Що таке DNS? Як працює DNS!

Систему доменних імен (DNS) часто порівнюють з телефонною книгою в Інтернеті, але вона набагато динамічніша та складніша за будь-який статичний список контактів. У цій публікації блогу ми детально зануримося в те, що таке DNS, як він працює, роль DNS-серверів, а також тонкощі безпеки та продуктивності DNS.

Незалежно від того, чи ви новачок у мережі, чи досвідчений адміністратор, розуміння DNS має вирішальне значення для навігації та захисту Інтернету. Давайте розберемося, що таке DNS:

Що таке DNS?

DNS означає систему доменних імен, систему, яка перекладає зручні для людини доменні імена, наприклад www.example.com у зручні для машини IP-адреси, наприклад 192.0.2.1. Цей переклад важливий, оскільки, хоча люди легко запам’ятовують доменні імена, комп’ютери та мережі в Інтернеті визначають місцезнаходження один одного за IP-адресами.

Як працює DNS

DNS — це наріжна технологія, яка робить Інтернет зручним і доступним. Давайте детально вивчимо складну роботу DNS, наголошуючи на безперебійному процесі підключення до величезних ресурсів, доступних в Інтернеті.

Основи DNS

Система доменних імен (DNS) — це ієрархічна та децентралізована система імен, яка використовується для комп’ютерів, служб або будь-яких ресурсів, підключених до Інтернету чи приватної мережі. Він пов’язує різну інформацію з доменними іменами, призначеними кожному з суб’єктів-учасників. Найважливіше те, що він перетворює імена доменів, які легше запам’ятовуються, у цифрові IP-адреси, необхідні для визначення місцезнаходження та ідентифікації комп’ютерних служб і пристроїв за допомогою базових мережевих протоколів.

Процес запиту DNS

Щоб повністю зрозуміти, як працюють запити DNS, уявіть, що ви хочете відвідати www.example.com. Ось детальна розбивка процесу вирішення DNS:

Початковий запит користувача:
Коли ви друкуєте www.example.com у ваш веб-браузер, браузер ініціює DNS-запит, щоб знайти відповідну IP-адресу для домену.
Зв’язок із рекурсивним DNS-сервером:
Запит спочатку досягає рекурсивного DNS-сервера, який зазвичай надає ваш Інтернет-провайдер (ISP). Цей сервер бере на себе відповідальність за відстеження IP-адреси домену.
Запит до кореневого сервера імен:
Якщо рекурсивний сервер не має кешованої IP-адреси запитуваного домену, він запитує один із кореневих серверів імен. Кореневому серверу імен не відома IP-адреса, але він направляє рекурсивний сервер на відповідний сервер імен домену верхнього рівня (TLD) (наприклад, для .com домени).
Запит до сервера імен верхнього рівня:
Сервер імен верхнього рівня має інформацію про доменні імена в своєму домені (наприклад .com). Він не знає точної IP-адреси, але знає, який авторитетний сервер імен містить IP-адресу для запитуваного домену.
Зв'язок з авторитетним сервером імен:
Потім запит надсилається на авторитетний сервер імен, який має певні дані для www.example.com. Цей сервер містить фактичну IP-адресу домену.
Повернення IP-адреси:
Авторитетний сервер імен відповідає рекурсивному DNS-серверу IP-адресою www.example.com.
Доступ до веб-сайту:
Рекурсивний сервер передає IP-адресу назад у ваш браузер. Тепер ваш браузер може надсилати прямий HTTP-запит на IP-адресу www.example.com, який завантажує веб-сайт.

Візуальна демонстрація вирішення DNS

Щоб допомогти візуалізувати процес вирішення DNS, розгляньте наступну схему:

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

Ця послідовність гарантує, що незалежно від того, де зберігається інформація домену, DNS може отримати її ефективно та прозоро.

