Как работают сетевые программы — IP-адреса и DNS

В компьютерных науках IP-адрес — это число, которое однозначно идентифицирует сетевой интерфейс в компьютерной сети, использующей протокол IP. В настоящее время наиболее распространенным является IPv4, в котором используются 32-битные IP-адреса, записываемые в десятичном виде отдельными октетами (т.е. по восемь бит), например 46.253.96.146. Из-за отсутствия адресов IPv4 постепенно заменяется IPv6, в котором используются 128-битные IP-адреса, записанные в шестнадцатеричном формате, например 2001:db8:0:1234:0:567:8:1.

Компьютеры, использующие IP-протокол версии 4, не могут взаимодействовать с компьютерами из мира IP-протокола версии 6 без специальных мер. IPv4 и IPv6 — это два разных мира.

Людям сложно запомнить IP-адреса, поэтому лучше давать имена отдельным компьютерам в сети. Систему именования отдельных компьютеров (машин) мы обсудим ниже. Эта система называется DNS.

Компьютеры могут запускать несколько программ одновременно. Серверы также могут запускать несколько служб одновременно. Поскольку сервер обычно имеет только один IP-адрес, необходимо убедиться, что клиент взаимодействует с правильной службой (своей собственной). Поэтому каждому сервису (каждой серверной части программы) назначается порт, который вместе с протоколом TCP или UDP однозначно определяет данный сервис.

Протоколы семейства IP используют IP-адреса для различения отдельных компьютеров. Кроме того, протоколы TCP и UDP используют так называемые сетевые порты для различения отдельных служб в пределах одного компьютера (или одного IP-адреса). Хотя обычно технически возможно установить любой порт для службы, для упрощения работы пользователей и администраторов службы установлен официальный список номеров портов TCP и UDP, который заранее назначает разные программы для отдельных служб.

Номера портов были присвоены организацией IANA. С 21 марта 2001 г. эта функция возложена на организацию ICANN.

Порты делятся на три группы:

Полный список портов и назначенных им сервисов можно найти, например, по ссылке: Wikipedia

Пространство доменных имен представляет собой дерево с одним корнем. Каждый узел этого дерева содержит информацию о закрепленной за ним части имени (домена) и ссылки на его дочерние домены. Корнем дерева является так называемый корневой домен, который сам записывается точкой. Ниже него в иерархии располагаются так называемые домены верхнего уровня (Top-Level Domain, TLD). Они могут быть либо тематическими (com для торговли, edu для учебных заведений и т. д.), либо национальными (cz для Чешской Республики, sk для Словакии, yes для Иордании и т. д.).

Дерево может быть административно разделено на зоны, управляемые отдельными администраторами (организациями или даже частными лицами), при этом такая зона содержит достоверную информацию об управляемых доменах. Эта информация предоставляется авторитетным DNS-сервером.

Преимущество такого расположения заключается в возможности разделить зону и доверить управление ее частью кому-то другому. Таким образом, вновь созданная зона становится авторитетной для назначенного пространства имен. Именно способность делегировать полномочия и распределенное управление составляют ключевые характеристики DNS и очень важны для ее успеха. На более высоких уровнях иерархии доменов зона обычно содержит один домен. Конечные зоны, закрепленные за организациями, подключенными к Интернету, иногда содержат несколько доменов — например, домен kdesi.cz и его поддомены vyroba.kdesi.cz, marketing.kdesi.cz и obchod.kdesi.cz могут содержаться в одной зоне и управляться одним и тем же сервером.

Полное имя состоит из нескольких частей, разделенных точками. В его конце находятся самые общие области, а слева он постепенно становится более конкретным.

DNS-сервер может играть одну из двух ролей по отношению к домену (точнее, зоне, но в большинстве случаев эти термины взаимозаменяемы):

Корневые серверы имен (корневые серверы имен) представляют собой важнейшую часть технической инфраструктуры Интернета, от которой зависят надежность, корректность и безопасность операций в Интернете. Эти серверы предоставляют файл корневой зоны другим DNS-серверам. Они являются частью DNS, глобально распределенной базы данных, которая используется для преобразования уникальных доменных имен в другие идентификаторы.

Файл корневой зоны описывает, где расположены полномочные серверы для доменов верхнего уровня. Этот файл корневой зоны относительно очень мал и редко изменяется — он предоставляется только операторами корневого сервера, сам файл создается и изменяется организацией IANA.

Термин корневой сервер обычно используется для 13 корневых серверов имен. Корневые серверы расположены в 34 странах мира, более чем в 80 локациях. Корневые серверы управляются организациями, выбранными IANA. В следующей таблице показаны эти 13 корневых серверов: .Корневые серверы

Более подробную информацию о расположении корневых серверов можно найти на официальном сайте по ссылке: DNS root server на английском языке.

