O que é um Servidor Raiz DNS?

Quando introduz um endereço de Web site no browser, o computador necessita de localizar o endereço IP correspondente para estabelecer ligação. Este processo começa com um pedido de resolução de DNS, normalmente operado pelo seu fornecedor de serviços Internet. Se o resolvedor não tiver a resposta guardada em cache, ele irá entrar em contacto com um servidor raiz.

O servidor root não sabe o endereço exato do site que você está procurando, mas ele sabe qual servidor é responsável pelo TLD desse endereço.

Em seguida, direciona a resolução para o servidor de Domínio de Nível Superior (TLD) apropriado. A partir daí, o resolvedor é guiado para baixo na hierarquia dos DNS, acabando por chegar ao servidor de nomes autoritário que detém o IP real do website.

Importância dos servidores DNS Root

Sem os servidores DNS root, a rede não funcionaria como a conhecemos. Estes servidores servem como primeiro ponto de contacto para a resolução de qualquer questão relativa a um nome de domínio e são indispensáveis para a manutenção da estrutura e das funcionalidades do sistema DNS mundial.

Em suma, os servidores raiz DNS constituem a espinha dorsal da navegação na Internet, orientando os resolvedores através da estrutura hierárquica dos DNS. Em última análise, permitem que os utilizadores acedam a websites traduzindo nomes de domínio em endereços IP de forma eficiente e fiável.

É aqui que as coisas se tornam um pouco complicadas. Embora se afirme que existem 13 servidores DNS root, a realidade é mais matizada.

Tecnicamente, a zona tem 13 autoridades designadas, identificadas pelas letras A a M. No entanto, cada autoridade não é um único servidor, mas uma rede de servidores distribuídos globalmente. Isto é essencial para assegurar a redundância e a resiliência. Se um dos servidores deixar de funcionar, outros poderão retirar a folga, assegurando a sua estabilidade.

Então quantos servidores físicos são usados? Em novembro de 2024, existiam mais de 1750 instâncias de servidores raiz espalhados pelo mundo, operados por 12 organizações independentes. Este número evolui constantemente à medida que as organizações adicionam ou atualizam a sua infraestrutura.

Por que apenas 13 autoridades nomeadas?

Esta limitação decorre da conceção original do protocolo DNS e das limitações de tamanho dos pacotes IPv4. A cada autoridade foi inicialmente atribuído um único endereço IPv4, e o protocolo só podia tratar uma especificação limitada dentro de um único pacote.

No entanto, com o advento do IPv6, esta restrição é menos relevante. Atualmente, cada servidor de raiz dispõe de endereços v4 e v6, o que possibilita uma maior flexibilidade e expansão futura.

Embora o número "13" esteja frequentemente associado aos servidores DNS root, é importante ter em conta que representa uma autoridade com nome e não máquinas individuais. O número real de servidores físicos é muito mais elevado e está em constante crescimento para assegurar a estabilidade e a resiliência da infraestrutura da Internet.

Quem gere e explora os servidores raiz DNS?

A gestão e a exploração dos servidores DNS root consistem num esforço de colaboração que envolve várias organizações com papéis distintos. Aqui está um resumo dos principais intervenientes.

A IANA desempenha um papel crucial na coordenação da zona raiz DNS e é responsável pela manutenção do ficheiro de zona raiz, que contém dados sobre todos os domínios de primeiro nível e os respetivos servidores de nomes autoritários.

A IANA supervisiona as alterações efetuadas na zona raiz, e quaisquer adições ou modificações efetuadas na zona raiz, como a adição de novos TLDs, devem ser aprovadas e implementadas pela IANA. A IANA atribui as 13 autoridades designadas a diferentes organizações responsáveis pelo funcionamento das instâncias do servidor raiz.

Doze organizações independentes exploram as máquinas físicas que compõem as 13 autoridades designadas. Estas organizações incluem:

• A verificar: Ativa duas autoridades (A e J).
• University of Southern California - Information Sciences Institute (USC-ISI): Gere o servidor B.
• Cogent Communications: Gere o servidor C.
• University of Maryland: Gere o servidor D.
• NASA (Centro de Investigação Ames): Operar o servidor raiz E.
• Internet Systems Consorcio (ISC): Gere o servidor F.
• Departamento de Defesa dos EUA (NIC): Explora o servidor G.
• Exército dos EUA (Laboratório de Investigação): Gere o servidor H.
• Netnod: Gere o servidor de I.
• RIPE NCC: Gere o servidor K.
• ICANN: Opera o servidor L.
• Projeto WIDE: Explora o servidor M.

Estas organizações são responsáveis por:

• Implementação e manutenção dos servidores físicos: Garantir que as máquinas estão protegidas, são fiáveis e possuem capacidade suficiente para tratar os pedidos DNS.
   
• Implementação do roteamento anycast: Esta técnica permite que várias máquinas em diferentes localizações partilhem o mesmo endereço IP, distribuindo o tráfego e aumentando a redundância.
   
• Em colaboração com a IANA e outros operadores: Garantir o funcionamento fluido e estável do sistema de raiz DNS global.

A exploração dos servidores DNS é uma responsabilidade partilhada entre a IANA, que supervisiona a "root zone", e doze organizações independentes que gerem a infraestrutura dos servidores físicos. Esta abordagem descentralizada assegura a estabilidade e a resiliência desta componente crítica.

1. Ficheiro de Sugestões para a Raiz

A maioria dos resolvedores DNS está pré-configurada com um "ficheiro de sugestões de raiz". Este ficheiro contém uma lista das 13 autoridades designadas para a zona raiz e os seus endereços IP correspondentes. Pense nele como um diretório de endereço interno para o diretório de alto nível da Internet.

