Принцип иерархического построения dns

Обновлено: 02.07.2024

Когда при деловом общении представители двух фирм обмениваются визитками, то в них (визитках) обязательно будут указаны адрес электронной почты и имя корпоративного Web-узла компании. При этом можно также услышать, как собеседники обмениваются "интернет-адресами" ("электронными адресами") компаний. Во всех выше перечисленных случаях так или иначе речь идет об использовании доменных имен.

В большинстве случаев при поиске информации в Сети мы перебираем доменные имена или следуем по ссылкам, в нотации которых опять же используются доменные имена.

Довольно часто наряду со словосочетанием "интернет-адрес" употребляют "доменный адрес". Вообще говоря, ни того, ни другого понятий в сетях TCP/IP не существует. Есть числовая адресация, которая опирается на IP-адреса, (группа из 4-ех чисел, разделенных символом ".") и Internet-сервис службы доменных имен (Domain Name System - DNS).

Числовая адресация удобна для компьютерной обработки таблиц маршрутов, но совершенно (здесь мы несколько утрируем) не приемлема для использования ее человеком. Запомнить наборы цифр гораздо труднее, чем мнемонические осмысленные имена.

Тем не менее, установка соединений для обмена информацией в Интернет осуществляется по IP-адресам. Символьные имена системы доменных имен - суть сервис, который помогает найти необходимые для установки соединения IP-адреса узлов сети.

Тем не менее, для многих пользователей именно доменное имя выступает в роли адреса информационного ресурса. В практике администрирования локальных сетей нередки ситуации, когда пользователи жалуются администратору сети на недоступность того или иного сайта или долгую загрузку страниц. Причина может крыться не в том, что сегмент сети потерял связь с остальной сетью, а в плохой работе DNS - нет IP-адреса, нет и соединения.

DNS существовала не с момента рождения TCP/IP сетей. Поначалу для облегчения взаимодействия с удаленными информационными ресурсами в Интернет стали использовать таблицы соответствия числовых адресов именам машин.

Авторство создания этих таблиц принадлежит доктору Постелю (Dr. Jon Postel - автор многих RFC - Request For Comments). Именно он первым поддерживал файл hosts.txt, который можно было получить по FTP.

Современные операционные системы тоже поддерживают таблицы соответствия IP-адреса и имени машины (точнее хоста) - это файлы с именем hosts. Если речь идет о системе типа Unix, то этот файл расположен в директории /etc и имеет следующий вид:

Пользователь для обращения к машине может использовать как IP-адрес машины, так и ее имя или синоним (alias). Как видно из примера, синонимов может быть много, и, кроме того, для разных IP-адресов может быть указано одно и то же имя.

Напомним еще раз, что по самому мнемоническому имени никакого доступа к ресурсу получить нельзя. Процедура использования имени заключается в следующем:

сначала по имени в файле hosts находят IP-адрес,
затем по IP-адресу устанавливают соединение с удаленным информационным ресурсом.

Обращения, приведенные ниже аналогичны по своему результату - инициированию сеанса telnet с машиной Apollo:

В локальных сетях файлы hosts используются достаточно успешно до сих пор. Практически все операционные системы от различных клонов Unix до Windows последних версий поддерживают эту систему соответствия IP-адресов именам хостов.

Однако такой способ использования символьных имен был хорош до тех пор, пока Интернет был маленьким. По мере роста Сети стало затруднительным держать большие согласованные списки имен на каждом компьютере. Главной проблемой стал даже не размер списка соответствий, сколько синхронизация его содержимого. Для того, что бы решить эту проблему, была придумана DNS.

DNS была описана Полом Мокапетрисом (Paul Mockapetris ) в 1984. Это два документа: RFC-882 и RFC-883 (Позже эти документы были заменены на RFC-1034 и RFC-1035). Пол Мокапетрис написал и реализацию DNS - программу JEEVES для ОС Tops-20. Именно на нее в RFC-1031 предлагается перейти администраторам машин с ОС Tops-20 сети MILNET. Не будем подробно излагать содержание RFC-1034 и RFC-1035. Ограничимся только основными понятиями.

