Что такое DNS и как он работает — полное руководство по системе доменных имен

Ключевые понятия DNS

Домен — узел в иерархической структуре DNS, включающий все подчинённые ему узлы. Структура доменного имени отражает последовательность узлов в иерархии; доменное имя читается слева направо от младших доменов к доменам высшего уровня. Например, для адреса news.mail.ru домен первого уровня — ru, второго — mail, третьего — news.

Поддомен — подчинённый домен. Например, mail.ru является поддоменом домена ru, а new.mail.ru — поддоменом mail.ru. Поддомены позволяют организовывать структуру домена и делегировать ответственность за различные части доменного пространства.

Ресурсная запись (RR) — единица хранения и передачи информации в DNS. Каждая запись привязана к определённому доменному имени, имеет тип и содержит данные, формат и содержание которых зависят от типа записи.

Зона — часть дерева доменных имён, она включает в себя ресурсные записи и может быть делегирована другому лицу или организации для управления. Делегирование позволяет распределить ответственность за различные части доменного пространства между разными администраторами.

Делегирование — передача ответственности за часть дерева доменных имён другому лицу или организации. Технически это выражается в выделении части дерева в отдельную зону и размещении её на DNS-сервере, управляемом соответствующим лицом или организацией.

DNS-сервер — специализированное программное обеспечение для обслуживания DNS, а также компьютер, на котором оно выполняется. DNS-сервер может быть ответственным за определённые зоны и/или перенаправлять запросы к другим серверам.

DNS-клиент — программа или библиотека, которая отправляет запросы к DNS-серверам для получения информации о доменных именах. В некоторых случаях DNS-сервер может выступать в роли клиента при обращении к другим серверам.

Авторитетность — признак, указывающий, что DNS-сервер является официальным источником информации для определённой зоны. Авторитетные ответы исходят от серверов, которые непосредственно управляют соответствующей зоной.

DNS-запрос — запрос от клиента или сервера к DNS-серверу для получения информации о доменном имени. Запрос может быть рекурсивным или нерекурсивным.

Что такое DNS?

Доменная система имен (DNS, от англ. Domain Name System) – это распределенная иерархическая система именования компьютеров, сервисов или любых ресурсов, подключенных к сети Интернет или частной сети. Она преобразует удобочитаемые доменные имена в числовые IP-адреса (и наоборот), которые используются компьютерами для идентификации друг друга в сети.

Основная функция DNS заключается в том, чтобы избавить пользователей от необходимости запоминать сложные IP-адреса для доступа к веб-сайтам и другим интернет-сервисам. Вместо этого мы можем использовать легко запоминающиеся доменные имена. Когда вы вводите доменное имя в адресной строке браузера, DNS незаметно для вас выполняет свою работу, находя соответствующий IP-адрес и направляя ваш браузер к нужному серверу.

Данная система была создана в 1983 году Полом Мокапетрисом и стала стандартом для работы Интернета. Без не нам пришлось бы запоминать сложные числовые комбинации вроде 188.127.249.34 для каждого сайта, что было бы крайне неудобно.

Основные задачи DNS:

• Перевод доменных имен в IP-адреса (резолвинг).
• Обеспечение маршрутизации запросов между устройствами в сети.
• Поддержка инфраструктуры Интернета, включая работу сайтов, электронной почты и других сервисов.

Доменная система имен работает как глобальная база данных, распределенная по множеству серверов по всему миру. Это позволяет ей быть быстрой, надежной и масштабируемой.

Принцип работы DNS: как это происходит?

Процесс преобразования доменного имени в IP-адрес основан на взаимодействии нескольких компонентов: клиентских устройств, DNS-серверов и зон. Давайте разберем его пошагово.