Geralmente, é o programador do software de resolução ou o fornecedor de serviços que o fornece. Dá à resolução um ponto de partida para qualquer pesquisa de DNS que necessite de contactar um servidor root.

2. Priming e atualização

Embora o ficheiro de sugestões de raiz forneça a informação inicial, é essencial mantê-lo atualizado. Os endereços IP raiz podem ser alterados e podem ser adicionadas novas máquinas à rede.

Para garantir a precisão, o resolvedor executa um processo chamado "priming". Quando um processo é iniciado, este contacta uma das máquinas listadas no ficheiro de sugestões e pede o ficheiro de zona raiz atual. Este ficheiro contém as informações mais recentes sobre todos os servidores raiz.

O resolvedor compara essas informações com seus arquivos existentes de dicas e as atualiza de acordo. Isso garante que o processo sempre tenha os endereços corretos para os servidores raiz.

3. Encaminhamento Anycast

Outro fator que simplifica a localização dos servidores raiz é o encaminhamento anycast. Como mencionado anteriormente, cada autoridade nomeada é uma rede de máquinas distribuídas globalmente. Anycast permite que esses servidores compartilhem o mesmo endereço IP.

Quando uma resolução envia um pedido ao endereço IP de um servidor de raiz, a infraestrutura de roteamento da Internet reencaminha automaticamente o pedido para o servidor disponível mais próximo. Isto melhora o desempenho ao reduzir a latência e aumenta a resiliência ao fornecer vários pontos de acesso.

Assim, os resolvedores DNS encontram servidores raiz através de uma combinação de arquivos de dicas pré-configurados, atualizações dinâmicas do arquivo de zona e roteamento anycast. Isto assegura que os resolvedores conseguem localizar os servidores raiz de forma eficiente e fiável, o que é essencial para a navegação na vasta paisagem da Internet.

Os registos DNS são como as entradas individuais na vasta lista telefónica da Internet, cada uma fornecendo informações específicas sobre um domínio. Existem vários tipos de registos DNS, cada um com uma finalidade diferente.

Os registos, por exemplo, mapeiam um nome para o endereço IPv4 correspondente, enquanto que os registos AAAA fazem o mesmo para os endereços IPv6. Os registos CNAME, por sua vez, criam alias, permitindo que um nome aponte para outro. O MX é essencial para a comunicação dos e-mails, uma vez que permite indicar as máquinas de correio responsáveis pelo tratamento dos e-mails de um domínio em particular. 

Os registos NS identificam os servidores de nomes autoritários que possuem as informações DNS completas de um domínio, enquanto que os registos TXT podem armazenar vários tipos de dados de texto, frequentemente utilizados para a segurança ou verificação do correio eletrónico.

Embora as máquinas raiz não armazenem essas entradas individuais, elas são cruciais em direcionar os resolvedores para o local correto para encontrá-las.

Quando uma máquina consulta uma máquina raiz de um domínio, o servidor raiz responde com o endereço do servidor de topo (TLD) adequado. O resolvedor continua a sua pesquisa na hierarquia DNS, acabando por chegar ao servidor de nomes autoritário onde os DNS específicos do domínio são armazenados.

Tendo em conta o seu papel vital na infraestrutura de rede, os servidores DNS root são alvos atrativos para os intervenientes maliciosos. Para os salvaguardar, é utilizada uma abordagem de segurança com várias camadas.

O DNSSEC, ou Domain Name System Security Extensions, é uma tecnologia crucial que adiciona assinaturas digitais aos registos DNS. Isto permite que os resolvedores verifiquem a autenticidade e integridade dos dados, evitando ataques como spoofing de DNS, onde os atacantes tentam redirecionar os utilizadores para websites falsos.

O roteamento Anycast aumenta ainda mais a segurança ao distribuir o tráfego entre várias máquinas com o mesmo endereço IP, fazendo com que seja mais difícil para atacantes atingir um único ponto de falha. 

Os operadores de servidores "root" também implementam medidas robustas para mitigar os ataques de negação de serviço (Distributed Denial of Service - DDoS), que visam sobrecarregar as máquinas com um fluxo de tráfego.  Além disso, a segurança física é primordial, com infraestruturas alojadas em instalações seguras com acesso restrito e medidas rigorosas de proteção física.

A estabilidade e a segurança dos servidores raiz DNS têm implicações de grande alcance para o ecossistema da rede. Se um número significativo de servidores root falhar, o acesso à internet pode ser interrompido massivamente.

Os websites podem tornar-se inacessíveis, a comunicação por e-mail pode ser interrompida, e os serviços online podem sofrer falhas de energia generalizadas. No entanto, a natureza distribuída dos servidores raiz, combinada com o roteamento anycast, oferece um alto grau de redundância, minimizando o risco de falha completa. 

A gestão da "root zone", supervisionada por organizações como o ICANN, também tem implicações significativas na governação. Decisões sobre a adição de novos TLDs ou a mudança de operadores de servidor root podem influenciar questões como a liberdade na rede, censura e cooperação internacional.

Garantir a neutralidade e a estabilidade da "root zone" é essencial para manter uma Internet livre e aberta.

Olhando para o futuro, as tecnologias emergentes, como os DNS baseados em cadeias de blocos e alternativas descentralizadas, encerram o potencial de remodelar o futuro dos servidores "root". Estas inovações podem conduzir a uma infraestrutura de Internet mais resiliente, segura e democrática, embora subsistam desafios em termos de adoção generalizada, de escalabilidade e de compatibilidade com os sistemas existentes.