Learning Objectives
- 說明為什麼需要網域名稱，以及網域名稱由右往左的階層（根、頂級網域、第二層…）
- 說出 .tw、.edu.tw 由誰管理，以及「委派」的意思
- 描述遞迴解析器從根伺服器一路問到權威伺服器的過程
- 解釋快取與 TTL：為什麼第二次查詢比較快、改了 IP 為什麼不會立刻生效
- 分辨 A、AAAA、CNAME、MX、NS 等常見記錄類型
- 說明網域註冊的流程：註冊人、受理註冊機構、註冊管理機構
網址打錯一個字，為什麼就找不到網站
在瀏覽器打 www.exmaple.com（少打對一個字母），常會看到「找不到伺服器的 IP 位址」。這句話透露了一件事：
瀏覽器要連上網站，先得把名稱換成 IP 位址；名稱打錯，這一步就失敗了，根本還沒開始跟網站說話。
網路上的電腦靠 IP 位址找到彼此，例如 192.0.2.10 或 IPv6 的 2001:db8::10。數字對電腦很方便，對人卻很難記；
而且網站換了機房、換了 IP，總不能叫所有使用者都改記新的數字。所以我們用名稱，再由一套系統把名稱翻譯成位址：
這套系統就是 DNS（Domain Name System，網域名稱系統）。
| 比喻 | DNS 裡對應的東西 |
|---|---|
| 通訊錄裡的「名字」 | 網域名稱，例如 www.example.edu.tw |
| 名字旁邊的「電話號碼」 | IP 位址，例如 192.0.2.10 |
| 查通訊錄 | 名稱解析（name resolution） |
早期 ARPANET 的主機不多，由一個中心單位維護一份對照表檔案（HOSTS.TXT），大家定期下載。主機越來越多，一份檔案、一個單位顧不過來， 1983 年 Paul Mockapetris 發表 RFC 882 與 RFC 883，提出分散式、分層管理的網域名稱系統；1987 年由 RFC 1034、RFC 1035 取代，沿用到今天。
這一課要回答：網域名稱怎麼分層、名稱解析一步一步怎麼進行、快取為什麼讓網路變快也讓「改設定」變慢，以及一個網域是怎麼註冊出來的。
這一課用到的網域（
example.com、example.edu.tw…）與 IP（192.0.2.x、198.51.100.x、203.0.113.x、2001:db8::）都是保留給教學與文件用的，不是真的網站。
網域名稱的階層：從右往左讀
網域名稱用句點分成好幾段，從右往左一層一層變細：
www . example . edu . tw .
│ │ │ │ └─ 根（root）：寫網址時通常省略最後這個點
│ │ │ └──── 頂級網域（TLD）：tw，代表臺灣
│ │ └───────── 第二層：edu，教育單位
│ └───────────────── 第三層：example，某一所學校
└───────────────────────── 主機名稱：www，這所學校的網站
| 層級 | 例子 | 說明 |
|---|---|---|
| 根 | . |
整棵樹的起點，由全世界 13 組根伺服器（名稱 a～m.root-servers.net）提供 |
| 頂級網域（TLD） | .com、.org、.tw、.jp |
分成通用頂級網域（.com、.org…）與國家／地區代碼頂級網域（.tw、.jp…） |
| 第二層以下 | edu.tw、example.com |
由上一層「委派」給某個單位管理 |
| 主機名稱 | www、mail、lib |
網域擁有者自己決定 |
委派（delegation）是 DNS 分散管理的關鍵：每一層只記得「下一層歸誰管」，不記得更下面的細節。
根伺服器知道 .tw 的伺服器在哪裡，但不知道 www.example.edu.tw 的 IP；.tw 的伺服器知道 edu.tw 歸誰管；一路往下，
最後由學校自己的權威伺服器（authoritative name server）回答 www 的位址。
臺灣的例子：
.tw與中文的.台灣由財團法人台灣網路資訊中心（TWNIC）負責註冊管理。.tw底下有類別型網域：com.tw（公司）、org.tw（組織）、edu.tw（教育單位）、gov.tw（政府機關）等。edu.tw由教育部管理；學校取得某校.edu.tw之後，再由學校的計算機中心分配系所.某校.edu.tw這類下一層名稱。
名稱的寫法也有規則：每一段只能用英文字母、數字與連字號（-），不能以連字號開頭或結尾，每一段最多 63 個字元；
大小寫視為相同，WWW.Example.COM 和 www.example.com 是同一個名稱。