• Запрос. Когда пользователь вводит доменное имя (например, web-revenue.ru) в адресной строке браузера или когда приложение запрашивает доступ к определенному интернет-ресурсу, начинается процесс разрешения DNS. Этот запрос отправляется на рекурсивный DNS-сервер.
• Рекурсивный запрос. Рекурсивный DNS-сервер (также известный как DNS-резолвер) обычно предоставляется вашим интернет-провайдером (ISP) или может быть настроен вручную (например, на публичные DNS-серверы Google или Cloudflare). Получив запрос, рекурсивный сервер берет на себя ответственность за полное разрешение доменного имени. Он начинает поиск IP-адреса, обращаясь к другим DNS-серверам в иерархии DNS.
• Итеративный запрос. Рекурсивный сервер начинает свой поиск с обращения к одному из корневых DNS-серверов. Корневые серверы не знают IP-адресов конкретных доменов, но они знают адреса DNS-серверов, отвечающих за домены верхнего уровня (TLD), такие как .com, .ru, .org и другие. Корневой сервер перенаправляет запрос рекурсивного сервера на соответствующий DNS-сервер TLD. DNS-сервер TLD, в свою очередь, знает адреса авторитативных DNS-серверов для доменов второго уровня (например, web-revenue.ru). Он перенаправляет запрос на нужный авторитативный сервер.
• Кэширование. Важным аспектом работы DNS является кэширование. DNS-записи могут кэшироваться на различных уровнях:
  • Локальный кэш. Операционная система и браузер пользователя могут хранить недавно полученные DNS-записи в локальном кэше. Это позволяет ускорить повторные запросы к одним и тем же доменам.
  • Кэш рекурсивного DNS-сервера. Рекурсивные серверы также кэшируют полученные DNS-записи, чтобы быстрее отвечать на запросы других пользователей, обращающихся к тем же доменам.
  • Кэш авторитативных DNS-серверов. Авторитативные серверы также могут кэшировать ответы на частые запросы.
• Ответ. Когда рекурсивный DNS-сервер наконец находит IP-адрес, соответствующий запрошенному доменному имени (получив его от авторитативного DNS-сервера), он отправляет этот IP-адрес обратно на компьютер пользователя. Браузер пользователя затем использует этот IP-адрес для подключения к веб-серверу, на котором размещен запрошенный веб-сайт.

Этот процесс занимает доли секунды и остаётся незаметным для пользователя (бывают исключения), обеспечивая быстрое и удобное обращение к веб-ресурсам.

Ключевые этапы работы DNS

Для наглядности суммируем ключевые этапы работы DNS в виде последовательного списка:

1. Пользователь вводит URL или доменное имя в браузере.
2. Браузер и операционная система проверяют, есть ли запись DNS для этого домена в локальном кэше.
3. Если записи нет в локальном кэше, запрос отправляется на настроенный рекурсивный DNS-сервер (обычно предоставляется интернет-провайдером).
4. Рекурсивный сервер отправляет запрос к одному из корневых DNS-серверов.
5. Корневой сервер перенаправляет запрос на DNS-сервер, отвечающий за домен верхнего уровня (например, .com, .ru, .org).
6. DNS-сервер TLD направляет запрос на авторитативный DNS-сервер, который хранит записи для конкретного домена (например, web-revenue.ru).
7. Авторитативный сервер находит соответствующую IP-адресную запись и возвращает ее на рекурсивный сервер.
8. Рекурсивный сервер отправляет полученный IP-адрес обратно на компьютер пользователя.
9. IP-адрес кэшируется на локальном уровне (браузер, операционная система) и на рекурсивном сервере для ускорения будущих запросов к этому же домену.

DNS-серверы: какие бывают и как работают

В процессе разрешения доменных имен участвуют различные типы DNS-серверов, каждый из которых выполняет свою определенную функцию:

• Рекурсивные DNS-серверы (DNS-резолверы): Эти серверы являются первым звеном в процессе разрешения DNS для конечных пользователей. Когда ваш компьютер или устройство отправляет DNS-запрос, он обычно направляется на рекурсивный DNS-сервер, настроенный по умолчанию (часто предоставляемый вашим интернет-провайдером). Рекурсивный сервер принимает запрос и выполняет всю работу по поиску соответствующего IP-адреса, обращаясь к другим DNS-серверам в иерархии. Примеры публичных рекурсивных DNS-серверов включают:
  • Google Public DNS: 8.8.8.8 и 8.8.4.4
  • Cloudflare DNS: 1.1.1.1 и 1.0.0.1
  • Yandex.DNS: 77.88.8.8 и 77.88.8.1
  • OpenDNS: 208.67.222.222 и 208.67.220.220
• Корневые DNS-серверы находятся на вершине иерархии DNS. Они содержат информацию о расположении DNS-серверов для всех доменов верхнего уровня (TLD). Корневые серверы не знают IP-адресов конкретных доменов, но они направляют рекурсивные серверы к нужным DNS-серверам TLD. Существует 13 логических корневых DNS-серверов, управляемых различными организациями по всему миру.
• DNS-серверы доменов верхнего уровня (TLD) отвечают за управление конкретными доменами верхнего уровня, такими как .com, .ru, .org, .net и другие. Они хранят информацию об авторитативных DNS-серверах для всех доменов второго уровня, зарегистрированных в их зоне. Например, DNS-сервер для зоны .com знает, какие авторитативные серверы отвечают за домен google.com.
• Авторитативные DNS-серверы являются последним звеном в процессе разрешения DNS. Они хранят фактические DNS-записи для конкретных доменов. Владельцы доменов настраивают авторитативные DNS-серверы для своих доменов, указывая IP-адреса, связанные с их доменными именами, а также другие важные записи (например, почтовые серверы). Когда рекурсивный сервер запрашивает IP-адрес для определенного домена, он в конечном итоге обращается к авторитативному DNS-серверу этого домена.

