DNS

Domain Name System (DNS) — это фундаментальная часть современной интернет-инфраструктуры, которая играет важную роль в преобразовании удобных для человека доменных имен (например, www.example.com) в числовые IP-адреса, необходимые для маршрутизации данных по сети. DNS действует как своего рода «телефонная книга» интернета, обеспечивая соответствие между понятными человеку адресами и машинными адресами, которые используются компьютерами для общения.

В начале интернета проблема адресации была довольно сложной. Когда компьютерам требовались данные с другого компьютера, они использовали IP-адрес этого компьютера. Однако для человека запоминать длинные последовательности чисел было неудобно. Именно тут на сцену выходит DNS.

Система организована иерархически, с различными уровнями DNS-серверов, каждый из которых выполняет определенные функции:

• Корневые DNS-серверы: Это вершина иерархии. Они содержат информацию о том, где можно найти DNS-серверы, ответственные за верхнеуровневые домены, такие как .com, .org, .net и т.д.
• Верхнеуровневые DNS-серверы (TLD-серверы): Эти серверы отвечают за доменные зоны верхнего уровня, такие как .com, .org, .gov и т.д. Они содержат информацию о том, какие серверы отвечают за конкретные домены в пределах этих зон.
• Авторитетные DNS-серверы: Эти серверы содержат информацию о доменах, расположенных в пределах конкретных доменных зон. Когда DNS-сервер получает запрос от клиента о разрешении доменного имени, авторитетные серверы предоставляют соответствующий IP-адрес.
• Кэширующие DNS-серверы: Эти серверы хранят копии запросов и ответов, чтобы ускорить последующие запросы к одним и тем же доменам. Это помогает уменьшить нагрузку на более высокоуровневые DNS-серверы и улучшить производительность.

С помощью Domain Name System пользователи могут вводить удобные для себя доменные имена в адресной строке браузера, а DNS-система автоматически найдет соответствующий IP-адрес, необходимый для установления соединения с желаемым веб-сервером. Эта технология лежит в основе работы интернета и позволяет пользователям удобно общаться с веб-ресурсами, не вдаваясь в технические детали маршрутизации данных.

История DNS

В ранние дни интернета, адресация компьютеров осуществлялась с использованием IP-адресов — числовых идентификаторов, которые были не очень удобными для запоминания человеком. Эта система была неэффективной и не масштабируемой, так как каждый новый узел требовал изменений в централизованной базе данных. Это приводило к сложностям при добавлении новых компьютеров в сеть.

В начале 1980-х годов, Пол Мокапетрис, американский компьютерный ученый, разработал первую систему доменных имен в рамках ARPANET — предшественника интернета. Он предложил использовать текстовые доменные имена вместо IP-адресов, чтобы сделать доступ к ресурсам в сети более удобным для людей. Это был первый шаг к решению проблемы сложной адресации.

Процесс эволюции и расширения DNS в глобальную систему

Система доменных имен, предложенная Полом Мокапетрисом, была далеко не идеальной. В 1983 году, IETF (Internet Engineering Task Force) начала разработку более структурированной и расширяемой версии DNS. Они разработали концепцию иерархической структуры доменных имен, где домены были разделены на различные уровни (например, верхний уровень, второй уровень и т.д.), что сделало систему более масштабируемой.

Внедрение системы иерархических доменов для эффективного поиска

Система иерархических доменов была внедрена в 1985 году. Она включала разделение доменных имен на зоны, где каждая зона была ответственна за свою часть иерархии. Это позволило более эффективно организовать и обслуживать систему доменных имен, а также облегчило процесс добавления новых узлов в сеть.

С течением времени cистема доменных имен продолжала развиваться, добавляя новые возможности и улучшения. Внедрение системы иерархических доменов стало ключевым этапом в истории DNS, что позволило сделать интернет более доступным и удобным для пользователей, и эта система остается неотъемлемой частью современной интернет-инфраструктуры.

Как работает DNS

1. Когда пользователь вводит веб-адрес (URL) в браузере, например, «www.example.com», браузер отправляет запрос на разрешение этого доменного имени в IP-адрес.
2. Локальный DNS-резолвер (обычно предоставляемый интернет-провайдером) получает запрос и проверяет свой кэш для поиска соответствующего IP-адреса.
3. Если IP-адрес не найден в кэше, резолвер отправляет запрос на разрешение доменного имени на корневой DNS-сервер.

Роли различных типов DNS-серверов

Резолверы (DNS Resolvers):

• Это клиентские компоненты, которые отправляют запросы DNS для разрешения доменных имен.
• Резолверы могут быть локальными (предоставляемыми интернет-провайдерами) или публичными (например, Google Public DNS или Cloudflare DNS).

Авторитетные DNS-серверы (Authoritative DNS Servers)

• Эти серверы отвечают за предоставление официальной информации о доменных именах.
• Каждый домен имеет свои авторитетные серверы, которые хранят записи для этого домена.
• Когда авторитетный сервер получает запрос от резолвера, он предоставляет соответствующий IP-адрес или другую информацию о домене.

