Что такое DNS? Как работает DNS!

Систему доменных имен (DNS) часто сравнивают с телефонной книгой в Интернете, но она гораздо более динамична и сложна, чем любой статический список контактов. В этой статье блога мы подробно рассмотрим, что такое DNS, как он работает, роль DNS-серверов, а также тонкости безопасности и производительности DNS.

Независимо от того, являетесь ли вы новичком в сети или опытным администратором, понимание DNS имеет решающее значение для навигации и безопасности в Интернете. Давайте разберемся, что такое DNS:

Что такое DNS?

DNS означает систему доменных имен, систему, которая переводит удобные для человека доменные имена, такие как www.example.com в удобные для машины IP-адреса, такие как 192.0.2.1. Этот перевод важен, поскольку, хотя имена доменов людям легко запомнить, компьютеры и сети в Интернете находят друг друга по IP-адресам.

Как работает DNS

DNS — это краеугольная технология, которая делает Интернет удобным и доступным. Давайте подробно рассмотрим сложную работу DNS, уделив особое внимание плавному процессу подключения вас к огромным ресурсам, доступным в Интернете.

Основы DNS

Система доменных имен (DNS) — это иерархическая и децентрализованная система именования, используемая для компьютеров, служб или любого ресурса, подключенного к Интернету или частной сети. Он связывает различную информацию с доменными именами, присвоенными каждому из участвующих объектов. Самое главное, что он преобразует более легко запоминаемые доменные имена в числовые IP-адреса, необходимые для поиска и идентификации компьютерных служб и устройств с помощью базовых сетевых протоколов.

Процесс DNS-запроса

Чтобы полностью понять, как работают DNS-запросы, представьте, что вы хотите посетить www.example.com. Вот подробное описание процесса разрешения DNS:

Первоначальный запрос пользователя:
Когда вы вводите www.example.com в ваш веб-браузер, браузер инициирует DNS-запрос, чтобы найти соответствующий IP-адрес для домена.
Обращение к рекурсивному DNS-серверу:
Запрос сначала достигает рекурсивного DNS-сервера, обычно предоставляемого вашим интернет-провайдером (ISP). Этот сервер берет на себя ответственность за отслеживание IP-адреса домена.
Запрос к корневому серверу имен:
Если рекурсивный сервер не имеет кэшированного IP-адреса запрошенного домена, он запрашивает один из корневых серверов имен. Корневой сервер имен не знает IP-адрес, но направляет рекурсивный сервер на соответствующий сервер имен домена верхнего уровня (TLD) (например, для .com домены).
Запрос к серверу имен TLD:
Сервер имен TLD имеет информацию о доменных именах в своем домене (например, .com). Он не знает точный IP-адрес, но знает, какой авторитетный сервер имен содержит IP-адрес запрашиваемого домена.
Обращение к авторитетному серверу имен:
Затем запрос отправляется на авторитетный сервер имен, который имеет конкретные данные для www.example.com. Этот сервер содержит фактический IP-адрес домена.
Возврат IP-адреса:
Авторитетный сервер имен отвечает рекурсивному DNS-серверу IP-адресом www.example.com.
Доступ к веб-сайту:
Рекурсивный сервер передает IP-адрес обратно в ваш браузер. Теперь ваш браузер может отправлять прямой HTTP-запрос на IP-адрес www.example.com, который загружает сайт.

Визуальная демонстрация разрешения DNS

Чтобы визуализировать процесс разрешения DNS, рассмотрите следующую диаграмму:

User's Browser -> Recursive DNS Server -> Root Server -> TLD Server -> Authoritative Server -> IP Address Returned -> User's Browser Connects to the Website

Эта последовательность гарантирует, что независимо от того, где хранится информация о домене, DNS сможет получить ее эффективно и прозрачно.

Пример кода: моделирование DNS-запроса

Для базовой демонстрации вы можете использовать инструменты командной строки, чтобы смоделировать работу DNS-запроса. Вот как вы можете использовать nslookup команда для запроса IP-адреса домена:

nslookup www.example.com

Эта команда покажет вам серию серверов, к которым обращались, и возвращенные IP-адреса, иллюстрируя процесс разрешения DNS в действии.

Типы DNS-серверов

DNS-серверы классифицируются в зависимости от их роли в архитектуре DNS. Каждый тип играет решающую роль в процессе преобразования доменного имени в IP-адрес. Понимание этих различных типов DNS-серверов помогает понять, как системе DNS удается оставаться устойчивой и эффективной.