Роль имени (доменного имени) в процессе установки соединения осталось прежним. Это значит, что главное, для чего оно нужно, - получение IP адреса. Соответственно этой роли, любая реализация DNS является прикладным процессом, который работает над стеком протоколов межсетевого обмена TCP/IP. Таким образом, базовым элементом адресации в сетях TCP/IP остался IP-адрес, а доменное именование (система доменных имен) выполняет роль вспомогательного сервиса.

Система доменных имен строится по иерархическому принципу. Точнее по принципу вложенных друг в друга множеств. Корень системы называется "root" (дословно переводится как "корень") и никак не обозначается (имеет пустое имя согласно RFC-1034).

Часто пишут, что обозначение корневого домена - символ ".", но это не так, точка - разделитель компонентов доменного имени, а т.к. у корневого домена нет обозначения, то полное доменное имя кончается точкой. Тем не менее символ "." достаточно прочно закрепился в литературе в качестве обозначения корневого домена. От части это вызвано тем, что в файлах конфигурации серверов DNS именно этот символ указывается в поле имени домена (поле NAME согласно RFC-1035) в записях описания ресурсов, когда речь идет о корневом домене.

Корень - это все множество хостов Интернет. Данное множество подразделяется на домены первого или верхнего уровня (top-level или TLD). Домен ru, например, соответствует множеству хостов российской части Интернет. Домены верхнего уровня дробятся на более мелкие домены, например, корпоративные.

В 80-е годы были определены первые домены первого уровня (top-level): gov, mil, edu, com, net. Позднее, когда сеть перешагнула национальные границы США появились национальные домены типа: uk, jp, au, ch, и т.п. Для СССР также был выделен домен su. После 1991 года, когда республики Союза стали суверенными, многие из них получили свои собственные домены: ua, ru, la, li, и т.п.

Однако Интернет не СССР, и просто так выбросить домен su из системы доменных имен нельзя. На основе доменных имен строятся адреса электронной почты и доступ ко многим другим информационным ресурсам Интернет. Поэтому гораздо проще оказалось ввести новый домен к существующему, чем заменить его.

Если быть более точным, то новых имен с расширением su в настоящее время ни один провайдер не выделяет (делегирует). Однако у многих существует желание возобновить процесс делегирования доменов в зоне SU.

Далее идут следующие уровни иерархии, которые могут быть закреплены либо за небольшими организациями, либо за подразделениями больших организаций.

Часть дерева доменного именования можно представить следующим образом:

Рис.1. Пример части дерева доменных имен.

Корень дерева не имеет имени метки. Поэтому его обозначают как "". Остальные узлы дерева метки имеют. Каждый из узлов соответствует либо домену, либо хосту. Под хостом в этом дереве понимают лист, т.е. такой узел ниже которого нет других узлов.

Именовать хост можно либо частичным именем, либо полным именем. Полное имя хоста - это имя, в котором перечисляются слева направо имена всех промежуточных узлов между листом и корнем дерева доменного именования, при этом начинают с имени листа, а кончают корнем, например:

Частичное имя - это имя, в котором перечислены не все, а только часть имен узлов, например:

polyn
apollo.polyn
quest.polyn.kiae

Обратите внимание на то, что в частичных (неполных именах) символ точки в конце имени не ставится. В реальной жизни программное обеспечение системы доменных имен расширяет неполные имена до полных прежде, чем обратиться к серверам доменных мен за IP-адресом.

Слово "Хост" не является в полном смысле синонимом имени компьютера, как это часто упрощенно представляется. Во-первых, у компьютера может быть множество IP-адресов, каждому из которых можно поставить в соответствие одно или несколько доменных имен. Во-вторых, одному доменному имени можно поставить в соответствие несколько разных IP-адресов, которые, в свою очередь могут быть закреплены за разными компьютерами.

