Co to jest serwer główny DNS?

Gdy wpisujesz adres strony w przeglądarce, komputer musi znaleźć odpowiedni adres IP, aby się połączyć. Proces ten rozpoczyna się od zapytania do resolwera DNS, zazwyczaj obsługiwanego przez dostawcę usług internetowych. Jeśli resolver nie umieści odpowiedzi w pamięci cache, skontaktuje się z serwerem głównym.

Serwer root nie zna dokładnego adresu szukanej strony, ale wie, który serwer jest odpowiedzialny za TLD danego adresu.

Następnie przekierowuje resolver na odpowiedni serwer TLD (Top-Level Domain). Następnie resolver kieruje się w hierarchii DNS, aż do autorytatywnego serwera nazw, który przechowuje rzeczywisty adres IP strony.

Znaczenie serwerów DNS Root

Bez serwerów DNS root sieć nie działałaby tak, jak znamy. Serwery te są pierwszym kontaktem odpowiedzialnym za zapytania dotyczące nazwy domeny i są niezbędne do utrzymania struktury i funkcjonalności globalnego systemu DNS.

Podsumowując, serwery DNS root tworzą szkielet nawigacji internetowej, prowadząc resolwery przez hierarchiczną strukturę DNS. Umożliwiają one użytkownikom dostęp do stron internetowych dzięki efektywnemu i niezawodnemu tłumaczeniu domen na adresy IP.

Tutaj sprawy stają się nieco trudne. Powszechnie uważa się, że istnieje 13 serwerów DNS root, jednak fakty są bardziej złożone.

Z technicznego punktu widzenia strefa posiada 13 nazw organów, oznaczonych literami A do M. Każda z nich to nie jeden serwer, lecz sieć serwerów rozmieszczonych na całym świecie. Jest to kluczowe dla redundancji i odporności. Jeśli jeden serwer nie działa, inne mogą zwiększyć jego stabilność.

Ile jest fizycznych serwerów? W listopadzie 2024 roku istnieje na całym świecie ponad 1750 instancji serwerów root, obsługiwanych przez 12 niezależnych organizacji. Liczba ta stale się zmienia w miarę jak firmy dodają lub modernizują swoją infrastrukturę.

Dlaczego tylko 13 nazwanych instytucji?

Ograniczenie to wynika z pierwotnego wyglądu protokołu DNS oraz z ograniczeń rozmiaru pakietów IPv4. Każdemu organowi został początkowo przypisany jeden adres IPv4, a protokół mógł obsłużyć ograniczoną specyfikację w ramach jednego pakietu.

Jednak wraz z pojawieniem się IPv6 ograniczenie to staje się mniej istotne. Każdy serwer root dysponuje teraz adresami v4 i v6, co pozwala na większą elastyczność i przyszłą rozbudowę.

Liczba "13" jest często związana z serwerami DNS root, jednak należy pamiętać, że oznacza ona nazwane autorytety, a nie poszczególne maszyny. Rzeczywista liczba fizycznych serwerów jest znacznie większa i stale rośnie, aby zapewnić stabilność i odporność infrastruktury internetowej.

Kto zarządza serwerami root DNS i nimi zarządza?

Zarządzanie serwerami DNS root i ich eksploatacja to efekt współpracy kilku organizacji o odrębnych rolach. Oto szczegóły dotyczące kluczowych graczy.

IANA odgrywa kluczową rolę w koordynowaniu strefy głównej DNS i jest odpowiedzialna za utrzymanie pliku strefy głównej, który zawiera dane o wszystkich domenach najwyższego poziomu i odpowiadających im autorytatywnych serwerach nazw.

IANA nadzoruje zmiany w strefie głównej, a wszelkie dodatki lub modyfikacje w strefie głównej, takie jak dodawanie nowych TLD, muszą zostać zatwierdzone i wdrożone przez IANA. IANA przydziela 13 nazwanych urzędów różnym organizacjom odpowiedzialnym za obsługę instancji serwera root.