名稱解析：解析器一站一站問
你的電腦自己不會從根伺服器問起。它把問題丟給一台遞迴解析器（recursive resolver），通常是學校、公司或電信業者提供的 DNS 伺服器， 由它替你跑完全程，最後只把答案交回來：
- 你的電腦問解析器：「
www.example.edu.tw的 IP 是什麼？」 - 解析器問根伺服器 → 回答是轉介：「
.tw歸 .tw 的伺服器管，去問它」 - 解析器問 .tw 伺服器 → 轉介：「去問
edu.tw的伺服器」 - 解析器問 edu.tw 伺服器 → 轉介：「去問
example.edu.tw的伺服器」 - 解析器問 example.edu.tw 的權威伺服器 → 答案：
192.0.2.10 - 解析器把
192.0.2.10交回你的電腦
- 你的電腦對解析器發出的是遞迴查詢：「請給我最後的答案」。
- 解析器對各層伺服器發出的是反覆查詢（iterative）：每一站只回答它知道的部分，常常是一句「我不知道，但你可以去問誰」（轉介，referral）。
- 解析器一開始就知道根伺服器的位址（內建的 root hints），所以總是有起點。
- 13 組根伺服器是 13 個名稱，不是 13 台機器；每一組都用任播（anycast）在世界各地放了很多台，讓查詢就近得到回答。
- DNS 查詢通常用 UDP 的 53 號埠，一來一回的封包很小。
接下來在模擬器裡實際查一次，再查第二次，比較兩次有什麼不同。
快取與 TTL：快的代價是「改了不會立刻生效」
剛才第二次查詢沒有對外問任何伺服器，因為解析器把答案放進了快取（cache）。每一筆答案都帶著一個 TTL（Time To Live，存活時間，單位是秒）， 由權威伺服器決定：TTL 300 表示「這個答案可以記 5 分鐘」，時間一到就要重新問。
快取不只一層：
| 誰在快取 | 例子 |
|---|---|
| 瀏覽器 | 最近開過的網站，瀏覽器自己會先記一下 |
| 作業系統 | Windows、macOS、手機都有 DNS 快取 |
| 遞迴解析器 | 全校、全公司的人共用；別人查過的名稱，你查就直接命中 |
快取也記得「轉介」：知道 .tw 伺服器在哪裡之後，查其他 .tw 名稱就不必再問根伺服器。所以根伺服器實際收到的查詢，比全世界上網的次數少得多。
快取帶來一個常見的現象：網站搬家換了新 IP，有些人馬上連到新主機，有些人還連到舊主機。這是因為各地的快取還記著舊答案，要等 TTL 過期才會重問； 常聽到的「DNS 生效要等一段時間」，其實就是在等快取過期。網站管理者在搬家前，通常會先把 TTL 調短。
查不到的答案也會快取（否定快取）：解析器查到「這個名稱不存在」，也會記一段時間，避免一直重問。
想一想：解析與快取
遞迴解析器的快取是空的，要查 www.example.edu.tw，它依序問哪些伺服器？
www.example.edu.tw 的 A 記錄 TTL 是 300 秒。解析器查到後，第 2 分鐘你的同學又查同一個名稱，會怎樣？
公司把網站搬到新的 IP，有些員工連到新主機、有些還連到舊主機。最可能的原因是？
DNS 記錄類型：不只是名稱對 IP
權威伺服器裡存的是一筆一筆的資源記錄（resource record），每一筆有名稱、TTL、類型與內容。常見的類型：
| 類型 | 內容 | 例子 |
|---|---|---|
| A | IPv4 位址 | example.com A 198.51.100.7 |
| AAAA | IPv6 位址 | example.com AAAA 2001:db8::7 |
| CNAME | 別名：這個名稱其實是另一個名稱 | www.example.com CNAME example.com |
| MX | 這個網域的郵件要送到哪台主機（數字是優先順序，小的先試） | example.com MX 10 mail.example.com |
| NS | 這個網域由哪些名稱伺服器負責（委派就是靠 NS 記錄） | example.com NS ns1.example.com |
| TXT | 一段文字，常用來證明「這個網域是我的」或設定寄信驗證 | example.com TXT "v=spf1 …" |
一個網域的記錄寫在一起就是區域檔（zone file），概念上長這樣：
example.com. 3600 IN A 198.51.100.7
example.com. 3600 IN AAAA 2001:db8::7
www.example.com. 3600 IN CNAME example.com.
