计算机网络——12DNS

时间：2024-02-21 12:01:05

DNS

DNS的必要性

  • IP地址标识主机、路由器
  • 但IP地址不好记忆，不便于人类用使用（没有意义）
  • 人类一般倾向于使用一些有意义的字符串来标识Internet上的设备
  • 存在着“字符串”——IP地址的转换的必要性
  • 人类用户提供要访问机器的“字符串”名称
  • 由DNS负责转换为二进制的网络地址

DNS系统需要解决的问题

  • 问题1：如何命名设备
    • 用有意义的字符串：好记，便于人类用使用
    • 解决一个平面命名的重名问题：层次化命名
  • 问题2：如何完成名字到IP地址的转换
    • 分布式的数据库维护和响应名字查询
  • 问题3：如何维护：增加或者删除一个域，需要在域名系统中做哪些工作

DNS的历史

  • APRANET的名字解析解决方案
    • 主机名：没有层次的一个字符串（一个平面）
    • 存在着一个（集中）维护站：维护者一张主机名-IP地址的映射文件：Hosts.txt
    • 每台主机定时从维护站取文件
  • APRAnet解决方案的问题
    • 当网络中主机数量很大时
      • 没有层次的主机名称很难分配
      • 文件的管理、发布、查找都很麻烦

DNS总体思路和目标

  • DNS的主要思路
    • 分层的、基于域的命名机制
    • 若干分布式的数据库完成名字到IP地址的转换
    • 运行在UDP之上端口号为53的应用服务
    • 核心的Internet功能，但以应用层协议实现
      • 在网络边缘处理复杂性
  • DNS主要目的
    • 实现主机名-IP地址的转换
    • 其他目的
      • 主机别名到规范名字的转换
      • 邮件服务器别名到邮件服务器的正规名字的转换
      • 负载均衡

问题1：DNS命名空间

DNS域名结构

  • 一个层面命名设备会有很多重名
  • DNS采用层次树状结构的命名方法
  • Internet根被划为几百个*域
    • 通用的：
      • .com; .edu ; .gov ; .int ; .mil ; .net ; .org .firm ; .hsop ; .web ; .arts ; .rec ;
    • 国家的：
      • .cn ; .us ; .nl ; .jp
  • 每个（子）域下面可划分为若干子域
  • 树叶是主机

DNS名字空间

在这里插入图片描述

域名：

  • 从本域往上，直到树根
  • 中间使用“.”间隔不同的级别
  • 域的域名：可以用于表示一个域
  • 主机的域名：一个域上的一个主机

域名的管理：

  • 一个域管理其下的子域
  • 创建一个新的域，必须征得它所属域的同意

域与物理网络无关

  • 域遵从组织界限，而不是物理网络
    • 一个域的主机可以不在一个网络
    • 一个网络的主机不一定在一个域
  • 域的划分是逻辑的，而不是物理的

问题2：解析问题-名字服务器

一个名字服务器的问题：

  • 可靠性问题：单点故障
  • 拓展性问题：通信容量
  • 维护问题：远距离的集中式数据库

区域：

  • 区域的划分由区域管理者自己决定
  • 将DNS名字空间划分为互不相交的区域，每个区域都是树的一部分
  • 名字服务器：
    • 每个区域都有一个名字服务器，维护着它所管辖区域的权威信息
    • 名字服务器允许被放置在区域之外，以保障可靠性

名字空间换分为若干区域：Zone

在这里插入图片描述

权威DNS服务器：组织机构的DNS服务器，提供组织机构服务器（如Web和mail）可访问的主机和IP之间的映射

组织机构可以选择实现自己维护或由某个服务器提供商来维护

TLD服务器

  • *域(TLD)服务器：负责*域名和所有*的*域名
    • Network solutions 公司维护com TLD服务器
    • Educause 公司维护edu TLD服务器

区域名字服务器维护资源记录

资源记录

  • 作用：维护域名-IP地址（其他）的映射关系
  • 位置：Name Server的分布式数据库中

RR格式

  • Domain_name：域名
  • Ttl: time to live：生存时间，就是某个资源记录插入到表当中，生存时间是多少；根据Ttl是否无穷大，记录划分为权威记录和缓冲记录
  • Class类别：对于Internet，值为IN
  • Value：可以是数字，域名或ASCII串
  • Type类别：资源记录的类型