Еще раз обратим внимание на то, что именование идет слева направо, от минимального имени хоста (от листа) к имени корневого домена. Разберем, например, полное доменное имя demin.polyn.kiae.su. Имя хоста - demin, имя домена, в который данный хост входит, - polyn, имя домена, который охватывает домен polyn, т.е. является более широким по отношению к polyn, - kiae, в свою очередь последний (kiae) входит в состав домена su.

Имя polyn.kiae.su - это уже имя домена. Под ним понимают имя множества хостов, у которых в их имени присутствует polyn.kiae.su. Вообще говоря, за именем polyn.kiae.su может быть закреплен и конкретный IP-адрес. В этом случае кроме имени домена данное имя будет обозначать и имя хоста. Такой прием довольно часто используется для обеспечения коротких и выразительных адресов в системе электронной почты.

Имена хоста и доменов отделяются друг от друга в этой нотации символом ".". Полное доменное имя должно оканчиваться символом ".", т.к. последняя точка отделяет пустое имя корневого домена от имени домена верхнего уровня. Часто в литературе и в приложениях эту точку при записи доменного имени опускают, используя нотацию неполного доменного имени даже в том случае, когда перечисляют все имена узлов от листа до корня доменного именования.

Следует иметь в виду, что доменные имена в реальной жизни достаточно причудливо отображаются на IP-адреса, а тем более на реальные физические объекты (компьютеры, маршрутизаторы, коммутаторы, принтеры и т.п.), которые подключены к сети.

Более того, один и тот же компьютер может иметь несколько доменных имен. Возможен вариант, когда за одним доменным именем может быть закреплено несколько IP-адресов, которые реально назначены различным серверам, обслуживающим однотипные запросы.
Таким образом, соответствие между доменными именами и IP-адресами в рамках системы доменных имен не является взаимно однозначным, а строится по схеме "многие к многим".

Несколько последних замечаний были призваны обратить внимание читателя на тот факт, что иерархия системы доменных имен строго соблюдается только в самих именах и отображает только вложенность именования и зоны ответственности администраторов соответствующих доменов.

Следует также упомянуть о канонических доменных именах. Это понятие встречается в контексте описания конфигураций поддоменов и зон ответственности отдельных серверов доменных имен. С точки зрения дерева доменных имена не разделяют на канонические и неканонические, но с точки зрения администраторов, серверов и систем электронной почты такое разделение является существенным. Каноническое имя - это имя, которому в соответствие явно поставлен IP-адрес, и которое само явно поставлено в соответствие IP-адресу. Неканоническое имя - это синоним канонического имени. Более подробно см. "настройка BIND".

Наиболее популярной реализацией системы доменных имен является Berkeley Internet Name Domain (BIND). Но эта реализация не единственная. Так в системе Windows NT 4.0 есть свой сервер доменных имен, который поддерживает спецификацию DNS.

Тем не менее, даже администраторам Windows желательно знать принципы функционирования и правила настройки BIND, т.к. именно это программное обеспечение обслуживает систему доменных имен от корня до TLD (Top Level Domain).

сначала по имени в файле hosts находят IP-адрес,
затем по IP-адресу устанавливают соединение с удаленным информационным ресурсом.

Обращения, приведенные ниже аналогичны по своему результату - инициированию сеанса telnet с машиной Apollo:

Со списком доменов первого уровня (top-level) и их типами можно ознакомиться, например, в материале "Общая информация о системе доменных имен".

Часть дерева доменного именования можно представить следующим образом:

Рис.1. Пример части дерева доменных имен.

Частичное имя - это имя, в котором перечислены не все, а только часть имен узлов, например:

polyn
apollo.polyn
quest.polyn.kiae

Более того, один и тот же компьютер может иметь несколько доменных имен. Возможен вариант, когда за одним доменным именем может быть закреплено несколько IP-адресов, которые реально назначены различным серверам, обслуживающим однотипные запросы. Таким образом, соответствие между доменными именами и IP-адресами в рамках системы доменных имен не является взаимно однозначным, а строится по схеме "многие к многим".

Являясь провайдером виртуальной инфраструктуры, компания 1cloud интересуется сетевыми технологиями, о которых мы регулярно рассказываем в своем блоге. Сегодня мы подготовили материал, затрагивающий тему доменных имен. В нем мы рассмотрим базовые аспекты функционирования DNS и вопросы безопасности DNS-серверов.