Приклад коду: імітація запиту DNS

Для базової демонстрації ви можете використовувати інструменти командного рядка, щоб імітувати, як працює запит DNS. Ось як ви можете використовувати nslookup команда для запиту IP-адреси домену:

nslookup www.example.com

Ця команда покаже серію серверів, з якими ви звернулися, і повернуті IP-адреси, ілюструючи процес вирішення DNS у дії.

Типи DNS-серверів

DNS-сервери класифікуються на основі їхніх ролей в архітектурі DNS. Кожен тип відіграє вирішальну роль у процесі перетворення доменного імені в IP-адресу. Розуміння цих різних типів DNS-серверів допомагає зрозуміти, як системі DNS вдається залишатися стійкою та ефективною.

Рекурсивні DNS-сервери

Рекурсивні DNS-сервери діють як посередники між клієнтом (наприклад, вашим веб-браузером) і DNS-серверами, які містять дані, необхідні для перетворення доменного імені в IP-адресу. Нижче наведено більш детальний огляд їхньої функції:

Роль і функція: рекурсивні DNS-сервери виконують роботу над створенням кількох DNS-запитів до різних DNS-серверів у всій ієрархії DNS від імені клієнта. Це починається з кореневого сервера імен і продовжується, доки не досягне авторитетного сервера імен, який містить фактичний запис DNS.
Механізм кешування: Щоб підвищити ефективність і прискорити процес вирішення, рекурсивні DNS-сервери кешують результати DNS-запитів. Це означає, що якщо надходить інший запит на те саме доменне ім’я, рекурсивний DNS-сервер може надати кешовану відповідь без повторного проходження повного процесу пошуку DNS.
Вплив на взаємодію з користувачем: Кешуючи та обробляючи складні ланцюжки запитів, рекурсивні DNS-сервери значно скорочують час завантаження веб-сторінок і покращують загальну взаємодію з користувачем.

Кореневі сервери імен

Кореневі сервери імен служать основними навігаційними посібниками в ієрархії DNS, спрямовуючи запити до більш конкретних місць.

Вершина ієрархії: вони знаходяться на вершині ієрархії пошуку DNS і мають вирішальне значення для спрямування рекурсивних серверів до відповідного сервера імен TLD на основі розширення домену (.com, .net, .org тощо).
Глобальне поширення: Існує обмежена кількість кореневих серверів імен, стратегічно розташованих по всьому світу. Вони управляються різними незалежними організаціями, що забезпечує надійність і різноманітність контролю інфраструктури DNS.
Роль у розв’язанні DNS: Хоча вони не зберігають певну інформацію про домен, кореневі сервери імен є важливими для вказівки рекурсивних серверів у правильному напрямку, гарантуючи направлення запитів до правильного сервера імен TLD.

Сервери імен TLD

Сервери імен доменів верхнього рівня (TLD) відповідають за керування реєстрацією доменів у певних доменах верхнього рівня, як-от .com або .net і коди країн, наприклад .uk або .jp.

Управління реєстрацією доменів: Сервери імен TLD мають вичерпний список доменів, зареєстрованих у кожному TLD, і спрямовують запити до конкретних авторитетних серверів імен, пов’язаних із кожним доменом.
Важливість у маршрутизації: вони є критично важливим кроком у звуженні DNS-запиту від широкого до більш конкретного контексту, сприяючи швидшим відповідям завдяки зонуванню в правій частині простору доменних імен.

Авторитетні сервери імен

Авторитетні сервери імен є кінцевою зупинкою в процесі запиту DNS. Вони зберігають фактичні записи DNS.

Достовірні дані: ці сервери зберігають записи DNS (наприклад, записи A, MX і CNAME) для відповідних доменів. На запит рекурсивного DNS-сервера вони надають остаточні відповіді для IP-адрес доменних імен.
Пряма відповідь: На відміну від інших типів DNS-серверів, які можуть посилатися на інші сервери, авторитетні сервери імен надають останню інформацію, необхідну для вирішення запиту доменного імені.
Резервування та балансування навантаження: Часто існує кілька авторитетних серверів імен для резервування та балансування навантаження, що забезпечує високу доступність і надійність відповідей DNS.

