Ключевые характеристики dns

DNS обладает следующими характеристиками:

• распределённостъ хранения информации. Каждый узел сети в обязательном порядке должен хранить только те данные, которые входят в его зону ответственности и (возможно) адреса корневых DNS-cepвepов.

• квитирование информации. Узел может хранить некоторое количество данных не из своей зоны ответственности для уменьшения нагрузки на сеть.

• иерархическая структура, в которой все узлы объединены в дерево, и каждый узел может или самостоятельно определять работу нижестоящих узлов, или делегировать (передавать) их другим узлам.

• резервирование. За хранение и обслуживание своих узлов (зон) отвечают (обычно) несколько серверов, разделённые как физически, так и логически, что обеспечивает сохранность данных и продолжение работы даже в случае сбоя одного из узлов.

Терминология и принципы работы

Ключевыми понятиями DNS являются:

•Зона — логический узел в дереве имён. Право администрировать зону может быть передано третьим лицам, за счёт чего обеспечивается распределённость базы данных. При этом персона, передавшая право на управление в своей базе данных хранит информацию только о существовании зоны (но не подзон!), информацию о персоне (организации), управляющей зоной и адрес серверов, которые отвечают за зону. Вся дальнейшая информация хранится уже на серверах, ответственных за зону.

•Домен — название зоны в системе доменных имён (DNS) Интернета, выделенной какой-либо стране, организации или для иных целей. Структура доменного имени отражает порядок следования зон в иерархическом виде; доменное имя читается справа налево (в порядке убывания значимости), корневым доменом всей системы является точка ('.'), следом идут домены первого уровня (географические или тематические), затем -домены второго уровня, третьего и т.д. (например, для адреса ru. wikipedia. org домен первого уровня — org, второго wikipedia, третьего ru). На практике точку в конце имени часто опускают, но она бывает важна в случаях разделения между относительными доменами и FQDN (англ. Fully Qualifed Domain Name, полностью определённое имя домена).

•Поддомен — имя подчинённой зоны, (например, wikipedia. org — поддомен домена org, a ru. wikipedia. org — домена wikipedia. org). Теоретически такое деление может достигать глубины 127 уровней, а каждая метка может содержать до 63 символов, пока

общая длина вместе с точками не достигнет 254 символов. Но на практике регистраторы доменных имён используют более строгие ограничения.

•DNS-сервер — специализированное ПО для обслуживания DNS. DNS-сервер может быть ответственным за некоторые зоны и/или может перенаправлять запросы вышестоящим серверам.

•DNS-запрос (англ. DNS query) — запрос от клиента (или сервера) серверу. Запрос может быть рекурсивным или нерекурсивным. Нерекурсивный запрос либо возвращает данные о зоне, которая находится в зоне ответственности DNS-сервера (который получил запрос) или возвращает адреса корневых серверов (точнее, адрес любого сервера, который обладает большим объёмом информации о запрошенной зоне, чем отвечающий сервер). В случае рекурсивного запроса сервер опрашивает сервера (в порядке убывания уровня зон в имени), пока не найдёт ответ или не обнаружит, что домен не существует. На практике поиск начинается с наиболее близких к искомому DNS-серверов, если информация о них есть в кеше и не устарела, сервер может не запрашивать DNS-сервера). Рекурсивные запросы требуют больше ресурсов от сервера (и создают больше трафика), так что обычно принимаются от "известных" владельцу сервера узлов (например, провайдер предоставляет возможность делать рекурсивные запросы только своим клиентам, в корпоративной сети рекурсивные запросы принимаются только из локального сегмента). Нерекурсивные запросы обычно принимаются ото всех узлов сети (и осмысленный ответ даётся только на запросы о зоне, которая размещена на узле, на DNS-запрос о других зонах обычно возвращаются адреса корневых серверов).

Система DNS содержит иерархию серверов DNS. Каждый домен или поддомен поддерживается как минимум одним авторитетным сервером DNS (от англ. authoritative — авторитетный, заслуживающий доверия; в Рунете применительно к DNS и серверам имен часто употребляют и другие варианты перевода: авторизированный, авторитативный), на котором расположена информация о домене. Иерархия серверов DNS совпадает с иерархией доменов.

Имя хоста и IP-адрес не тождественны — хост с одним IP-адресом может иметь множество имён, что позволяет поддерживать на одном компьютере множество вебсайтов (это называется виртуальный хостинг). Обратное тоже справедливо — одному имени может быть сопоставлено множество хостов: это позволяет создавать балансировку нагрузки. С третьей стороны, бывают реально работающие IP-адреса, которым не соответствует никакое имя.

Для повышения устойчивости системы используется множество серверов, содержащих идентичную информацию. Существует 13 корневых серверов, расположенных по всему миру и привязанных к своему региону, их адреса никогда не меняются, а информация о них есть в любой операционной системе.

Корневые серверы DNS — это серверы DNS, содержащие информацию о Доменах верхнего уровня, конкретнее — указатели на серверы DNS, поддерживающие работу каждого из этих доменов. Основные корневые серверы DNS обозначаются латинскими буквами от А до М. Они управляются различными организациями, действующими по согласованию с ICANN. Количество серверов ограничено в связи с максимальным объёмом UDP-пакета (большее количество серверов потребовало бы перехода на ТСР-протокол для получения ответа, что существенно бы увеличило нагрузку).

У многих корневых серверов DNS существуют зеркала.

Дополнение 1

Схема работы DNS

На раннем этапе развития Интернета на каждом хосте вручную создавался текстовый файл с известным именем hosts.txt. Этот файл состоял из некоторого количества строк, каждая из которых содержала одну пару «доменное имя — IP-адрес», например:

rhino.acme.com — 102.54.94.97.

