Изначально вся сеть ARPANET объединяла компьютеры в четырёх различных институтах США:
- Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе;
- Стэнфордский исследовательский центр;
- Университет Юты;
- Калифорнийский университет в Санта-Барбаре.
Учёные этих институтов быстро пришли к единому мнению, что передавать друг другу информацию об исследованиях удобнее при помощи новой сети. Для этого было достаточно знать идентификатор того компьютера, на который передаётся сообщение. Сейчас такие идентификаторы называются IP-адресами. У каждого устройства в интернете есть такой идентификатор и именно по нему обращаются устройства друг к другу.
В самом начале компьютеров, подключённых к сети, было несколько десятков, и их идентификаторы было легко запомнить. Можно было записать эти адреса в блокнот и использовать его так же, как и телефонные книги.
Время шло, и уже к середине 80-х годов вместо нескольких десятков компьютеров сеть стала насчитывать несколько тысяч. И каждый из них имел уникальный идентификатор, который становилось всё сложнее учитывать вручную или запоминать. Необходима была система, которая позволит очеловечить имена компьютеров и хранить все адреса в одном месте, чтобы каждый компьютер в сети имел один и тот же набор всех идентификаторов.
Файл hosts — как первый шаг к созданию DNS
Для решения задачи разработчики решили использовать словарь, который связывал уникальное имя и IP-адрес каждого компьютера в сети. Таким словарём стал файл hosts.txt, который и отвечал за привязку IP-адреса к имени компьютера. Файл лежал на сервере Стэнфордского исследовательского института, и пользователи сети регулярно вручную скачивали этот файл на свои компьютеры, чтобы сохранять актуальность словаря, ведь новые компьютеры появлялись в сети почти каждый день.
Выглядел hosts.txt тогда (да и сейчас) таким образом:
192.168.10.36 MIKE-STRATE-PC
Сетевой (IP) адрес Имя компьютера
При наличии такого файла на компьютере пользователя для связи с компьютером Майка, можно было не запоминать цифры, а использовать понятное латинское имя «MIKE-STRATE-PC».
Посмотрим, как выглядит файл и попробуем добавить туда новое имя, чтобы подключиться к компьютеру с использованием данного имени. Для этого отредактируем файл hosts. Вы можете найти его на своём компьютере по следующему адресу:
- В Unix-системах: /etc/hosts
- В Windows-системах: %Путь до папки Windows%/system32/drivers/etc/hosts
Компьютеру с IP-адресом 192.168.10.36, который находится внутри локальной сети мы указали имя «MIKE-STRATE-PC». После чего можно воспользоваться командой ping, которая пошлёт специальный запрос на компьютер Майка и будет ждать от него ответа. Похоже на то, как вы стучитесь в дверь или звоните в звонок, чтобы узнать, «есть ли кто дома?» Такой запрос можно послать на любой компьютер.
По мере развития сети и «обрастания» её новыми клиентами, такой способ становился неудобным. Всем пользователям компьютеров было необходимо всё чаще скачивать свежую версию файла с сервера Стэнфордского исследовательского института, который обновлялся вручную несколько раз в неделю. Для добавлений же новых версий было необходимо связываться с институтом и просить их внести в файл новые значения.
В 1984 году Пол Мокапетрис (Paul Mockapetris) описал новую систему под названием DNS (Domain Name System / Система доменных имён), которая была призвана автоматизировать процессы соотнесения IP-адресов и имён компьютеров, а также процессы обновления имён у пользователей без необходимости ручного скачивания файла со стороннего сервера.
Работа DNS в сети интернет
В настоящее время интернет окружает нас повсюду — мы используем его в мобильных и настольных устройствах. Системы видеонаблюдения и даже чайники взаимодействуют друг с другом с помощью интернета, и для корректной связи с ними нужна система, с помощью которой пользователи смогут одним запросом в адресной строке подключиться к нужному сервису. Всё это ложится на плечи системы DNS, которая внутри себя хранит намного больше информации, чем просто IP-адрес и название устройств. Записи в DNS также отвечают за корректную отправку электронных писем, связывают друг с другом разные домены и доменные зоны.
DNS является распределённой системой, а значит она имеет множество узлов, каждый из которых ответственен за свою зону. Такое возможно благодаря тому, что сама по себе структура DNS является иерархической, то есть выделяет зоны ответственности, где каждый родитель знает о расположении своего дочернего сервера, и знает зону его ответственности.
В соответствии с ней домен на каждом уровне определяет имена подчиненных уровней. Доменный адрес имеет вид нескольких идентификаторов, разделенных точками:
domain_n….domain_2.domain_l
Чем дальше (правее) расположен в адресе домен, тем шире охватываемая им область. Домен высшего уровня (самый правый) представляет собой либо двухбуквенный шифр страны, либо трехбуквенный код, описывающий род деятельности владельца. Основные двухбуквенные домены: Россия — ru (или su), США — us, Германия — de, Англия — uk и т. д.