Важливість DNS

Неможливо переоцінити значення системи доменних імен (DNS) у сфері цифрових комунікацій та Інтернет-технологій. Він є основою повсякденного використання Інтернету, але його критична роль часто залишається непоміченою більшістю користувачів через його негласне функціонування. Давайте глибше розберемося, чому DNS так необхідний:

Спрощує перегляд Інтернету

Уявіть, що вам потрібно запам’ятати IP-адресу кожної пошукової системи, платформи соціальних мереж або веб-сайту новин, які ви хочете відвідати. IP-адреси не тільки складні та їх важко запам’ятати, але й можуть часто змінюватися через динамічний характер Інтернету.

DNS усуває цю проблему, дозволяючи нам використовувати доменні імена, що запам’ятовуються (наприклад www.google.com), які набагато легше запам’ятати, ніж цифрові IP-адреси 192.168.1.1.

Забезпечує масштабованість Інтернету

Інтернет складається з мільярдів підключених пристроїв, кожному з яких потрібна IP-адреса. Оскільки кількість пристроїв і служб в Інтернеті продовжує експоненціально зростати, DNS забезпечує масштабований і ефективний метод керування величезною кількістю доменних імен і відповідних їм IP-адрес. Без DNS масштабованість Інтернету була б суттєво ускладнена, що вплинуло б на все, від розгортання нових веб-сайтів до підключення пристроїв IoT (Інтернет речей).

Підтримує динамічну зміну IP-адреси

У багатьох випадках IP-адреси, пов’язані з доменним іменем, можуть змінюватися через зміни в хостингу, коригування балансування навантаження або зміну конфігурації мережі.

DNS легко обробляє ці зміни, оновлюючи відповідні записи DNS. Користувачі продовжують відвідувати веб-сайти з тим самим доменним іменем, абсолютно не підозрюючи про зміни основної IP-адреси, забезпечуючи плавну та послідовну роботу користувачів.

Сприяє розподілу навантаження

Для популярних веб-сайтів, які отримують мільйони відвідувань на день, обробка всього трафіку через один сервер є неможливою. DNS підтримує такі стратегії розподілу навантаження, як гео-DNS, Anycast DNS і циклічний DNS.

Ці методи дозволяють розподіляти запити між кількома серверами та центрами обробки даних по всьому світу, оптимізуючи продуктивність і знижуючи ризик перевантаження серверів.

Вирішальне значення для безперервності бізнесу та аварійного відновлення

DNS має ключове значення для впровадження стратегій аварійного відновлення.

Контролюючи напрямок трафіку за допомогою налаштувань DNS, підприємства можуть перенаправляти свій трафік на альтернативні сервери або центри обробки даних у відповідь на збої серверів, DDoS-атаки чи інші типи збоїв у мережі. Ця гнучкість має вирішальне значення для підтримки безперервності роботи та мінімізації простоїв.

Підтримує різноманітні мережеві служби

Окрім перегляду веб-сторінок, DNS є невід’ємною частиною інших мережевих служб, включаючи маршрутизацію електронної пошти, хмарні служби та потокове цифрове медіа.

Наприклад, коли ви надсилаєте електронний лист, DNS допомагає спрямувати електронний лист на правильний поштовий сервер за допомогою записів MX (Mail Exchange). Так само багато хмарних служб покладаються на DNS для ефективного керування з’єднанням між користувачами та програмами.

Підвищує безпеку

DNS відіграє вирішальну роль у безпеці мережі. Завдяки таким функціям, як DNSSEC (розширення безпеки DNS), він забезпечує рівень автентифікації, який допомагає запобігти атакам DNS-спуфінгу, коли дані маніпулюють для перенаправлення користувачів на шкідливі сайти. Хоча сам DNS має вразливі місця, постійні вдосконалення та протоколи спрямовані на посилення його безпеки, роблячи Інтернет безпечнішим місцем для користувачів і компаній.

