Протокол DNS
DNS (англ. Domain Name System - система доменных имён) - распределённая система (распределённая база данных), способная по запросу, содержащему доменное имя хоста (компьютера или другого сетевого устройства), сообщить IP адрес или (в зависимости от запроса) другую информацию. DNS работает в сетях TCP/IP. Как частный случай, DNS может хранить и обрабатывать и обратные запросы, определения имени хоста по его IP адресу - IP адрес по определённому правилу преобразуется в доменное имя, и посылается запрос на информацию типа "PTR".
Ключевые характеристики DNS
DNS обладает следующими характеристиками:
- Распределённость хранения информации. Каждый узел сети в обязательном порядке должен хранить только те данные, которые входят в его зону ответственности и (возможно) адреса корневых DNS-серверов.
- Кеширование информации. Узел может хранить некоторое количество данных не из своей зоны ответственности для уменьшения нагрузки на сеть.
- Иерархическая структура, в которой все узлы объединены в дерево, и каждый узел может или самостоятельно определять работу нижестоящих узлов, или делегировать (передавать) их другим узлам.
- Резервирование. За хранение и обслуживание своих узлов (зон) отвечают (обычно) несколько серверов, разделённые как физически, так и логически, что обеспечивает сохранность данных и продолжение работы даже в случае сбоя одного из узлов.
DNS важна для работы Интернета, ибо для соединения с узлом необходима информация о его IP-адресе, а для людей проще запоминать буквенные (обычно осмысленные) адреса, чем последовательность цифр IP-адреса. В некоторых случаях это позволяет использовать виртуальные серверы, например, HTTP-серверы, различая их по имени запроса. Первоначально преобразование между доменными и IP-адресами производилось с использованием специального текстового файла HOSTS, который составлялся централизованно и обновлялся на каждой из машин сети вручную. С ростом Сети возникла необходимость в эффективном, автоматизированном механизме, которым и стала DNS.
Дополнительные возможности
- поддержка динамических обновлений
- безопасные соединения (DNSsec)
- поддержка различных типов информации (SRV-записи)
Терминология и принципы работы
Ключевыми понятиями DNS являются:
- Зона - логический узел в дереве имён. Право администрировать зону может быть передано третьим лицам, за счёт чего обеспечивается распределённость базы данных. При этом персона, передавшая право на управление в своей базе данных хранит информацию только о существовании зоны (но не подзон!), информацию о персоне (организации), управляющей зоной, и адрес серверов, которые отвечают за зону. Вся дальнейшая информация хранится уже на серверах, ответственных за зону.
- Доме́н - название зоны в системе доменных имён (DNS) Интернета, выделенной какой-либо стране, организации или для иных целей. Структура доменного имени отражает порядок следования зон в иерархическом виде; доменное имя читается слева направо от младших доменов к доменам высшего уровня (в порядке повышения значимости), корневым доменом всей системы является точка ('.'), следом идут домены первого уровня (географические или тематические), затем - домены второго уровня, третьего и т. д. (например, для адреса ru.wikipedia.org домен первого уровня - org, второго wikipedia, третьего ru). На практике точку в конце имени часто опускают, но она бывает важна в случаях разделения между относительными доменами и FQDN (англ. Fully Qualifed Domain Name, полностью определённое имя домена).
- Поддомен - имя подчинённой зоны. (например, wikipedia.org - поддомен домена org, а ru.wikipedia.org - домена wikipedia.org). Теоретически такое деление может достигать глубины 127 уровней, а каждая метка может содержать до 63 символов, пока общая длина вместе с точками не достигнет 254 символов. Но на практике регистраторы доменных имён используют более строгие ограничения.
- DNS-сервер - специализированное ПО для обслуживания DNS. DNS-сервер может быть ответственным за некоторые зоны и/или может перенаправлять запросы вышестоящим серверам.
- DNS-клиент - специализированная библиотека (или программа) для работы с DNS. В ряде случаев DNS-сервер выступает в роли DNS-клиента.
- ответственность (англ. authoritative) - признак размещения зоны на DNS-сервере. Ответы DNS-сервера могут быть двух типов: ответственные (когда сервер заявляет, что сам отвечает за зону) и неответственные (англ. Non-authoritative), когда сервер обрабатывает запрос, и возвращает ответ других серверов. В некоторых случаях вместо передачи запроса дальше DNS-сервер может вернуть уже известное ему (по запросам ранее) значение (режим кеширования).
- DNS-запрос англ. DNS query - запрос от клиента (или сервера) серверу. Запрос может быть рекурсивным или нерекурсивным. Нерекурсивный запрос либо возвращает данные о зоне, которая находится в зоне ответственности DNS-сервера (который получил запрос) или возвращает адреса корневых серверов (точнее, адрес любого сервера, который обладает большим объёмом информации о запрошенной зоне, чем отвечающий сервер). В случае рекурсивного запроса сервер опрашивает серверы (в порядке убывания уровня зон в имени), пока не найдёт ответ или не обнаружит, что домен не существует. На практике поиск начинается с наиболее близких к искомому DNS-серверов, если информация о них есть в кеше и не устарела, сервер может не запрашивать DNS-серверы). Рекурсивные запросы требуют больше ресурсов от сервера (и создают больше трафика), так что обычно принимаются от "известных" владельцу сервера узлов (например, провайдер предоставляет возможность делать рекурсивные запросы только своим клиентам, в корпоративной сети рекурсивные запросы принимаются только из локального сегмента). Нерекурсивные запросы обычно принимаются ото всех узлов сети (и осмысленный ответ даётся только на запросы о зоне, которая размещена на узле, на DNS-запрос о других зонах обычно возвращаются адреса корневых серверов).