/ фото James Cridland CC

Изначально, до распространения интернета, адреса преобразовывались согласно содержимому файла hosts, рассылаемого на каждую из машин в сети. Однако по мере её роста такой метод перестал оправдывать себя – появилась потребность в новом механизме, которым и стала DNS, разработанная в 1983 году Полом Мокапетрисом (Paul Mockapetris).

Что такое DNS?

Система доменных имен (DNS) является одной из фундаментальных технологий современной интернет-среды и представляет собой распределенную систему хранения и обработки информации о доменных зонах. Она необходима, в первую очередь, для соотнесения IP-адресов устройств в сети и более удобных для человеческого восприятия символьных имен.

DNS состоит из распределенной базы имен, чья структура напоминает логическое дерево, называемое пространством имен домена. Каждый узел в этом пространстве имеет свое уникальное имя. Это логическое дерево «растет» из корневого домена, который является самым верхним уровнем иерархии DNS и обозначается символом – точкой. А уже от корневого элемента ответвляются поддоменые зоны или узлы (компьютеры).

Пространство имен, которое сопоставляет адреса и уникальные имена, может быть организовано двумя путями: плоско и иерархически. В первом случае имя назначается каждому адресу и является последовательностью символов без структуры, закрепленной какими-либо правилами. Главный недостаток плоского пространства имен – оно не может быть использовано в больших системах, таких как интернет, из-за своей хаотичности, поскольку в этом случае достаточно сложно провести проверку неоднозначности и дублирования.

Сопоставление имен

Также стоит пару слов сказать про процедуру обратного сопоставления – получение имени по предоставленному IP-адресу. Это происходит, например, при проверках сервера электронной почты. 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.

Кто управляет и поддерживает DNS-сервера?

Каждый из этих операторов предоставляет данную услугу бесплатно, а также обеспечивает бесперебойную работу, поскольку при отказе любого из этих серверов станут недоступны целые зоны интернета. Ранее корневые DNS-серверы, являющиеся основой для обработки всех запросов о доменных именах в интернете, располагались в Северной Америке. Однако с внедрением технологии альтернативной адресации они «распространились» по всему миру, и фактически их число увеличилось с 13 до 123, что позволило повысить надёжность фундамента DNS.

Например, в Северной Америке находятся 40 серверов (32,5%), в Европе – 35 (28,5%), еще 6 серверов располагаются в Южной Америке (4,9%) и 3 – в Африке (2,4%). Если взглянуть на карту, то DNS-серверы расположены согласно интенсивности использования интернет-инфраструктуры.

Защита от атак

Атаки на DNS – далеко не новая стратегия хакеров, однако только недавно борьба с этим видом угроз стала принимать глобальный характер.

«В прошлом уже происходили атаки на DNS-сервера, приводящие к массовым сбоям. Как-то из-за подмены DNS-записи в течение часа для пользователей был недоступен известный всем сервис Twitter, – рассказывает Алексей Шевченко, руководитель направления инфраструктурных решений российского представительства ESET. – Но куда опаснее атаки на корневые DNS-сервера. В частности, широкую огласку получили атаки в октябре 2002 года, когда неизвестные пытались провести DDoS-атаку на 10 из 13 DNS-серверов верхнего уровня».

Одним из вариантов может служить технология uRPF (Unicast Reverse Path Forwarding), идея которой заключается в определении того, может ли пакет с определенным адресом отправителя быть принят на конкретном сетевом интерфейсе. Если пакет получен с сетевого интерфейса, который используется для передачи данных, адресованных отправителю этого пакета, то пакет считается прошедшим проверку. В противном случае он отбрасывается.

Несмотря на то что, данная функция может помочь обнаружить и отфильтровать некоторую часть поддельного трафика, uRPF не обеспечивает полную защиту от подмены. uRPF предполагает, что прием и передача данных для конкретного адреса производится через один и тот же интерфейс, а это усложняет положение вещей в случае нескольких провайдеров. Более подробную информацию о uRPF можно найти здесь.