Краткое объяснение о том как работают различные типы DNS-серверов. Взаимодействие между этими типами серверов представляет собой сложный, но эффективный процесс. Рекурсивный сервер выступает в роли посредника между пользователем и остальной частью DNS-системы. Он последовательно опрашивает корневые серверы, серверы TLD и, наконец, авторитативные серверы, чтобы найти нужный IP-адрес. Получив ответ от авторитативного сервера, рекурсивный сервер возвращает IP-адрес пользователю и сохраняет его в своем кэше на определенное время (указанное в записи Time-to-Live или TTL).

Зоны DNS: структура и типы

DNS организована в иерархическую структуру, которая называется пространством доменных имен. Эта структура делится на зоны DNS, которые представляют собой административные единицы в этой иерархии.

• Структура DNS. В основе структуры DNS лежит корневая зона, которая представлена точкой (.). Под корневой зоной находятся зоны верхнего уровня (TLD), такие как .com, .org, .ru и сотни других. Под зонами TLD находятся зоны доменов второго уровня, а под ними могут располагаться поддомены. Каждая зона DNS содержит информацию об определенной части пространства доменных имен и управляется определенной организацией или администратором.
• Типы DNS-зон (существует два основных типа):
  • Прямая зона (Forward Lookup Zone). Наиболее распространенный тип DNS-зоны. Она содержит записи, которые преобразуют доменные имена в соответствующие IP-адреса. Когда рекурсивный DNS-сервер пытается найти IP-адрес для определенного доменного имени, он обращается к прямой зоне этого домена на авторитативном DNS-сервере.
  • Обратная зона (Reverse Lookup Zone). Обратная зона используется для обратного преобразования – поиска доменного имени по известному IP-адресу. Это менее распространенный тип зоны, но он важен для некоторых приложений, таких как фильтрация спама и анализ сетевых логов. Записи в обратной зоне связывают IP-адреса с соответствующими доменными именами с помощью специальных записей типа PTR (Pointer Record). Обратные зоны организованы на основе IP-адресных диапазонов.

Ресурсные записи DNS: что это и для чего используются

Ресурсные записи (Resource Records или RR) являются основными единицами информации, хранящимися в DNS-зонах. Каждая ресурсная запись содержит информацию об определенном аспекте доменного имени или IP-адреса. Существует множество различных типов ресурсных записей, каждая из которых используется для определенных целей. Вот наиболее распространенные типы ресурсных записей:

• A (Address Record). Эта запись связывает доменное имя с IPv4-адресом (например, 192.168.1.1). Это наиболее часто используемый тип записи.
• AAAA (IPv6 Address Record). Аналогична записи A, но связывает доменное имя с IPv6-адресом (например, 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334).
• CNAME (Canonical Name Record). Эта запись создает псевдоним для одного доменного имени на другое. Например, запись CNAME может использоваться для перенаправления запросов к www.web-revenue.ru на основной домен web-revenue.ru.
• MX (Mail Exchanger Record). Данная запись указывает почтовые серверы, ответственные за прием электронной почты для определенного домена. Она содержит приоритет почтового сервера и его доменное имя.
• TXT (Text Record). Эта запись позволяет добавлять произвольный текст к доменному имени. Она часто используется для различных целей, таких как проверка подлинности домена (например, записи SPF и DKIM для борьбы со спамом) и добавление метаданных.
• NS (Name Server Record). Данная запись указывает авторитативные DNS-серверы, отвечающие за определенную DNS-зону. Для каждого домена должно быть как минимум две записи NS, указывающие на основной и резервный авторитативные серверы.
• SOA (Start of Authority Record). Эта запись содержит административную информацию о DNS-зоне, такую как имя основного авторитативного сервера, адрес электронной почты администратора зоны, серийный номер зоны (который увеличивается при каждом изменении зоны), интервалы обновления, повторных попыток и истечения срока действия, а также минимальное время жизни (TTL) по умолчанию для записей в зоне.
• PTR (Pointer Record). Данная запись используется в обратных DNS-зонах для сопоставления IP-адреса с доменным именем.
• SRV (Service Record). Эта запись указывает расположение серверов для определенных сервисов, таких как SIP (голосовая связь через IP) или XMPP (протокол обмена мгновенными сообщениями). Она содержит информацию о протоколе, порте и приоритете сервиса.