- субдомен - дополнительное доменное имя 3-го уровня в основном домене. Может указывать как на документы корневого каталога, так и на любой подкаталог основного сервера. Например, если у вас есть домен вида mydomain.ru, вы можете создать для него различные поддомены вида mysite1.mydomain.ru, mysite2.mydomain.ru и т. д.
Система DNS содержит иерархию серверов DNS. Каждый домен или поддомен поддерживается как минимум одним авторитетным сервером DNS (от англ. authoritative - авторитетный, заслуживающий доверия; в Рунете применительно к DNS и серверам имен часто употребляют и другие варианты перевода: авторизированный, авторитативный), на котором расположена информация о домене. Иерархия серверов DNS совпадает с иерархией доменов.
Имя и IP-адрес не тождественны - один IP-адрес может иметь множество имён, что позволяет поддерживать на одном компьютере множество веб-сайтов (это называется виртуальный хостинг). Обратное тоже справедливо - одному имени может быть сопоставлено множество IP-адресов: это позволяет создавать балансировку нагрузки.
Для повышения устойчивости системы используется множество серверов, содержащих идентичную информацию, а в протоколе есть средства, позволяющие поддерживать синхронность информации, расположенной на разных серверах. Существует 13 корневых серверов, их адреса практически не изменяются[1].
Протокол DNS использует для работы TCP- или UDP-порт 53 для ответов на запросы. Традиционно запросы и ответы отправляются в виде одной UDP датаграммы. TCP используется для AXFR-запросов.
Рекурсия
Рассмотрим на примере работу всей системы.
Предположим, мы набрали в браузере адрес ru.wikipedia.org. Браузер спрашивает у сервера DNS: «какой IP-адрес у ru.wikipedia.org»? Однако, сервер DNS может ничего не знать не только о запрошенном имени, но даже обо всём домене wikipedia.org. В этом случае имеет место рекурсия: сервер обращается к корневому серверу - например, 198.41.0.4. Этот сервер сообщает - «У меня нет информации о данном адресе, но я знаю, что 204.74.112.1 является авторитетным для зоны org.» Тогда сервер DNS направляет свой запрос к 204.74.112.1, но тот отвечает «У меня нет информации о данном сервере, но я знаю, что 207.142.131.234 является авторитетным для зоны wikipedia.org.» Наконец, тот же запрос отправляется к третьему DNS-серверу и получает ответ - IP-адрес, который и передаётся клиенту - браузеру.
В данном случае при разрешении имени, то есть в процессе поиска IP по имени:
- браузер отправил известному ему DNS-серверу т. н. рекурсивный запрос - в ответ на такой тип запроса сервер обязан вернуть «готовый результат», то есть IP-адрес, либо сообщить об ошибке;
- DNS-сервер, получив запрос от клиента, последовательно отправлял итеративные запросы, на которые получал от других DNS-серверов ответы, пока не получил авторитетный ответ от сервера, ответственного за запрошенную зону.
В принципе, запрошенный сервер, мог бы передать рекурсивный запрос «вышестоящему» DNS-серверу и дождаться готового ответа.
Запрос на определение имени обычно не идёт дальше кеша DNS, который сохраняет ответы на запросы, проходившие через него ранее. Вместе с ответом приходит информация о том, сколько времени разрешается хранить эту запись в кэше.
Обратный DNS-запрос
Основная статья: Обратный запрос DNS
DNS используется в первую очередь для преобразования символьных имён в IP-адреса, но он также может выполнять обратный процесс. Для этого используются уже имеющиеся средства DNS. Дело в том, что с записью DNS могут быть сопоставлены различные данные, в том числе и какое-либо символьное имя. Существует специальный домен in-addr.arpa, записи в котором используются для преобразования IP-адресов в символьные имена. Например, для получения DNS-имени для адреса 11.22.33.44 можно запросить у DNS-сервера запись 44.33.22.11.in-addr.arpa, и тот вернёт соответствующее символьное имя. Обратный порядок записи частей IP-адреса объясняется тем, что в IP-адресах старшие биты расположены в начале, а в символьных DNS-именах старшие (находящиеся ближе к корню) части расположены в конце.
Записи DNS
Наиболее важные типы DNS-записей:
- Запись A (address record) или запись адреса связывает имя хоста с адресом IP. Например, запрос A-записи на имя referrals.icann.org вернет его IP адрес - 192.0.34.164
- Запись AAAA (IPv6 address record) связывает имя хоста с адресом протокола IPv6. Например, запрос AAAA-записи на имя K.ROOT-SERVERS.NET вернет его IPv6 адрес - 2001:7fd::1
- Запись CNAME (canonical name record) или каноническая запись имени (псевдоним) используется для перенаправления на другое имя
- Запись MX (mail exchange) или почтовый обменник указывает сервер(ы) обмена почтой для данного домена.
- Запись PTR (pointer) или запись указателя связывает IP хоста с его каноническим именем. Запрос в домене in-addr.arpa на IP хоста в reverse форме вернёт имя (FQDN) данного хоста (см. Обратный DNS-запрос). Например, (на момент написания), для IP адреса 192.0.34.164: запрос записи PTR 164.34.0.192.in-addr.arpa вернет его каноническое имя referrals.icann.org. В целях уменьшения объёма нежелательной корреспонденции (спама) многие серверы-получатели электронной почты могут проверять наличие PTR записи для хоста, с которого происходит отправка. В этом случае PTR запись для IP адреса должна соответствовать имени отправляющего почтового сервера, которым он представляется в процессе SMTP сессии.
- Запись NS (name server) указывает на DNS-сервер для данного домена.
- Запись SOA (Start of Authority) или начальная запись зоны указывает, на каком сервере хранится эталонная информация о данном домене, содержит контактную информацию лица, ответственного за данную зону, тайминги кеширования зонной информации и взаимодействия DNS-серверов.