Рекурсивные DNS-серверы

Рекурсивные DNS-серверы выступают в качестве посредников между клиентом (например, вашим веб-браузером) и DNS-серверами, которые содержат данные, необходимые для преобразования доменного имени в IP-адрес. Вот более глубокий взгляд на их функциональность:

Роль и функция: Рекурсивные DNS-серверы выполняют рутинную работу по выполнению нескольких DNS-запросов к различным DNS-серверам в иерархии DNS от имени клиента. Это начинается с корневого сервера имен и продолжается до тех пор, пока не достигнет авторитетного сервера имен, содержащего фактическую запись DNS.
Механизм кэширования: Чтобы повысить эффективность и ускорить процесс разрешения, рекурсивные DNS-серверы кэшируют результаты DNS-запросов. Это означает, что если поступает другой запрос на то же доменное имя, рекурсивный DNS-сервер может предоставить кэшированный ответ без необходимости повторного выполнения полного процесса поиска DNS.
Влияние на пользовательский опыт: Кэшируя и обрабатывая сложные цепочки запросов, рекурсивные DNS-серверы значительно сокращают время загрузки веб-страниц и повышают общее удобство работы пользователей.

Корневые серверы имен

Корневые серверы имен служат основными навигационными ориентирами в иерархии DNS, направляя запросы к более конкретным местам.

Вершина иерархии: Они находятся на вершине иерархии поиска DNS и имеют решающее значение для направления рекурсивных серверов на соответствующий сервер имен TLD на основе расширения домена (.com, .net, .org и т. д.).
Глобальное распространение: Существует ограниченное количество корневых серверов имен, стратегически расположенных по всему миру. Они управляются различными независимыми организациями, что обеспечивает надежность и разнообразие контроля над инфраструктурой DNS.
Роль в разрешении DNS: корневые серверы имен не хранят конкретную информацию о домене, но они необходимы для указания рекурсивным серверам правильного направления и обеспечения маршрутизации запросов на правильный сервер имен TLD.

Серверы имен TLD

Серверы имен доменов верхнего уровня (TLD) отвечают за управление регистрацией доменов в определенных доменах верхнего уровня, таких как .com или .net и коды стран, например .uk или .jp.

Управление регистрацией доменов: Серверы имен TLD имеют полный список доменов, зарегистрированных в каждом TLD, и направляют запросы к конкретным авторитетным серверам имен, связанным с каждым доменом.
Важность в маршрутизации: Они являются важным шагом в сужении DNS-запроса от широкого до более конкретного контекста, способствуя более быстрому получению ответов за счет зонирования в правой части пространства имен домена.

Авторитетные серверы имен

Авторитетные серверы имен являются конечной остановкой в процессе DNS-запроса. Они содержат фактические записи DNS.

Авторитетные данные: эти серверы хранят записи DNS (например, записи A, MX и CNAME) для своих соответствующих доменов. При запросе рекурсивного DNS-сервера они предоставляют окончательные ответы для IP-адресов доменных имен.
Прямой ответ: В отличие от других типов DNS-серверов, которые могут ссылаться на другие серверы, авторитетные серверы имен предоставляют окончательную информацию, необходимую для разрешения запроса доменного имени.
Резервирование и балансировка нагрузки: часто существует несколько авторитетных серверов имен для резервирования и балансировки нагрузки, обеспечивая высокую доступность и надежность ответов DNS.

Важность DNS

Значение системы доменных имен (DNS) в сфере цифровых коммуникаций и интернет-технологий невозможно переоценить. Он составляет основу повседневного использования Интернета, однако его решающая роль часто остается незамеченной большинством пользователей из-за его скрытой работы. Давайте углубимся в то, почему DNS так незаменим:

Упрощает просмотр Интернета

Представьте себе, что вам нужно запомнить IP-адрес каждой поисковой системы, платформы социальных сетей или новостного веб-сайта, который вы хотите посетить. IP-адреса не только сложны и их трудно запомнить, но они также могут часто меняться из-за динамического характера Интернета.

DNS устраняет эту проблему, позволяя нам использовать запоминающиеся доменные имена (например, www.google.com), которые гораздо легче запомнить, чем числовые IP-адреса, такие как 192.168.1.1.

Обеспечивает масштабируемость Интернета

Интернет состоит из миллиардов подключенных устройств, каждому из которых требуется IP-адрес. Поскольку количество устройств и сервисов в сети продолжает расти в геометрической прогрессии, DNS предоставляет масштабируемый и эффективный метод управления огромным количеством доменных имен и соответствующих им IP-адресов. Без DNS масштабируемость Интернета будет значительно затруднена, что повлияет на все: от развертывания новых веб-сайтов до подключения устройств IoT (Интернета вещей).