Проблеми та рішення безпеки DNS

Розуміння проблем безпеки, пов’язаних із DNS, є надзвичайно важливим, оскільки, незважаючи на надійну конструкцію, інфраструктура DNS не захищена від кіберзагроз. Ці проблеми можуть поставити під загрозу особисту конфіденційність, бізнес-операції та цілісність Інтернет-комунікацій.

Поширені загрози

Підробка DNS (отруєння кешу): ця атака передбачає пошкодження кешу DNS неправдивою інформацією, що спрямовує користувачів на шкідливі веб-сайти замість законних, які вони збираються відвідати. Це особливо небезпечно, оскільки його можна використовувати для викрадення конфіденційної інформації або розповсюдження шкідливого програмного забезпечення.
DDoS-атаки на DNS: Атаки розподіленої відмови в обслуговуванні (DDoS) на DNS-сервери мають на меті перевантажити їх потоком трафіку, що може зробити веб-сайти повільними для завантаження або недоступними. Цей тип атаки може завдати шкоди компаніям, вимкнувши їхні онлайн-сервіси в автономному режимі.
Викрадення DNS: під час викрадення DNS зловмисник перенаправляє запити на шахрайський сервер DNS, який, у свою чергу, спрямовує користувачів на шкідливі веб-сайти. Це можна зробити, змінивши налаштування DNS на комп’ютері користувача або скомпрометувавши самого постачальника DNS.
Тунелювання DNS: Тунелювання DNS передбачає кодування даних інших протоколів у запитах і відповідях DNS. Його можна використовувати для викрадання даних або для обходу заходів безпеки мережі для доступу до обмеженого вмісту чи послуг.

Заходи безпеки

Для боротьби з цими загрозами було розроблено декілька заходів безпеки та протоколів:

DNSSEC (розширення безпеки DNS): DNSSEC захищає від несанкціонованого перенаправлення записів DNS, надаючи рівень автентифікації. Він забезпечує цілісність і автентичність даних, отриманих від DNS-сервера, використовуючи криптографічні підписи для перевірки того, що дані не були змінені.
Обмеження швидкості: Впровадження обмеження швидкості на DNS-серверах може пом’якшити вплив DDoS-атак. Обмежуючи кількість запитів, які сервер може обробити з одного джерела за певний проміжок часу, обмеження швидкості допомагає підтримувати доступність служби навіть під навантаженням.
Чорний список IP: передбачає блокування трафіку з IP-адрес, які вважаються зловмисними. Постачальники DNS і мережеві адміністратори використовують аналіз загроз для постійного оновлення баз даних із чорних списків, що допомагає запобігти доступу трафіку з відомих шкідливих джерел до мережі чи системи.
Маршрутизація DNS Anycast: Anycast дозволяє декільком територіально розподіленим серверам використовувати одну IP-адресу. Коли робиться запит DNS, він направляється на найближчий або найпродуктивніший сервер. Це не тільки покращує обробку навантаження та час відповіді, але й забезпечує стійкість до атак, оскільки трафік можна перенаправляти на інші сервери у разі атаки на один сервер.
Регулярні оновлення програмного забезпечення: Оновлення програмного забезпечення DNS має вирішальне значення для захисту від вразливостей. Оновлення програмного забезпечення часто включають виправлення недоліків безпеки, якими можуть скористатися зловмисники.

Проблеми та рішення безпеки DNS

Поширені загрози

DNS стикається з кількома загрозами безпеці, наприклад:

Підробка DNS (отруєння кешу): зловмисне пошкодження даних DNS для перенаправлення користувачів на шахрайські сайти.
DDoS-атаки: перевантаження DNS-серверів надмірною кількістю запитів, щоб порушити нормальні служби.
Викрадення DNS: переспрямування запитів на зловмисні DNS-сервери шляхом порушення налаштувань DNS.