Dwanaście niezależnych organizacji obsługuje fizyczne maszyny, z których składa się 13 nazwanych organów. Do organizacji tych należą:

• Weryfikacja: Działa na dwóch serwerach autorytatywnych (A i J).
• University of Southern California - Information Sciences Institute (USC-ISI): Zarządza serwerem B.
• Cogent Communications: Zarządza serwerem C.
• University of Maryland: Zarządza serwerem DNS.
• NASA (Ames Research Center): Zarządza serwerem głównym E.
• Internet Systems Consortium (ISC): Używa serwera F.
• Departament Obrony USA (NIC): Zarządza serwerem G.
• Armia Stanów Zjednoczonych (laboratorium badawcze): Zarządza serwerem dedykowanym H.
• Netnod: Zarządza serwerem IP.
• NCC RIPE: Zarządza serwerem w Wielkiej Brytanii.
• ICANN: Zarządza serwerem L.
• Projekt WIDE: Zarządza serwerem M.

Do zadań tych organizacji należy:

• Wdrażanie i konserwacja fizycznych serwerów: Jak zapewnić bezpieczeństwo, niezawodność i wystarczającą pojemność maszyn do obsługi zapytań DNS.
   
• Implementacja routingu anycast: Technika ta pozwala wielu maszynom znajdującym się w różnych lokalizacjach na współdzielenie tego samego adresu IP, rozdzielając ruch i zwiększając redundancję.
   
• Współpraca z IANA i innymi operatorami: Do zapewnienia płynnego i stabilnego działania globalnego systemu DNS root.

Zarządzanie serwerami DNS należy do współodpowiedzialności IANA, która czuwa nad strefą główną, oraz dwunastu niezależnych organizacji, które zarządzają infrastrukturą serwerów fizycznych. To zdecentralizowane podejście zapewnia stabilność i odporność tego krytycznego komponentu.

1. Plik Wskazówek Dotyczących Katalogu Głównego

Większość resolwerów DNS jest wstępnie skonfigurowana z plikiem "wskazówek root". Ten plik zawiera listę 13 nazwanych urzędów dla strefy głównej i odpowiadających im adresów IP. Pomyśl o niej jak o wbudowanej książce adresowej dla katalogu najwyższego poziomu w Internecie.

Najczęściej jest to możliwe dzięki programowi resolver lub dostawcy usług. Daje on resolwerowi punkt początkowy dla każdego zapytania DNS, które wymaga kontaktu z serwerem głównym.

2. Sprawdzanie i aktualizowanie

Plik ze wskazówkami zawiera informacje początkowe, jednak konieczne jest jego aktualizowanie. Główne adresy IP mogą się zmieniać, a nowe maszyny mogą być dodawane do sieci.

Aby zapewnić dokładność, resolwery przeprowadzają proces zwany "priming". Podczas uruchamiania procesu łączy się on z jedną z maszyn wymienionych w pliku ze wskazówkami i żąda bieżącego pliku strefy głównej. Ten plik zawiera najbardziej aktualne informacje o wszystkich serwerach głównych.

Następnie resolver porównuje te informacje z istniejącym plikiem wskazówek i odpowiednio je aktualizuje. Dzięki temu w procesie zawsze znajdują się poprawne adresy serwerów głównych.

3. Routing Anycast

Kolejnym czynnikiem ułatwiającym wyszukiwanie serwerów root jest routing anycast. Jak wspomniano wyżej, każda nazwana instytucja to sieć maszyn rozmieszczonych na całym świecie. Technologia Anycast pozwala tym serwerom na współdzielenie tego samego adresu IP.

Gdy resolver wysyła zapytanie na adres IP serwera głównego, infrastruktura routingu Internetu automatycznie przekierowuje je na najbliższy dostępny serwer. Pozwala to na zwiększenie wydajności poprzez zmniejszenie opóźnień i zwiększenie odporności dzięki udostępnieniu wielu punktów dostępu.

resolwery DNS odnajdują serwery root dzięki połączeniu wstępnie skonfigurowanych plików wskazówek, dynamicznych aktualizacji z pliku strefy i routingu anycast. Dzięki temu resolwery mogą skutecznie i niezawodnie lokalizować serwery główne, które są niezbędne do poruszania się w rozległym Internecie.