DNS记录

DNS保存资源记录（RR）的分布式数据库

RR 格式：(domain_name, ttl, type,class,Value)

Type类型 Name的含义 Value的含义 举例
A 主机 ip地址
CNAME 别名 规范名字 www.ibm.com的规范名字为servereast.backup2.ibm.com
NS 域名(如foo.com) 该域名的权威服务器的名字 NAME仅仅具体到了域名，还没有到主机
MX 邮件 name对应的邮件服务器的名字

TTL：生存时间，决定了资源记录应当从缓存中删除的时间

例子：
在这里插入图片描述

DNS

DNS大致工作过程

  • 应用调用解析器
  • 解析器作为客户向Name Server发出查询报文（封装在UDP段中）
  • Name Server返回响应报文

在这里插入图片描述

本地名字服务器

  • 并不严格属于层次机构
  • 每个ISP（居民的ISP、公司、大学）都有一个本地DNS服务器
    • 也称为“默认名字服务器”
  • 当一个主机发起一个DNS查询时，查询被送到其本地DNS服务器
    • 起着代理的作用，将查询结果转发到层次结构中

名字服务器

名字解析过程

  • 目标名字在Local Name Server中
    • 情况1：查询的名字在该区域内部
    • 情况2：缓存

当本地名字服务器不能解析名字时，联系根名字服务器顺着根-TLD一直找到权威名字服务器

在这里插入图片描述

递归查询

递归查询

  • 名字解析负担都放在当前联络的名字服务器上
  • 问题：根服务器的负担太重
  • 解决：迭代查询

在这里插入图片描述

迭代查询

  • 主机cis.poly.edu 想知道主机 gaia.cs.umass.edu 的IP地址
  • 根（及各级域名）服务器返回的不是查询结果，而 是下一个NS的地址
  • 最后由权威名字服务器给出解析结果
  • 当前联络的服务器给出可以联系的服务器的名字
  • “我不知道这个名字，但可以向这个服务器请求”

在这里插入图片描述

DNS协议、报文

DNS协议：查询和响应报文的报文格式相同
在这里插入图片描述

提高性能：缓存

  • 一旦名字服务器学到了一个映射，就将该映射缓存起来
  • 根服务器通常都在本地服务器中缓存着
    • 使得根服务器不用经常被访问
  • 目的：提高效率
  • 可能存在的问题：如果情况变化，缓存结果和权威资源记录不一致
  • 解决方案：TTL（默认两天）

问题3：维护问题：新增一个域

  • 在上级域的名字服务器中增加两条记录，指向这个新增的子域的域名和域名服务器的地址
    （Type = NS、 Type = A 相当于指针）
  • 在新增子域的名字服务器上运行名字服务器，负责本域的名字解析:名字->IP地址
    • 例子:在com域中建立一个“Network Utopia”
  • 到注册登记机构注册域名networkutopia.com
    • 需要向该机构提供权威DNS服务器（基本的、和辅助的）的名字和IP地址
    • 登记机构在com TLD服务器中插入两条RR记录:
      • (networkutopia.com,dns1.networkutopia.com,NS )
      • (dns1.networkutopia.com,212.212.212.1,A)
  • 在networkutopia.com的权威服务器中确保有
    • 用于Web服务器的www.networkuptopia.com的类型为A的记录
    • 用于邮件服务器mail.networkutopia.com的类型为MX的记录

这里以添加为例，删改查是一样的

攻击DNS

DDoS 攻击

  • 对根服务器进行流量轰炸攻击：发送大量ping
    • 没有成功
    • 原因１：根目录服务器配置 了流量过滤器，防火墙
    • 原因２：Local DNS 服务器 缓存了TLD服务器的IP地址, 因此无需查询根服务器
  • 向TLD服务器流量轰炸攻击 ：发送大量查询
    • 可能更危险
    • 效果一般，大部分DNS缓存了TLD

重定向攻击

  • 中间人攻击
    • 截获查询，伪造回答，从而攻击某个（DNS回答指定的IP）站点
  • DNS中毒
    • 发送伪造的应答给DNS服务器，希望它能够缓存这个虚假的结果
  • 技术上较困难：分布式截获和伪造

利用DNS基础设施进行DDoS

  • 伪造某个IP进行查询， 攻击这个目标IP
  • 查询放大，响应报文比查询报文大
  • 效果有限

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