По мере роста Интернета файлы hosts.txt также увеличивались в объеме, и созда­ние масштабируемого решения для разрешения имен стало необходимостью.

Таким решением стала централизованная служба DNS (Domain Name System — система доменных имен), основанная на распределенной базе отображений "доменное имя — IP-адрес". Служба DNS использует в своей работе DNS-серверы и DNS-клиенты. DNS-серверы поддерживают распределенную базу отображений, а DNS-клиенты обращаются к серверам с запросами о разрешении доменного имени в IP-адрес.

Служба DNS использует текстовые файлы почти такого формата, как и файл hosts, и эти файлы администратор также подготавливает вручную. Однако служ­ба DNS опирается на иерархию доменов, и каждый сервер службы DNS хранит только часть имен сети, а не все имена, как это происходит при использовании файлов hosts. При росте количества узлов в сети проблема масштабирования ре­шается созданием новых доменов и поддоменов имен и добавлением в службу DNS новых серверов.

Для каждого домена имен создается свой DNS-сервер. Имеется два распределе­ния имен на серверах. В первом случае сервер может хранить отображения «до­менное имя — IP-адрес» для всего домена, включая все его поддомены. Однако такое решение оказывается плохо масштабируемым, так как при добавлении но­вых поддоменов нагрузка на этот сервер может превысить его возможности. Чаще используется другой подход, когда сервер домена хранит только имена, которые заканчиваются на следующем ниже уровне иерархии по сравнению с именем домена. (Аналогично каталогу файловой системы, который содержит записи о файлах и подкаталогах, непосредственно в него «входящих».) Именно при такой организации службы DNS нагрузка по разрешению имен распределяется более-менее равномерно между всеми DNS-серверами сети. Например, в первом случае DNS-сервер домена mmt.ru будет хранить отображения для всех имен, заканчи­вающихся на mmt.ru (www1.zil.mmt.ru, ftp.zil.mmt.ru, mail.mmt.ru и т. д.). Во втором случае этот сервер хранит отображения только имен типа mail.mmt.ru, www.mmt.ru, а все остальные отображения должны храниться на DNS-сервер'е поддомена zil.

Каждый DNS-сервер помимо таблицы отображений имен содержит ссылки на DNS-серверы своих поддоменов. Эти ссылки связывают отдельные DNS-серверы в единую службу DNS. Ссылки представляют собой IP-адреса соответствующих серверов. Для обслуживания корневого домена выделено несколько дублирую­щих друг друга DNS-серверов, IP-адреса которых являются широко известными (их можно узнать, например, в InterNIC).

Процедура разрешения DNS-имени во многом аналогична процедуре поиска фай­ловой системой адреса файла по его символьному имени. Действительно, в обо­их случаях составное имя отражает иерархическую структуру организации соот­ветствующих справочников — каталогов файлов или DNS-таблиц. Здесь домен и доменный DNS-сервер являются аналогом каталога файловой системы. Для до­менных имен, так же как и для символьных имен файлов, характерна независи­мость именования от физического местоположения.

Процедура поиска адреса файла по символьному имени заключается в последо­вательном просмотре каталогов, начиная с корневого. При этом предварительно проверяются кэш и текущий каталог. Для определения IP-адреса по доменному имени также необходимо просмотреть все DNS-серверы, обслуживающие цепоч­ку поддоменов, входящих в имя хоста, начиная с корневого домена.

Существенным отличием файловой системы от службы DNS является то, что первая расположена на одном компьютере, а вторая по своей природе является распределенной.

Существует две основные схемы разрешения DNS-имен. В первом варианте ра­боту по поиску IP-адреса координирует DNS-клиент.

1. DNS-клиент обращается к корневому DNS-серверу с указанием полного до­менного имени.

2. DNS-сервер отвечает клиенту, указывая адрес следующего DNS-сервера, об­служивающего домен верхнего уровня, заданный в следующей старшей части запрошенного имени.

3. DNS-клиент делает запрос следующего DNS-сервера, который отсылает его к DNS-серверу нужного поддомена и т. д., пока не будет найден DNS-сервер, в котором хранится соответствие запрошенного имени IP-адресу. Этот сервер дает окончательный ответ клиенту.

Такая процедура разрешения имени называется нерекурсивной, когда клиент сам итеративно выполняет последовательность запросов к разным серверам имен. Эта схема загружает клиента достаточно сложной работой, и она применяется редко.

Во втором варианте реализуется рекурсивная процедура.

1. DNS-клиент запрашивает локальный DNS-сервер, то есть тот сервер, обслу­живающий поддомен, которому принадлежит имя клиента.

2. Далее возможны два варианта действий.

• если локальный DNS-сервер знает ответ, то он сразу же возвращает его клиенту (это может произойти, когда запрошенное имя входит в тот же поддомен, что и имя клиента, или когда сервер уже узнавал данное соот­ветствие для другого клиента и сохранил его в своем кэше);

• если локальный сервер не знает ответ, то он выполняет итеративные за­просы к корневому серверу и т. д. точно так же, как это делал клиент в предыдущем варианте, а получив ответ, передает его клиенту, который все это время просто ждет его от своего локального DNS-сервера.

В этой схеме клиент перепоручает работу своему серверу, поэтому схема назы­вается косвенной, или рекурсивной. Практически все DNS-клиенты используют рекурсивную процедуру.

Для ускорения поиска IP-адресов DNS-серверы широко применяют кэширова­ние проходящих через них ответов. Чтобы служба DNS могла оперативно отра­батывать изменения, происходящие в сети, ответы кэшируются на относительно короткое время — обычно от нескольких часов до нескольких дней.