Объясните, как работает DNS (Domain Name System) и ее роль в доступности веб-сервисов. Опишите процесс доступа к веб-сайту по его доменному имени с максимальной подробностью. Например, "maps.google.com". Предположим, что мы используем операционную систему на базе Linux для браузера.

Подсказки:

• Что такое домен и из каких частей он состоит?
• Подумайте, как DNS преобразует доменные имена в IP-адреса.
• Учтите иерархическую структуру с различными серверами DNS (корневые, TLD, авторитетные для зоны).
• Что происходит, когда вы вводите URL в браузере? Опишите рекурсивный поток запросов через различные зоны DNS.

Выше ожиданий:

• Механизмы кэширования DNS и TTL (Time to Live, Время жизни).
• Итеративное против рекурсивного разрешения DNS.
• DNSSEC.
• Типы записей DNS (A, AAAA, CNAME, MX и т. д.).

Domain Name System (DNS) — это распределённая система именования, которая преобразует понятные человеку доменные имена (например, google.com) в понятные компьютеру IP-адреса (например, 192.168.1.1). Это преобразование необходимо для доступа к веб-сервисам, поскольку сетевые устройства общаются с помощью IP-адресов, а не доменных имён.

Полный путь к домену maps.google.com выглядит так: maps.google.com.. Точка обозначает корень DNS системы. Пример:

• . — корень системы DNS
• com. — зона второго уровня, управляемая ICANN
• google.com — домен третьего уровня, управляемая компанией Google
• maps.google.com — домен четвёртого уровня в зоне google.com..

Процесс преобразования DNS домена

Когда пользователь вводит "google.com" в браузере на системе Linux, происходят следующие шаги:

1. Проверка локального кэша DNS: Браузер сначала проверяет, есть ли домен в локальном кэше DNS:

   • Кэш на уровне операционной системы (например, в Linux — кэш NSS)
   • Собственный кэш DNS браузера

2. Системный резолвер: Если домен не найден в кэше, системный резолвер (настроенный в /etc/resolv.conf) проверяет локальную конфигурацию хостов (/etc/hosts) и обращается к настроенному резолверу DNS (обычно предоставляемому интернет-провайдером или сервисами, такими как 8.8.8.8 от Google).

3. Рекурсивное разрешение: Резолвер DNS выполняет рекурсивное разрешение через иерархию DNS. Список вызовов, когда кэши DNS-серверов пусты:

   а. Корневые DNS-серверы: Запрос начинается с одного из 13 логических кластеров корневых серверов (если у DNS-сервера провайдера нет кэшированного записей).

   б. Серверы TLD (домен верхнего уровня): Корневые серверы направляют запрос к серверам TLD, управляющим доменами, такими как .com, .org, .net.

   в. Авторитетные DNS-серверы: Серверы TLD направляют запрос к авторитетным серверам для конкретного домена, в данном случае для зоны google.com.

   г. Возвращение ответа: Авторитетный сервер возвращает запрашиваемую DNS-запись.

   е. (ВЫШЕ ОЖИДАНИЙ) DNS-клиент (обычно внутри ОС) использует NS-запросы для получения списка авторитетных DNS-серверов для зоны. Пример использования утилиты dig:

   ❯ dig +short NS com.
   l.gtld-servers.net.
   f.gtld-servers.net.
   b.gtld-servers.net.
   ...
   
   ❯ dig +short NS google.com.
   ns4.google.com.
   ns3.google.com.
   ns1.google.com.
   ns2.google.com.
   

   Запросы выполняются следующим образом:

   dig → DNS-сервер провайдера → кэш ИЛИ Авторитетные серверы → IP-адрес, возвращённый пользователю
   

Пример пути резолва DNS

Обычный путь:

Пользователь → Локальный кэш → Системный резолвер → DNS-сервер провайдера → Авторитетные серверы google.com → IP-адрес, возвращённый пользователю

Используется, когда DNS-сервер провайдера не имеет записи в своём кэше о корневом домена

Пользователь → Локальный кэш → Системный резолвер → DNS-сервер провайдера → Корневые серверы → 
Серверы TLD .com → Авторитетные серверы google.com → IP-адрес, возвращённый пользователю

ВЫШЕ ОЖИДАНИЙ

Типы записей DNS

• A-запись: Сопоставляет доменное имя с IPv4-адресом
• AAAA-запись: Сопоставляет доменное имя с IPv6-адресом
• CNAME: Создаёт псевдоним, указывающий на другой домен
• MX: Указывает почтовые серверы для домена
• TXT: Хранит текстовую информацию (часто используется для проверки)
• NS: Указывает авторитетные серверы имен
• SOA: Указывает информацию о зоне

Кэширование и TTL

DNS использует кэширование на нескольких уровнях для повышения производительности:

• Каждая DNS-запись имеет значение TTL (Time To Live), указывающее, как долго её можно кэшировать
• Кэширование происходит в браузерах, операционных системах и DNS-резолверах
• Более низкие значения TTL обеспечивают более быстрое распространение изменений, но увеличивают трафик DNS.

Итеративное против рекурсивного разрешения

• Рекурсивное разрешение: Резолвер DNS выполняет всю работу и возвращает только окончательный ответ клиенту
• Итеративное разрешение: Резолвер получает ссылки на другие серверы и должен сам следовать цепочке.

DNSSEC (DNS Security Extensions)

DNSSEC добавляет безопасность в DNS, обеспечивая:

• Аутентификацию для проверки того, что данные DNS не были изменены
• Целостность данных с помощью цифровых подписей
• Отсутствие шифрования данных DNS, он фокусируется на подлинности