Заходи безпеки

Для захисту від цих вразливостей було розроблено кілька протоколів безпеки:

DNSSEC (розширення безпеки DNS): додає криптографічні підписи до даних DNS для забезпечення автентичності.
Обмеження швидкості: контролює кількість запитів, які оброблятиме DNS-сервер, захищаючи від атак DDoS.
Чорний список IP: запобігає потраплянню трафіку з відомих шкідливих IP-адрес на сервери DNS.

Покращення продуктивності DNS

Оптимізація продуктивності DNS має важливе значення для того, щоб Інтернет залишався швидким і надійним. У цьому розділі розглядаються дві найважливіші стратегії підвищення продуктивності DNS: кешування DNS і розподіл навантаження.

Кешування DNS

Кешування DNS — це техніка, яка використовується для прискорення вирішення запитів DNS шляхом збереження попередніх результатів пошуку в різних точках архітектури DNS. Цей механізм зменшує необхідність повторного вирішення доменного імені щоразу, коли його запитують, тим самим зменшуючи час відповіді на запити DNS і зменшуючи навантаження на DNS-сервери.

Кешування на рівні браузера: веб-браузери зазвичай підтримують локальний кеш записів DNS. Коли запитується URL-адреса, браузер спочатку перевіряє свій кеш, щоб перевірити, чи збережено IP-адресу домену, що може значно пришвидшити час завантаження веб-сторінки, пропускаючи додаткові запити DNS.
Кешування операційної системи: операційна система на пристрої користувача також кешує інформацію DNS. Після того, як браузер перевіряє свій кеш, він запитує кеш ОС перед тим, як звертатися до зовнішнього DNS-сервера. Це не тільки прискорює процес вирішення DNS, але й зменшує мережевий трафік.
Рекурсивне кешування Resolver: Коли рекурсивні DNS-сервери отримують відповіді від авторитетних серверів, вони кешують ці відповіді. На майбутні запити для того самого домену можна відповідати з цього кешу, якщо інформація все ще вважається дійсною на основі часу життя (TTL), пов’язаного із записом DNS.

TTL — це критичне значення в записах DNS, яке вказує, як довго резолвер має кешувати результат запиту DNS. Належне керування значеннями TTL є життєво важливим для збалансування продуктивності та забезпечення отримання користувачами найновіших даних.

Розподіл навантаження

Ефективний розподіл навантаження має вирішальне значення для того, щоб сервери DNS обробляли великі обсяги запитів без зниження продуктивності. Ось кілька методів, які використовуються для досягнення цієї мети:

Балансування навантаження: Балансування навантаження DNS включає в себе розподіл DNS-запитів між декількома серверами, гарантуючи, що жоден сервер не несе надмірного навантаження. Це може запобігти перевантаженню сервера, особливо в періоди високого трафіку, і може допомогти досягти більш послідовного часу вирішення DNS.
Георозподілені сервери DNS: розташувавши DNS-сервери в різних географічних місцях, DNS-запити можна направляти на найближчий або найменш завантажений сервер. Це не тільки прискорює процес вирішення DNS, але й забезпечує механізм відновлення після збою, якщо сервер або ціле місце зазнає збою.
Маршрутизація Anycast: Anycast — це метод мережевої адресації та маршрутизації, за допомогою якого вхідні запити можна спрямовувати в різні місця. У DNS anycast дозволяє декільком територіально розподіленим серверам використовувати одну IP-адресу. DNS-запити направляються на найближчий сервер у групі anycast, таким чином зменшуючи затримку та покращуючи обробку навантаження.

Практичні приклади та випадки використання DNS

Щоб краще зрозуміти практичне застосування та критичну роль DNS у різних сценаріях, давайте розглянемо деякі конкретні приклади та випадки використання. Ці приклади демонструють, як DNS працює в повсякденному використанні Інтернету, бізнес-середовищі та певних технологічних налаштуваннях.