Rekordy DNS działają podobnie jak indywidualne wpisy w obszernej internetowej książce telefonicznej, z których każdy dostarcza konkretnych informacji o domenie. Istnieją różne rodzaje wpisów DNS, z których każdy służy do innego celu.

Rekordy na przykład mapują nazwę na odpowiadający im adres IPv4, podczas gdy rekordy AAAA robią to samo w przypadku adresów IPv6. Rekordy CNAME tworzą natomiast aliasy, dzięki którym jedna nazwa może się wskazywać na inną. MX jest niezbędny w przypadku komunikacji przez e-maile, ponieważ określają one maszyny odpowiedzialne za obsługę e-maili dla danej domeny. 

Rekordy DNS identyfikują autorytatywne serwery nazw, na których przechowywane są kompletne informacje DNS domeny. Z kolei rekordy TXT mogą przechowywać różne rodzaje danych tekstowych, często używanych do zabezpieczania lub weryfikacji wiadomości e-mail.

Chociaż root machine nie przechowuje tych indywidualnych wpisów, są one kluczowe w kierowaniu resolwerów do właściwej lokalizacji w celu ich znalezienia.

Gdy maszyna wysyła zapytanie do maszyny głównej dla domeny, serwer root odpowiada adresem odpowiedniego serwera najwyższego poziomu (TLD). resolver kontynuuje wyszukiwanie w hierarchii DNS, ostatecznie docierając do autorytatywnego serwera nazw, na którym przechowywane są dane DNS domeny.

Serwery DNS, ze względu na ich kluczową rolę w infrastrukturze sieciowej, są atrakcyjnym celem dla złośliwych podmiotów. Aby je chronić, stosowane jest wielowarstwowe podejście do bezpieczeństwa.

DNSSEC, inaczej DNSSEC Domain Name System Security Extensions, to technologia pozwalająca na dodawanie podpisów cyfrowych do rekordów DNS. Umożliwia to weryfikację autentyczności i integralności danych oraz zapobiega atakom, takim jak fałszowanie DNS, gdzie atakujący próbują przekierować użytkowników na fałszywe strony.

Routing Anycast dodatkowo zwiększa bezpieczeństwo, ponieważ rozdziela ruch na wiele maszyn z tym samym adresem IP, co utrudnia atakującym dotarcie do pojedynczego punktu awarii. 

Operatorzy serwerów root wdrażają również skuteczne środki mające na celu mitygację ataków rozproszonej odmowy dostępu do usługi (DDoS), które mają na celu przeciążenie maszyn dużą liczbą ruchu.  Bezpieczeństwo fizyczne ma kluczowe znaczenie, ponieważ infrastruktury są hostowane w bezpiecznych obiektach z ograniczonym dostępem i rygorystycznymi środkami ochrony fizycznej.

Stabilność i bezpieczeństwo serwerów DNS root ma dalekosiężne konsekwencje dla ekosystemu sieci. W przypadku awarii dużej liczby serwerów root, dostęp do Internetu może zostać zakłócony.

Strony WWW mogą być niedostępne, komunikacja za pośrednictwem poczty elektronicznej może zostać przerwana, a usługi online mogą doświadczyć powszechnych awarii. Jednak rozproszona natura serwerów root w połączeniu z routingiem anycast zapewnia wysoki poziom redundancji, minimalizując ryzyko całkowitej awarii. 

Zarządzanie strefą główną, nadzorowane przez organizacje takie jak ICANN, ma również istotne znaczenie dla zarządzania. Decyzje o dodaniu nowych TLD lub zmianie operatora serwera root mogą mieć wpływ na kwestie takie jak wolność sieci, cenzura i współpraca międzynarodowa.

Zapewnienie neutralności i stabilności strefy korzeniowej jest niezbędne dla utrzymania wolnego i otwartego Internetu.

Patrząc w przyszłość, nowe technologie, takie jak DNS oparty na łańcuchu bloków i zdecentralizowane alternatywy, mają potencjał, aby zmienić przyszłość serwerów root. Innowacje te mogą przełożyć się na bardziej odporną, bezpieczną i demokratyczną infrastrukturę internetową, przy czym pozostają wyzwania w zakresie powszechnego stosowania, skalowalności i kompatybilności z istniejącymi systemami.