Кэширующие DNS-серверы (Caching DNS Servers)

• Эти серверы хранят временные копии запросов и ответов.
• Если сервер получает запрос, на который он уже имеет ответ в своем кэше, он может вернуть ответ непосредственно, без дополнительного обращения к другим серверам. Это ускоряет процесс разрешения.
• Кэширующие серверы помогают уменьшить нагрузку на более высокоуровневые DNS-серверы и улучшить производительность системы.

Обзор роли запросов и ответов

• Запросы представляют собой сообщения, отправляемые резолверами или другими серверами DNS, чтобы получить информацию о доменном имени.
• Ответы содержат информацию, необходимую для разрешения доменного имени, такую как IP-адрес или другие записи (например, MX-записи для электронной почты).
• Ответы содержат также информацию о времени жизни (TTL — Time to Live), определяющем, как долго ответ можно хранить в кэше.

Таким образом, DNS-система позволяет эффективно идентифицировать ресурсы в интернете по удобным для человека доменным именам, обеспечивая не только удобство, но и оптимизацию маршрутизации данных.

Роли и компоненты

Корневые DNS-серверы:

• Корневые DNS-серверы являются иерархическими начальными точками запросов в DNS-системе.
• Их общее количество ограничено (около 13 корневых серверов), и они распределены по всему миру.
• Корневые серверы не содержат полных данных о доменных именах, но они имеют информацию о верхнеуровневых доменных зонах, таких как .com, .org, .net и т.д.
• Они направляют запросы к верхнеуровневым DNS-серверам (TLD-серверам), чтобы продолжить процесс разрешения.

Вторичные DNS-серверы:

• Вторичные (также известные как Slave) DNS-серверы представляют собой реплики авторитетных DNS-серверов.
• Они служат для обеспечения отказоустойчивости и балансировки нагрузки.
• Вторичные серверы регулярно синхронизируются с соответствующими авторитетными серверами, чтобы обновлять данные DNS.

Кэширующие DNS-серверы:

• Кэширующие DNS-серверы (Resolver) предназначены для хранения временных копий запросов и ответов DNS.
• Когда сервер получает запрос на разрешение доменного имени, он сначала проверяет свой кэш на наличие соответствующей записи.
• Если запись найдена, сервер возвращает ответ из кэша, что ускоряет процесс разрешения.Кэширующие серверы помогают снизить нагрузку на более высокоуровневые серверы и сократить время разрешения запросов.

Авторитетные DNS-серверы:

• Авторитетные DNS-серверы содержат официальную информацию о доменных именах внутри конкретных доменных зон.
• Когда резолвер запрашивает разрешение для доменного имени, авторитетные серверы предоставляют соответствующую запись, например, IP-адрес или другие записи.
• Каждый домен имеет свои авторитетные серверы, которые отвечают за его управление.

Комбинированное взаимодействие этих типов DNS-серверов обеспечивает эффективное разрешение доменных имен, обеспечивая стабильность, быстроту и надежность работы DNS-системы.

Проблемы и вызовы

DNS-атаки:

1. DDoS-атаки (Distributed Denial of Service): Атаки, в которых злоумышленники создают огромное количество запросов к DNS-серверам, перегружая их и делая их недоступными для легитимных пользователей.
2. Кэш-отравление (DNS Cache Poisoning): Атака, при которой злоумышленник вводит ложные данные в кэш DNS-сервера, что может привести к перенаправлению пользователей на вредоносные ресурсы.
3. Фишинг через систему доменных имен: Злоумышленники могут создавать доменные имена, похожие на легитимные, чтобы обмануть пользователей и перенаправить их на фейковые сайты для кражи личной информации.

Недостатки безопасности в традиционном DNS

• Отсутствие аутентификации: Традиционный DNS не обеспечивает надежный механизм проверки подлинности данных, что делает систему уязвимой для подделки.
• Открытость: Запросы и ответы могут быть перехвачены и просмотрены третьими сторонами, что угрожает приватности пользователей.
• Отсутствие шифрования: Традиционный DNS работает в текстовом формате, что позволяет злоумышленникам перехватывать и модифицировать данные в пути.

Проблемы масштабируемости при росте сети

• Сетевой рост: С увеличением числа устройств и пользователей в сети, увеличивается нагрузка на DNS-серверы и инфраструктуру, что может привести к задержкам и снижению производительности.
• Централизованная структура: Традиционная централизованная модель может стать узким местом при масштабировании, так как серверам корневых доменов и верхнеуровневых доменов приходится обрабатывать огромное количество запросов.

Для решения данных проблем были разработаны инновации и дополнительные протоколы, такие как DNSSEC (обеспечение безопасности), DNS over HTTPS (DoH) и DNS over TLS (DoT) (шифрование), а также исследования направленные на улучшение масштабируемости DNS-системы.