Приклад реального DNS-запиту

Давайте розглянемо покроковий сценарій роботи DNS, коли ви хочете відвідати веб-сайт:

Введення URL-адреси веб-сайту: Ви друкуєте www.examplestore.com у свій веб-браузер, щоб перевірити новий онлайн-магазин.
DNS-запит браузера: ваш браузер перевіряє кеш-пам’ять, щоб перевірити, чи є в ньому останній запис IP-адреси для www.examplestore.com. Якщо ні, він надсилає запит до DNS-перетворювача, налаштованого на вашому пристрої (як правило, надається вашим провайдером).
Рекурсивний DNS-сервер: Резолвер DNS провайдера перевіряє свій кеш. Якщо IP не знайдено, він надсилає запит на один із кореневих DNS-серверів.
Корінь до сервера верхнього рівня: кореневий сервер спрямовує запит на відповідний DNS-сервер верхнього рівня для .com домени.
Сервер TLD до авторитетного сервера: Сервер TLD посилає рекурсивний сервер на авторитетний сервер DNS, відповідальний за examplestore.com.
Отримання IP-адреси: авторитетний сервер має IP-адресу та повертає її на рекурсивний сервер, який, у свою чергу, надсилає її назад у ваш браузер.
Доступ до веб-сайту: Ваш браузер використовує IP-адресу для встановлення з’єднання з веб-сервером хостингу www.examplestore.com, і веб-сторінка завантажується.

Цей приклад ілюструє безперебійний процес введення URL-адреси та відображення веб-сторінки на вашому пристрої — складна оркестровка за участю кількох DNS-серверів, які ефективно працюють разом.

Бізнес-випадок використання: глобальне балансування навантаження

Розглянемо транснаціональну корпорацію, GlobalCorp, за адресою якої клієнти з усього світу можуть отримати доступ до їхніх послуг www.globalcorp.com.

DNS для керування трафіком: Щоб гарантувати швидкий доступ до веб-сайту всім користувачам незалежно від місця розташування, GlobalCorp використовує рішення гео-DNS. Цей підхід спрямовує користувачів до найближчого центру обробки даних, де розміщено їхній веб-вміст.
Реалізація: Коли користувач із Європи намагається отримати доступ www.globalcorp.com, DNS-запит направляється через локальні рекурсивні сервери, які взаємодіють із DNS-серверами, налаштованими на розпізнавання географічного розташування користувача та скерування його на найближчий сервер у Європі.
Переваги: це зменшує затримку, зменшує навантаження на будь-який окремий сервер і покращує взаємодію з користувачем завдяки швидшому завантаженню веб-сайту.

DNS у маршрутизації електронної пошти

DNS також має вирішальне значення для маршрутизації електронних листів через записи MX (Mail Exchange). Наприклад:

Налаштування електронної пошти: Компанія, Example Inc., використовує @exampleinc.com для своїх електронних листів. Записи MX exampleinc.com налаштовано в DNS для вказівки на їхні сервери електронної пошти.
Як маршрутизуються електронні листи: коли хтось надсилає електронний лист до user@exampleinc.com, їх сервер електронної пошти використовує DNS для пошуку записів MX exampleinc.com щоб дізнатися, на який сервер надіслати електронний лист.
Операційна ефективність: це гарантує, що всі електронні листи, надіслані до exampleinc.com адреси ефективно досягають місця призначення, сприяючи надійному та швидкому діловому зв’язку.

Висновок

DNS є незамінним компонентом інфраструктури Інтернету, що забезпечує зручну навігацію в Інтернеті. Перетворюючи доменні імена в IP-адреси, DNS служить основою цифрового зв’язку.

Для тих, хто хоче зануритися глибше, такі ресурси, як документи RFC (запит на коментарі), інструкції щодо безпеки DNS від ICANN і технічні статті про архітектуру DNS надають вичерпну інформацію.

Розуміння DNS та його операцій не тільки покращує ваші навички роботи в мережі, але й готує вас до кращого захисту й оптимізації вашої та вашої організації в Інтернеті.