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Domain Name System (DNS)

Mar 25, 2024, 6 min read

DNS: Key(Domain)-Value(IP) Store

  • DNS 의 목표는 아주 간단하다: 문자열 형태의 domain 을 IP 로 변환하는 것.
  • 따라서 DNS 은 마치 하나의 거대한 Key-value store 라고 생각할 수 있다.
  • 이것을 구현하는 방법은 중앙집권화 (Centralized) 하는 방법과, 분산 (Distributed) 하는 방법이 있을 텐데, 실제로는 분산되어 구현되게 된다.
    • 중앙집권화 되어 있을 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다:
      1. 단일 실패점
      2. 중앙 서버로 다수의 트래픽이 몰림
      3. 어떤 client 에게는 가깝고 누구에게는 멀고
      4. 확장성 문제

Domain-IP 관계

  • 1:1 관계가 일반적이지만
  • 도메인 여러개가 하나의 IP 를 받을 수도 있고
  • 도메인 한개가 여러 IP 를 받을 수도 있다고 한다.

DNS message format

  • 일단 DNS 는 53/UDP 를 사용한다.
  • 전체적으로 보면 이렇게 생깃다:
+---------------------+
|        Header       |
+---------------------+
|       Question      | the question for the name server
+---------------------+
|        Answer       | RRs answering the question
+---------------------+
|      Authority      | RRs pointing toward an authority
+---------------------+
|      Additional     | RRs holding additional information
+---------------------+
  • Header: Metadata. Header 에서 설명해준다.
  • Question: Query 내용이 담기는 곳. Question 에서 설명해 준다.
  • Answer: Query 에 대한 answer 가 담기는 곳.
  • Authority: Query domain 을 담당하는 nameserver 가 누구인지 같이 알려주는 항목이다.
    • 응답의 NS record 가 담기는 부분이라고 생각해도 될듯
  • Additional: Authority 에 담긴 nameserver 들의 IP 정보들이 담기는 곳이다.
    • Authority 에 담긴 NS record 들에 대한 A/AAAA record 가 담기는 부분인 셈.
  • Answer, Authority, Additional 에는 Resource Record 들이 담긴다. RR의 포맷은 해당 문서에서 확인하자.
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+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
|                      ID                       |
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
|QR|   Opcode  |AA|TC|RD|RA|   Z    |   RCODE   |
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
|                    QDCOUNT                    |
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
|                    ANCOUNT                    |
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
|                    NSCOUNT                    |
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
|                    ARCOUNT                    |
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
  • ID
    • 말 그대로 ID.
    • Query 와 Response 에 동일한 ID 를 사용해서 어떤 query 에 대한 response 인지 명시한다.
  • Flags
    • QR: Query or Response.
      • Query 면 0 이고 response면 1 이다.
    • OPCODE: Operation code.
      • 모두 알 필요는 없고, 보통 0 (Standard query) 이란 것만 알고 있자.
    • AA : Authoritative Answer.
    • TC: Truncation.
      • DNS 는 UDP 에서 작동하기에 512byte 를 넘으면 안되고, 응답이 이것을 넘을 것 같으면 이 flag 를 올려 TCP 로 전환하게 한다.
    • RD: Recursion desired.
      • Query 에 담아서 보내는 것으로, Iterative 가 아닌 recursive 로 처리하기를 바란다는 것이다 (기본적으로는 iterative 하게 작동한다).
    • RA: Recursion available.
      • Response 에 담기는 것으로, recursive 가 default 가 아니기 때문에 recursive 로도 가능하다고 알려주는 부분이다.
    • Z: Reserved 공간이다.
    • RCODE: Return code.
      • 응답 상태인데, 0 이 정상 응답 (No error) 이고 2 가 서버 에러 (Server fail) 이라는 것 정도만 알고 있자.
  • Count: Payload 의 각 필드에는 여러개의 내용이 들어갈 수 있기 때문에, 몇개가 들어가 있는지 알리는 부분이다.
    • QDCOUNT: Quetion 필드에 담긴 내용의 개수
    • ANCOUNT: Answer 필드에 담긴 내용의 개수
    • NSCOUNT: Authority 필드에 담긴 내용의 개수
    • ARCOUNT: Additional 필드에 담긴 내용의 개수

Question

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|                                               |
/                     QNAME                     /
/                                               /
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
|                     QTYPE                     |
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
|                     QCLASS                    |
+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+
  • QNAME: Query 할 domain.
    • Domain 은 label 하나당 알파벳 최대 63개 (63 byte), 전체적으로는 최대 255 개로 제한되어 있다고 한다.
    • 근데 domain 은 분명히 가변적인 길이를 가질텐데, 딱히 길이를 명시하는 필드가 없는 것이 이상할 수 있다.
    • 이것은 QNAME 이 다음과 같이 처리되기에 가능한 일이다:
      • 일단 label 의 시작은 label 의 길이를 나타내는 16진수이다.
      • 그리고 해당 개수만큼의 알파벳을 읽어들이는 식으로 하나의 label 을 읽는다.
      • 그리고 label 의 알파벳 개수가 0 이라면, 종료 (root 로 간주)
      • 예를 들면, .com TLD 의 경우에는 0x03(3) 0x63(c) 0x6F(o) 0x6D(m) 로 표현되는 것.
  • QTYPE: Query 할 record type.
    • 일반적으로는 domain 으로 ip 를 질의하기 때문에 A(혹은 AAAA) 가 들어간다.
  • QCLASS
    • 몰라도 된다. 어차피 IN (Internet, 0x0001) 만 허용되는 필드이다.

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