Поддерживает динамическое изменение IP-адреса

Во многих случаях IP-адреса, связанные с доменным именем, могут измениться из-за изменений в хостинге, корректировке балансировки нагрузки или реконфигурации сети.

DNS легко обрабатывает эти изменения, обновляя соответствующие записи DNS. Пользователи продолжают заходить на веб-сайты с тем же доменным именем, совершенно не подозревая об изменениях основного IP-адреса, что обеспечивает бесперебойную и последовательную работу пользователя.

Облегчает распределение нагрузки

Для популярных веб-сайтов, которые посещают миллионы людей в день, обработка всего трафика через один сервер невозможна. DNS поддерживает стратегии распределения нагрузки, такие как geo-DNS, Anycast DNS и циклический DNS.

Эти методы позволяют распределять запросы между несколькими серверами и центрами обработки данных по всему миру, оптимизируя производительность и снижая риск перегрузки серверов.

Решающее значение для непрерывности бизнеса и аварийного восстановления

DNS играет решающую роль в реализации стратегий аварийного восстановления.

Контролируя направление трафика с помощью настроек DNS, компании могут перенаправлять свой трафик на альтернативные серверы или центры обработки данных в ответ на сбои серверов, DDoS-атаки или другие типы сбоев в сети. Такая гибкость имеет решающее значение для поддержания непрерывности работы и минимизации простоев.

Поддерживает различные сетевые службы

Помимо просмотра веб-страниц, DNS является неотъемлемой частью различных других сетевых служб, включая маршрутизацию электронной почты, облачные службы и потоковую передачу цифрового мультимедиа.

Например, когда вы отправляете электронное письмо, DNS помогает направить его на правильный почтовый сервер с помощью записей MX (Mail Exchange). Аналогичным образом, многие облачные сервисы полагаются на DNS для эффективного управления подключением между пользователями и приложениями.

Повышает безопасность

DNS играет решающую роль в сетевой безопасности. Благодаря таким функциям, как DNSSEC (расширения безопасности DNS), он обеспечивает уровень аутентификации, который помогает предотвратить атаки с подменой DNS, когда данные манипулируются для перенаправления пользователей на вредоносные сайты. Хотя сама DNS имеет уязвимости, текущие усовершенствования и протоколы направлены на повышение ее безопасности, делая Интернет более безопасным местом как для пользователей, так и для бизнеса.

Проблемы и решения безопасности DNS

Понимание проблем безопасности, связанных с DNS, имеет решающее значение, поскольку, несмотря на свою надежную конструкцию, инфраструктура DNS не застрахована от киберугроз. Эти проблемы могут поставить под угрозу личную конфиденциальность, деловые операции и целостность интернет-коммуникаций.

Распространенные угрозы

DNS-спуфинг (отравление кэша): эта атака включает в себя повреждение кэша DNS ложной информацией, что приводит пользователей на вредоносные веб-сайты вместо законных, которые они намереваются посетить. Это особенно опасно, поскольку его можно использовать для кражи конфиденциальной информации или распространения вредоносного ПО.
DDoS-атаки на DNS: Атаки распределенного отказа в обслуживании (DDoS) на DNS-серверы направлены на то, чтобы перегрузить их потоком трафика, что может замедлить загрузку веб-сайтов или сделать их недоступными. Этот тип атаки может нанести ущерб бизнесу, отключив его онлайн-сервисы.
Взлом DNS: при перехвате DNS злоумышленник перенаправляет запросы на мошеннический DNS-сервер, который, в свою очередь, направляет пользователей на вредоносные веб-сайты. Это можно сделать, изменив настройки DNS на компьютере пользователя или скомпрометировав самого провайдера DNS.
DNS-туннелирование: DNS-туннелирование включает в себя кодирование данных других протоколов в DNS-запросах и ответах. Его можно использовать для кражи данных или для обхода средств контроля сетевой безопасности для доступа к ограниченному контенту или услугам.

Меры безопасности

Для борьбы с этими угрозами было разработано несколько мер безопасности и протоколов:

DNSSEC (расширения безопасности DNS): DNSSEC защищает от несанкционированного перенаправления записей DNS, обеспечивая уровень аутентификации. Он обеспечивает целостность и подлинность данных, полученных от DNS-сервера, используя криптографические подписи для подтверждения того, что данные не были изменены.
Ограничение скорости: Внедрение ограничения скорости на DNS-серверах может смягчить воздействие DDoS-атак. Ограничивая количество запросов, которые сервер может обработать из одного источника в заданный период времени, ограничение скорости помогает поддерживать доступность сервиса даже под нагрузкой.
Черный список IP-адресов: включает блокировку трафика с IP-адресов, которые считаются вредоносными. Поставщики DNS и сетевые администраторы используют аналитику угроз для постоянного обновления баз данных черных списков, что помогает предотвратить доступ трафика из известных вредоносных источников к сети или системе.
Anycast DNS-маршрутизация: Anycast позволяет нескольким географически распределенным серверам использовать один и тот же IP-адрес. Когда создается DNS-запрос, он направляется на ближайший или наиболее производительный сервер. Это не только улучшает обработку нагрузки и время отклика, но также обеспечивает устойчивость к атакам, поскольку в случае атаки на один сервер трафик может быть перенаправлен на другие серверы.
Регулярные обновления программного обеспечения: Поддержание актуальности программного обеспечения DNS имеет решающее значение для защиты от уязвимостей. Обновления программного обеспечения часто включают исправления для устранения недостатков безопасности, которыми могут воспользоваться злоумышленники.

Проблемы и решения безопасности DNS

Распространенные угрозы

DNS сталкивается с несколькими угрозами безопасности, такими как:

DNS-спуфинг (отравление кэша): Злонамеренное повреждение данных DNS с целью перенаправления пользователей на мошеннические сайты.
DDoS-атаки: Перегрузка DNS-серверов чрезмерными запросами, нарушающими нормальную работу служб.
Взлом DNS: перенаправление запросов на вредоносные DNS-серверы путем компрометации настроек DNS.

Меры безопасности

Для защиты от этих уязвимостей было разработано несколько протоколов безопасности:

DNSSEC (расширения безопасности DNS): добавляет криптографические подписи к данным DNS для обеспечения подлинности.
Ограничение скорости: контролирует количество запросов, которые будет обрабатывать DNS-сервер, защищая от DDoS-атак.
Черный список IP-адресов: предотвращает попадание трафика с известных вредоносных IP-адресов на DNS-серверы.

Улучшения производительности DNS

Оптимизация производительности DNS необходима для обеспечения того, чтобы Интернет оставался быстрым и надежным. В этом разделе рассматриваются две важные стратегии повышения производительности DNS: кэширование DNS и распределение нагрузки.

DNS-кэширование

Кэширование DNS — это метод, используемый для ускорения разрешения DNS-запросов путем сохранения результатов предыдущего поиска в различных точках архитектуры DNS. Этот механизм уменьшает необходимость многократного разрешения доменного имени каждый раз, когда оно запрашивается, тем самым уменьшая время ответа на DNS-запросы и снижая нагрузку на DNS-серверы.

Кэширование на уровне браузера: веб-браузеры обычно поддерживают локальный кеш записей DNS. Когда запрашивается URL-адрес, браузер сначала проверяет свой кеш, чтобы узнать, сохранен ли IP-адрес домена, что может значительно ускорить время загрузки веб-страницы за счет пропуска дополнительных DNS-запросов.
Кэширование операционной системы: операционная система на устройстве пользователя также кэширует информацию DNS. После того как браузер проверит свой кеш, он запрашивает кеш ОС, прежде чем обращаться к внешнему DNS-серверу. Это не только ускоряет процесс разрешения DNS, но и снижает сетевой трафик.
Рекурсивное кэширование резольвера: Когда рекурсивные DNS-серверы получают ответы от авторитетных серверов, они кэшируют эти ответы. На будущие запросы для того же домена можно будет отвечать из этого кэша, если информация по-прежнему считается достоверной на основании времени жизни (TTL), связанного с записью DNS.

TTL — это критическое значение в записях DNS, которое определяет, как долго преобразователь должен кэшировать результат запроса DNS. Правильное управление значениями TTL имеет жизненно важное значение для балансировки производительности и обеспечения получения пользователями самых актуальных данных.

Распределение нагрузки

Эффективное распределение нагрузки имеет решающее значение для DNS-серверов, позволяющих обрабатывать большие объемы запросов без снижения производительности. Вот несколько методов, используемых для достижения этой цели:

Балансировка нагрузки: Балансировка нагрузки DNS предполагает распределение DNS-запросов между несколькими серверами, гарантируя, что ни один сервер не будет нести слишком большую нагрузку. Это может предотвратить перегрузку сервера, особенно в периоды большого трафика, и помочь добиться более стабильного времени разрешения DNS.
Геораспределенные DNS-серверы: размещая DNS-серверы в различных географических точках, DNS-запросы можно перенаправлять на ближайший или наименее загруженный сервер. Это не только ускоряет процесс разрешения DNS, но и обеспечивает механизм аварийного переключения в случае сбоя на сервере или во всем расположении.
Anycast-маршрутизация: Anycast — это метод сетевой адресации и маршрутизации, при котором входящие запросы могут направляться в различные места. В DNS Anycast позволяет нескольким географически распределенным серверам использовать один и тот же IP-адрес. DNS-запросы перенаправляются на ближайший сервер в группе произвольной рассылки, что снижает задержку и улучшает обработку нагрузки.