Трехбуквенная система ранее первоначально применялась исключительно в США, но в настоящее время множество подобных имен принадлежит компаниям и организациям, расположенным за пределами США. Трехбуквенные домены имеют следующий смысл:
- com — коммерческие организации;
- edu — учебные организации;
- gov — правительственные организации;
- int — международные организации;
- mil — военные организации;
- net — сетевые организации;
- org — некоммерческие организации.
За доменами верхнего уровня следуют домены определяющие либо регионы, либо организации. Далее следуют уровни иерархии, которые могут быть закреплены либо за небольшими организациями, либо за подразделениями крупных организаций.
Рассмотрим работу DNS и её составных частей поближе.
Подключение
Необходимо понимать, что доменное имя — это всего лишь абстракция для людей. Сам компьютер и приложения (например, браузер) обращается к сервисам внутри сети интернет только по IP-адресам.
Рассмотрим процесс получения IP-адреса по доменному имени на примере домена ru.hexlet.io.
Возможны два варианта событий:
- Компьютер посылает запрос на известный ему DNS-сервер. Чаще всего им является DNS-сервер поставщика интернет-услуг (провайдера): какой IP-адрес у домена ru.hexlet.io?. DNS-сервер провайдера находит в своей базе информацию о том, что домен ru.hexlet.io расположен по IP-адресу 104.25.238.104 и возвращает значение нашему компьютеру. Этот процесс похож на то, как использовался файл hosts.txt.
-
Ближайший известный DNS-сервер не имеет записи о том, по какому IP-адресу располагается домен ru.hexlet.io. В таком случае запускается цепочка процессов, благодаря которым наш компьютер получит IP-адрес домена:
- Так как домен является иерархической структурой, и все DNS-сервера знают IP-адреса корневых DNS-серверов, то к ним и происходит запрос на получение IP-адреса домена.
- Корневые DNS-сервера, в соответствии со своей зоной ответственности знают о том, где располагаются DNS-сервера доменов верхнего уровня. Эти адреса возвращаются DNS-серверу нашего провайдера, после чего на нужный DNS-сервер (в нашем случае на DNS-сервер домена .io) посылается запрос на получение IP-адреса домена ru.hexlet.
- В соответствии со своей зоной ответственности DNS-сервер домена верхнего уровня возвращает IP-адрес DNS-сервера домена hexlet, на который посылается запрос на получение IP-адреса поддомена ru.
- DNS-сервер возвращает IP-адреса поддомена ru, после чего DNS-сервер нашего провайдера возвращает полученный адрес на наш компьютер, который уже может обратиться к домену ru.hexlet.io по его IP-адресу.
Рекурсия в DNS
Можно заметить, что оба описанных выше варианта сильно различаются: в первом случае мы просто послали запрос и получили ответ, а во втором — возникла необходимость идти от самого корневого домена в процессе поиска нужной нам записи. Такой процесс является рекурсивным, потому что ближайший DNS-сервер непрерывно посылает запросы к другим DNS-серверам до тех пор, пока не получит необходимые ресурсные записи. Данный процесс можно визуализировать следующим образом:
При запросах 1 и 2 ближайший сервер будет получать информацию о местонахождении DNS-серверов, которые входят в зону ответственности того сервера, на который был послан запрос. При запросе 3 будут получены необходимые ресурсные записи домена hexlet и его поддоменов.
Рекурсивный поиск — это достаточно долгая операция, которая к тому же сильно нагружает сеть и сами DNS-сервера. Именно для того, чтобы избавиться от рекурсии каждый DNS-сервер кэширует информацию о записях, которые получает, для быстрой отдачи этой информации пользователю.
Как видно, рекурсивный поиск предполагает нахождение конечного ответа на наш запрос путём поиска записи по всем необходимым DNS-серверам, начиная с корневого. В противовес такому способу также существует итеративный запрос, который в отличие от рекурсивного выполняет всего лишь одну итерацию — это запрос ближайшему DNS-серверу, от которого мы можем получить как закешированный ответ, так и данные той зоны, за которую он ответственен. Важно отметить, что итеративный запрос предполагает всего один такой запрос.
Чаще всего в интернете DNS-сервера умеют посылать рекурсивные запросы, потому что в таком случае ответ можно закешировать, что в дальнейшем позволит снизить нагрузку как на сам сервер, так и на другие DNS-сервера. Время, на которое DNS-сервер кеширует информацию, указывается в ресурсной записи DNS, о которой сейчас пойдёт речь.
Задания для самостоятельной работы
1. Для чего используется DNS?
2. Как происходит поиск имени в DNS по запросу клиента?
3. Какие есть виды подключения к Интернету? Опишите некоторые из них?
4. Как тестируется соединение с другими хостами в Интернете?
5. Что такое Интранет?
6. Можно ли по IP-адресу открыть известный вам сайт?
7. Может ли быть несколько Web-узлов на одном сервере?