Еще один вариант – использование функции IP Source Guard. Она основывается на технологии uRPF и отслеживании DHCP-пакетов для фильтрации поддельного трафика на отдельных портах коммутатора. IP Source Guard проверяет DHCP-трафик в сети и определяет, какие IP-адреса были назначены сетевым устройствам.

После того как эта информация была собрана и сохранена в таблице объединения отслеживания DHCP-пакетов, IP Source Guard может использовать ее для фильтрации IP-пакетов, полученных сетевым устройством. Если пакет получен с IP-адресом источника, который не соответствует таблице объединения отслеживания DHCP-пакетов, то пакет отбрасывается.

Также стоит отметить утилиту dns-validator, которая наблюдает за передачей всех пакетов DNS, сопоставляет каждый запрос с ответом и в случае несовпадения заголовков уведомляет об этом пользователя. Подробная информация доступна в репозитории на GitHub.

Заключение

Постоянно ведутся работы по повышению надежности, чтобы сделать систему менее чувствительной к сбоям (стихийные бедствия, отключения электросети и т. д.), и это очень важно, поскольку интернет стал неотъемлемой частью нашей жизни, и «терять» его, даже на пару минут, совершенно не хочется.

Кстати, компания 1cloud предлагает своим пользователям VPS бесплатную услугу «DNS-хостинг» – инструмент, упрощающий администрирование ваших проектов за счет работы с общим интерфейсом для управления хостами и ссылающимися на них доменами.

Внимательный читатель найдет на этой картинке IPv6

Люди часто озадачены доменами. Почему мой сайт не работает? Почему эта хрень поломана, ничего не помогает, я просто хочу, чтобы это работало! Обычно, вопрошающий или не знает про DNS, или не понимает фундаментальных идей. Для многих DNS — страшная и непонятная штука. Эта статья — попытка развеять такой страх. DNS — это просто, если понять несколько базовых концепций.

Что такое DNS

DNS расшифровывается как Domain Name System. Это глобальное распределенное хранилище ключей и значений. Сервера по всему миру могут предоставить вам значение по ключу, а если им неизвестен ключ, то они попросят помощи у другого сервера.

Базовые штуки

Давайте взглянем на маппинг между именем и адресом:

Команда dig это такой швейцарский армейский нож для DNS-запросов. Крутой, многофункциональный инструмент. Вот первая часть ответа:

Здесь есть только одна интересная деталь: информация о самом запросе. Говорится, что мы запросили запись и получили ровно один ответ. Вот:

dig по-умолчанию запрашивает A -записи. A это address (адрес), и это один из фундаментальных видов записей в DNS. A содержит один IPv4 -адрес. Есть эквивалент для IPv6 -адресов — AAAA . Давайте взглянем на ответ:

Тут говорится, что у хоста web01.bugsplat.info. есть один адрес A : 192.241.250.244 . Число 300 это TTL , или time to live (время жизни). Столько секунд можно держать значение в кэше до повторной проверки. Слово IN означает Internet . Так сложилось исторически, это нужно для разделения типов сетей. Подробнее об этом можно почитать в документе IANA's DNS Parameters.

Оставшаяся часть ответа описывает сам ответ:

В частности, здесь говорится, как долго сервер откликался, какой у сервера IP-адрес ( 192.168.1.1 ), на какой порт стучался dig ( 53 , DNS-порт по-умолчанию), когда запрос был завершен и сколько байтов было в ответе.

Как видите, при обычном DNS-запросе происходит куча всего. Каждый раз, когда вы открываете веб-страницу, браузер делает десятки таких запросов, в том числе для загрузки всех внешних ресурсов вроде картинок и скриптов. Каждый ресурс отвечает за минимум один новый DNS-запрос, и если бы DNS не был рассчитан на сильное кэширование, то трафика генерировалось бы очень много.