Для чего используются различные типы ресурсных записей? Каждый тип ресурсной записи играет важную роль в обеспечении правильной работы различных интернет-сервисов. Записи A и AAAA обеспечивают основное преобразование доменных имен в IP-адреса, записи MX направляют электронную почту, записи NS делегируют ответственность за DNS-зоны, а записи TXT могут использоваться для различных целей, связанных с проверкой и метаданными. Понимание различных типов ресурсных записей необходимо для правильной настройки и управления доменными именами и интернет-сервисами.

Где находятся главные DNS-серверы

Главные DNS-серверы, обеспечивающие работу всей системы, включают корневые DNS-серверы и DNS-серверы доменов верхнего уровня (TLD).

• Корневые DNS-серверы. Как уже упоминалось, существует 13 логических корневых DNS-серверов, идентифицируемых буквами от A до M. Эти серверы физически расположены по всему миру и управляются различными независимыми организациями, такими как Internet Systems Consortium (ISC), University of Maryland, NASA и другие. Благодаря использованию технологии anycast, каждый логический корневой сервер фактически представлен множеством физических серверов, расположенных в разных географических точках. Это обеспечивает отказоустойчивость и быстрое время отклика для пользователей по всему миру. Организация ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) координирует работу корневых DNS-серверов.
• DNS-серверы верхнего уровня (TLD). Для каждого домена верхнего уровня (например, .com, .ru, .org) также распределены и управляются различными организациями, называемыми реестрами. Например, компания Verisign управляет реестром доменов .com и .net, а организация Координационный центр национального домена сети Интернет управляет доменами .ru и .рф. Эти организации поддерживают собственную инфраструктуру DNS-серверов, которые хранят информацию об авторитативных DNS-серверах для всех доменов второго уровня, зарегистрированных в их соответствующих зонах TLD.

Хотя физическое расположение главных DNS-серверов распределено по всему миру, благодаря технологиям маршрутизации и кэшированию, пользователи обычно подключаются к ближайшему доступному экземпляру этих серверов, что обеспечивает высокую производительность и надежность работы DNS.

Безопасность DNS

DNS, будучи критически важной инфраструктурой интернета, подвержена различным угрозам безопасности. Вот некоторые из основных угроз и технологий, используемых для защиты DNS:

• DNS-спуфинг (DNS cache poisoning). Злоумышленник пытается внедрить поддельные DNS-записи в кэш рекурсивного DNS-сервера. Если это удается, при последующих запросах к скомпрометированному домену пользователи могут быть перенаправлены на вредоносный веб-сайт.
• Атаки типа «отказ в обслуживании» (DDoS) на DNS-серверы. Злоумышленники могут наводнить DNS-сервер огромным количеством запросов, что приводит к перегрузке сервера и его неспособности отвечать на легитимные запросы.
• Перехват DNS-запросов. Злоумышленники могут перехватывать DNS-запросы пользователей и манипулировать ответами, направляя их на поддельные сайты.

Для повышения безопасности DNS используются различные технологии:

• DNSSEC (DNS Security Extensions) — это набор расширений протокола DNS, которые обеспечивают криптографическую аутентификацию DNS-данных. DNSSEC позволяет убедиться, что полученный DNS-ответ является подлинным и не был подделан во время передачи. Он использует цифровые подписи, связанные с DNS-записями, которые могут быть проверены с помощью цепочки доверия, начинающейся от корневых DNS-серверов.
• Использование HTTPS (DNS over HTTPS — DoH) и TLS (DNS over TLS — DoT) для шифрования DNS-трафика. Традиционно DNS-запросы и ответы передаются по незашифрованному протоколу. DoH и DoT шифруют эти данные, что предотвращает их перехват и манипулирование злоумышленниками. DoH инкапсулирует DNS-запросы в HTTPS-трафик, а DoT использует протокол TLS для шифрования DNS-трафика на уровне транспортного протокола.

Внедрение этих технологий значительно повышает безопасность и надежность работы DNS, защищая пользователей от различных киберугроз.

Заключение

Доменная система имен является краеугольным камнем современного интернета, обеспечивая удобную и эффективную навигацию по веб-сайтам и другим онлайн-сервисам. Понимание принципов работы DNS, типов DNS-серверов и ресурсных записей, а также вопросов безопасности имеет важное значение для всех, кто связан с веб-разработкой, администрированием сетей или просто активно пользуется интернетом.

Надеемся, что это подробное руководство помогло лучше понять, как устроена и функционирует эта незаметная, но критически важная технология. Дальнейшее развитие DNS продолжает совершенствоваться, внедряя новые протоколы и механизмы безопасности, чтобы обеспечить стабильную и безопасную работу интернета в будущем.