 1 RTT。
域名解析完成后不要停，继续加 TCP 建连 1 RTT 和 HTTP 请求-响应 1 RTT。
若存在引用对象，转入 HTTP 连接类型题继续计算。

3.10 易错点

DNS 最少查询次数可以是 0，因为缓存可能直接命中。
域名层级多不等于固定查询次数多；缓存和区域委派会改变实际次数。
2016 年 www.abc.xyz.com 最多是根、.com、xyz.com、abc.xyz.com 四次，不是三次。
2020 年题忽略主机到本地 DNS 的时延，所以最长只把三次 Internet 迭代计为 3 RTT。
DNS 解析完成后仍需 TCP 建连和 HTTP 请求，共 2 RTT。
“DNS 使用 UDP”是这些题每次查询只算 1 RTT 的依据之一，但现实 DNS 也可能改用 TCP。
查询次数与 RTT 数不能混为一谈；本地交互可能发生但被题目设为 0 时延。

3.11 本节复盘

主机通常向本地 DNS 发递归查询，本地 DNS 再向根、顶级和权限 DNS 发迭代查询。
普通 DNS 查询常用 UDP 53，每次远端查询-响应在题目模型中计 1 RTT。
缓存命中时 DNS 查询可降到 0；缓存全未命中时按实际域名委派层级逐次查询。
2016 年 www.abc.xyz.com 最少 0 次、最多 4 次。
单个小 Web 页面在获得 IP 后通常还需 1 RTT 建 TCP、1 RTT 完成 HTTP 请求响应。
2020 年题最短 2 RTT=20 ms，最长 5 RTT=50 ms，答案 D。
SuccessOnShore408.com 模拟题最短 2 RTT、最长 5 RTT。