Но в этом примере не видно, что DNS-сервер 192.168.1.1 связался с кучей других серверов чтобы ответить на простой вопрос: «куда указывает адрес web01.bugsplat.info ?». Давайте запустим трейс чтобы узнать о всей возможной цепочке, которую пришлось бы пройти dig 'у, если бы информация не был закэширована:

Информация выводится в иерархической последовательности. Помните как dig вставил точку . после хоста, web01.bugsplat.info ? Так вот, точка . это важная деталь, и она означает корень иерархии.

Корневые DNS-сервера обслуживаются различными компаниями и государствами по всему миру. Изначально их было мало, но интернет рос, и сейчас их 13 штук. Но у каждого из серверов есть десятки или сотни физических машин, которые прячутся за одним IP.

Итак, в самом верху трейса находятся корневые сервера, каждый определен с помощью NS- записи. NS -запись связывает доменное имя (в данном случае, корневой домен) с DNS-сервером. Когда вы регистрируете доменное имя у регистратора типа Namecheap или Godaddy, они создают NS -записи для вас.

В следующем блоке видно, как dig выбрал случайный корневой сервер, и запросил у него A -запись для web01.bugsplat.info . Видно только IP-адрес корневого сервера ( 192.5.5.241 ). Так какой именно корневой сервер это был? Давайте узнаем!

Возвращаясь к нашему начальному запросу: корневой сервер F вернул другой набор NS -серверов. Он отвечает за домен верхнего уровня info . dig запрашивает у одного из этих серверов запись A для web01.bugsplat.info , и получает в ответ еще один набор NS -серверов, и потом запрашивает у одного из этих серверов запись A для web01.bugsplat.info. . И, наконец, получает ответ!

Уф! Сгенерировалось бы много трафика, но почти все эти записи были надолго закэшированы каждым сервером в цепочке. Ваш компьютер тоже кэширует эти данные, как и ваш браузер. Чаще всего DNS-запросы никогда не доходят до корневых серверов, потому что их IP-адреса почти никогда не изменяются («Наверно все таки речь идет о большом TTL для записей в их базе. Если у DNS сервера IP адрес вообще ни разу не изменялся, то это не означает, что его база навечно закеширована» — прим. от rrrav). Домены верхнего уровня com , net , org , и т.д. тоже обычно сильно закэшированы.

Другие типы

Заметьте, что MX -запись указывает на имя, а не на IP-адрес.

Еще один тип, который вам скорее всего знаком, это CNAME . Расшифровываетя как Canonical Name (каноническое имя). Он связывает одно имя с другим. Давайте посмотрим на ответ:

Что не так с CNAME

Записи CNAME очень полезны, но есть важный момент: если есть CNAME с каким-то именем, то нельзя создать другую запись с таким же именем. Ни MX , ни A , ни NS , ничего.

Запросы к другим серверам

Давайте представим, что конфигурация DNS испорчена. Вам кажется, что вы исправили проблему, но не хотите ждать когда обновится кэш чтобы удостовериться. С помощью dig можно сделать запрос к публичному DNS-серверу вместо своего дефолтного, вот так:

Символ @ с IP-адресом или хостом заставляет dig прозводить запрос к указанному серверу через порт по-умолчанию. Можно использовать публичный DNS-сервер Гугла или почти-публичный-сервер Level 3 по адресу 4.2.2.2 .

Типичные ситуации

Давайте рассмотрим типичные ситуации, знакомые многим веб-разработчикам.

Редирект домена на www

CNAME для Heroku или Github

С Github похожая история, но там нужно создать специальный файл в корне репозитория, и назвать его CNAME . См. документацию.

Wildcards

Большинство DNS-серверов поддерживают шаблоны (wildcards). Например, есть wildcard CNAME для *.web01.bugsplat.info указывает на web01.bugsplat.info . Тогда любой хост на web01 будет указывать на web01.bugsplat.info и не нужно создавать новые записи:

Заключение

Надеюсь, теперь у вас есть базовое понимание DNS. Все стандарты описаны в документах:

Есть еще пара интересных RFC, в том числе 4034, который описывает стандарт DNSSEC и 5321, который описывает взаимосвязь DNS и email. Их интересно почитать для общего развития.

Читайте также: