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本文由9527发表

根域名服务器是域名解析系统（DNS）中最为顶级的域名服务器，它们负责管理顶级域的权威域名服务器地址。作为互联网基础设施的重要部分，所有域名的解析操作均离不开它们。下面我们将从 DNS 协议实现的角度分析为什么全球只有13组根域名服务器。

13组根域名服务器的信息

其中，13组根域名服务器以英文字母 a 到 m 顺序命名，域名格式为“a~m.root-servers.net”，如“b.root-servers.net”。

DNS 数据包的大小限制

我们知道 DNS 协议是应用层协议，大多数情况下依赖传输层的 UDP 协议进行数据的传输(仅在重试的情况下可能使用 TCP 协议)。根据RFC 791规定，未保证 UDP 数据包传输成功率，尽量数据包控制在 571 字节以使数据包不会被分片传输。

除去 UDP 数据包自身包头占用的字节数，DNS 数据包被设计为不超过512字节。

DNS 协议格式

下面我们从根域名解析的返回数据包截图：

我们假设根域名由 N 组，计算数据包各部分字节占用的情况如下：

Header 部分占用12个字节，包括 Transaction ID (2字节)，Flags (2字节)，Questions (2字节)，Answer RRs (2字节)，Authority RRs (2字节)，Additional RRs (2字节)；
Question Section 部分占用5个字节，包括根标签(1字节)，Class (2字节，基本取值都是IN)，查询类型(2字节)；
Answer Section 部分占用的字节数为所有记录字节数之和，每条记录包括根标签(1字节)，TTL (4字节)，Class (2字节，基本取值都是IN)，查询类型(2字节)，域名存储占用的字节数；因为域名在 DNS 解析协议当中按照长度(2字节)+数据的形式存储，其中数据部分是分段存储的，存储格式如下所示，所以第一条记录的域名存储占用22个字节，继而第一条记录总共占用31个字节；而从第二条记录开始，因为记录中出现的域名存在部分内容与第一条记录重复，即“root-servers.net”部分，这部分可以利用 DNS 指针压缩存储，只需要存储2个字节的指针，指向第一条记录出现的部分，而不需要存储实际的内容，所以第二条记录～N条记录占用的字节数分别为11+4=15个字节；

Additional Section 部分占用的字节数为所有记录字节数之和，每条记录包括域名，TTL (4字节)，Class (2字节，基本取值都是IN)，查询类型(2字节)，IP 地址(2字节长度+4字节内容)；因为 Additional Section 记录的域名都在 Answer Section 中出现过，所以这部分都可以利用 DNS 指针压缩存储，只需要存储2个字节的指针即可表示对应的域名，所以Additional Section 部分的记录占用的字节数为2+4+2+2+6=16个字节；

综上所述，数据包总长度为12+5+(31+(15(N-1))+16N，再根据前述 DNS 大小限制不超过512字节的要求，可以得 N 不超过15组，再加上早期设计的时候考虑到预留一些 buffer 于是就有了现在全球13组根域名服务器的结果。

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