example.com. 3600 IN MX 10 mail.example.com.
mail.example.com. 3600 IN A 198.51.100.25
注意 MX 的內容是名稱不是 IP：寄信的伺服器要先查 MX 得到 mail.example.com，再查它的 A 記錄才拿到 IP。
CNAME 也一樣，解析器拿到別名之後要接著查真正的名稱；如果真正的名稱也歸同一台權威伺服器管，它會在同一個回答裡一併附上。
在 Windows 的命令提示字元可以用 nslookup 名稱 查真實的網域；macOS 與 Linux 也可以用 dig 名稱。
網域怎麼註冊：誰負責什麼
想要一個自己的網域，例如 mystudio.com.tw，流程裡有三個角色：
| 角色 | 英文 | 做什麼 |
|---|---|---|
| 註冊人 | registrant | 你：想要使用這個名稱的人或單位 |
| 受理註冊機構 | registrar | 對外受理申請的公司，幫你查名稱、送件、收費、處理續約 |
| 註冊管理機構 | registry | 管理整個頂級網域的單位，維護「哪個名稱屬於誰、委派給哪些名稱伺服器」；.tw 是 TWNIC |
流程的概念：
- 你向受理註冊機構查詢
mystudio.com.tw有沒有人用。網域名稱先申請先使用，同一個名稱全世界只有一個。 - 填寫註冊人資料、同意服務條款、付費；註冊有使用期限，到期要續約，沒續約名稱就會被釋出。
- 受理註冊機構把申請送到註冊管理機構；註冊管理機構在
.tw的區域資料加上委派：mystudio.com.tw的 NS 是你指定的名稱伺服器。 - 你在那台名稱伺服器（自己架的，或主機商提供的）建立
www、mail等記錄。
從這一刻起，全世界的解析器問到 .tw 伺服器時，都會被轉介到你的名稱伺服器。
有些網域不是誰都能註冊：edu.tw 只給教育單位，學校要經由教育部申請；gov.tw 只給政府機關。
註冊人的聯絡資料可以用 WHOIS 或 RDAP 查詢服務查到一部分，個人資料通常會被遮蔽。
想一想：記錄類型與註冊
學校要讓 www.example.edu.tw 也能用 IPv6 連線，應該在 DNS 加上哪一種記錄？
查 www.example.com 的 A 記錄，權威伺服器回答「www.example.com 是 example.com 的 CNAME」。解析器接下來會做什麼？
某個 .com.tw 網域到期沒有續約，也沒有人再註冊它。過一陣子之後，大家查這個名稱會得到什麼？
重點整理
- DNS 把好記的網域名稱翻譯成 IP 位址；1983 年 Mockapetris 的 RFC 882、883 提出，1987 年由 RFC 1034、1035 取代。
- 網域名稱從右往左分層：根 → 頂級網域（
.tw、.com）→ 第二層（edu.tw）→ …；每一層把下一層委派給別的伺服器管。 .tw與.台灣由 TWNIC 負責註冊管理，edu.tw由教育部管理。- 你的電腦把問題交給遞迴解析器，解析器從根伺服器開始，一路依轉介問到權威伺服器取得答案。
- 答案會依 TTL 快取：第二次查詢更快，但改了 IP 要等快取過期才全面生效；查不到的結果也會被快取。
- 常見記錄：A（IPv4）、AAAA（IPv6）、CNAME（別名）、MX（郵件主機）、NS（委派）、TXT（文字）。
- 註冊網域：註冊人透過受理註冊機構申請，註冊管理機構在頂級網域的區域加上委派；先申請先使用，到期要續約。
下一課：拿到 IP 之後，瀏覽器和網站伺服器怎麼對話？我們來看全球資訊網與 HTTP：網址的結構、請求與回應、狀態碼、Cookie 與 HTTPS。
想動手架網站、設定自己的網域，可以接著上雲端軌。