Практические примеры и варианты использования DNS

Чтобы лучше понять практическое применение и решающую роль DNS в различных сценариях, давайте рассмотрим несколько конкретных примеров и вариантов использования. Эти примеры демонстрируют, как DNS работает в повседневном использовании Интернета, в бизнес-среде и в конкретных технологических установках.

Пример реального DNS-запроса

Давайте рассмотрим пошаговый сценарий того, как работает DNS, когда вы хотите посетить веб-сайт:

Ввод URL-адреса веб-сайта: Вы печатаете www.examplestore.com в свой веб-браузер, чтобы посетить новый интернет-магазин.
DNS-запрос браузера: ваш браузер проверяет свой кеш, чтобы узнать, есть ли в нем недавняя запись IP-адреса для www.examplestore.com. В противном случае он отправляет запрос DNS-преобразователю, настроенному на вашем устройстве (обычно предоставляется вашим интернет-провайдером).
Рекурсивный DNS-сервер: DNS-преобразователь интернет-провайдера проверяет свой кэш. Если IP-адрес не найден, он отправляет запрос на один из корневых DNS-серверов.
Корневой доступ к серверу TLD: Корневой сервер направляет запрос на соответствующий DNS-сервер TLD для .com домены.
Сервер TLD на авторитетный сервер: Сервер TLD направляет рекурсивный сервер к полномочному DNS-серверу, ответственному за examplestore.com.
Получение IP-адреса: авторитетный сервер имеет IP-адрес и возвращает его рекурсивному серверу, который, в свою очередь, отправляет его обратно в ваш браузер.
Доступ к веб-сайту: Ваш браузер использует IP-адрес для установления соединения с хостингом веб-сервера. www.examplestore.com, и веб-страница загружается.

Этот пример иллюстрирует плавный процесс ввода URL-адреса и отображения веб-страницы на вашем устройстве — сложная оркестровка, включающая несколько DNS-серверов, эффективно работающих вместе.

Вариант использования в бизнесе: глобальная балансировка нагрузки

Рассмотрим транснациональную корпорацию, GlobalCorp, клиенты которого по всему миру получают доступ к своим услугам по адресу www.globalcorp.com.

DNS для управления трафиком: Чтобы обеспечить быстрый доступ всех пользователей к своему веб-сайту независимо от их местоположения, GlobalCorp использует решения гео-DNS. Этот подход направляет пользователей в ближайший центр обработки данных, в котором размещается их веб-контент.
Выполнение: Когда пользователь в Европе пытается получить доступ www.globalcorp.comDNS-запрос маршрутизируется через локальные рекурсивные серверы, которые взаимодействуют с DNS-серверами, настроенными на распознавание географического местоположения пользователя и направляют его на ближайший сервер в Европе.
Преимущества: это уменьшает задержку, снижает нагрузку на любой отдельный сервер и улучшает взаимодействие с пользователем за счет более быстрой загрузки веб-сайта.

DNS в маршрутизации электронной почты

DNS также имеет решающее значение для маршрутизации электронной почты через записи MX (Mail Exchange). Например:

Настройка электронной почты: Компания, Example Inc., использует @exampleinc.com для их электронных писем. Записи MX exampleinc.com настроены в DNS для указания на свои почтовые серверы.
Как направляются электронные письма: Когда кто-то отправляет электронное письмо на user@exampleinc.com, их почтовый сервер использует DNS для поиска записей MX. exampleinc.com чтобы узнать, на какой сервер отправлять электронное письмо.
Операционная эффективность: Это гарантирует, что все электронные письма, отправленные на exampleinc.com адреса эффективно доходят до места назначения, обеспечивая надежное и быстрое деловое общение.

Заключение

DNS является незаменимым компонентом интернет-инфраструктуры, обеспечивающим удобную навигацию по сети. Преобразуя доменные имена в IP-адреса, DNS служит основой цифровой связи.

Для тех, кто хочет погрузиться глубже, такие ресурсы, как документы RFC (запрос комментариев), рекомендации по безопасности DNS от ICANN и технические статьи по архитектуре DNS, предоставляют обширную информацию.

Понимание DNS и его операций не только улучшает ваши сетевые навыки, но и подготавливает вас к более эффективной защите и оптимизации интернет-взаимодействий вашей организации или вашей организации.