Каждый конечный компьютер имеет адрес локального DNS-сервера, к которому он должен обращаться с вопросами, включенными в его конфигурацию сетевых параметров. В операционных системах, производных от Unix, он содержится в файле /etc/resolv.conf, в MS Windows его можно найти в свойствах протокола TCP/IP (либо можно ввести текстовую команду ipconfig /all из команды строку в XP). Адрес локального сервера обычно получается компьютером через DHCP.

Если компьютер ищет определенную информацию в DNS (например, IP-адрес для данного имени), он запросит этот локальный сервер. Каждый DNS-сервер имеет IP-адреса корневых серверов (авторизованных серверов для корневого домена), перечисленных в его конфигурации. Поэтому он поворачивается, чтобы спросить одного из них.

Корневые серверы имеют достоверную информацию о корневом домене. В частности, они знают все существующие домены верхнего уровня и их полномочные серверы. Затем запрос направляется на один из авторитетных серверов домена верхнего уровня, в котором находится целевое имя. Он снова может предоставить информацию о своем домене и переместить решение на один уровень вниз в дереве доменов. Таким образом, решение перемещается вверх по отдельным уровням иерархии доменов к месту назначения, пока не достигнет авторитетного сервера для искомого имени, который отправляет окончательный ответ.

Получение информации из такой системы осуществляется рекурсией. Преобразователь (программа перевода) постепенно перемещается от корня вниз по дереву, пока не найдет достоверную запись искомого домена. Отдельные DNS-серверы постепенно отсылают его к полномочному DNS для отдельных частей имени.

Пример: Давайте посмотрим, как будет происходить поиск по IP-адресу имени www.wikipedia.org:

Описанная выше процедура описывает полное решение данного запроса. Однако может случиться так, что один из адресованных серверов имеет запрошенную информацию в своем буфере, потому что он недавно решал соответствующий запрос. В таком случае он предоставляет неавторизованный ответ из буфера, и дальнейший опрос опускается. В буфере могут быть и промежуточные результаты — например, локальный DNS-сервер почти наверняка будет иметь в себе информацию об авторитетных серверах для домена org, так как он наверняка ищет ее то и дело. В таком случае шаги 2 и 3 будут пропущены, и локальный сервер будет напрямую обращаться к одному из уполномоченных серверов домена org с запросом.

Обратите внимание, что адресованные серверы в описанном примере демонстрируют два разных типа поведения. При рекурсивном разрешении запросов сервер обрабатывает запрос, находит ответ и отправляет его запрашивающему. Рекурсивный подход нагружает сервер (он должен следить за ходом решения, сохранять промежуточные результаты и т. д.), но ответ будет проходить через него и он может сохранить его в буфере. Локальные серверы обычно ведут себя таким образом, чтобы заполнить свои буферы и иметь возможность напрямую давать ответы другим интервьюерам. При нерекурсивном решении запроса сервер не решает запрос, а только предоставляет запрашивающему адреса других серверов для следующего запроса. Так ведут себя серверы на более высоких уровнях иерархии доменов (корневые и авторитетные серверы TLD), которые не способны обрабатывать рекурсивное поведение. В приведенном выше примере локальный сервер вел себя рекурсивно, а полномочные серверы корневого домена и домена org вели себя нерекурсивно (что соответствует действительности).

Наиболее распространенной задачей DNS является предоставление информации (чаще всего IP-адреса) для данного доменного имени. Но может и наоборот — сообщить имя, под которым зарегистрирован данный IP-адрес. Однако при вводе данных для обратных запросов необходимо было решить проблему с обратным расположением IP-адреса и доменного имени. В то время как IP-адрес имеет общую информацию (сетевой адрес) в начале, которая становится более точной справа до адреса компьютера, доменное имя имеет прямо противоположный порядок. Учреждению, подключенному к Интернету, обычно присваивается начало его IP-адреса и конец его доменного имени.

DNS устраняет это несоответствие, меняя порядок байтов в адресе в обратных запросах. Затем он добавляет домен in-addr.arpa к обратному адресу и ищет полученное «имя», используя стандартную процедуру. Например, если он ищет имя для IP-адреса 145.97.39.155, он запросит 155.39.97.145.in-addr.arpa. Реверсирование IP-адресов позволяет делегировать управление обратными доменами, соответствующими сетям и подсетям, администраторам соответствующих сетей и подсетей. В примере сеть 145.97.0.0/16 управляется голландской сетью SURFnet, которая также управляет соответствующим доменом 97.145.in-addr.arpa. Всякий раз, когда он вводит новый компьютер в сеть, он также может изменять данные в обратном домене, чтобы они соответствовали реальной ситуации.

Следует помнить, что на данные из обратных доменов нельзя полностью полагаться. В принципе, в обратный домен можно ввести практически любое имя. Например, никто не может запретить SURFnet объявлять компьютер 145.97.1.1 в обратной зоне, например, www.seznam.cz. Если это важно, рекомендуется проверить предоставленную информацию с помощью обычного запроса (здесь найдите IP-адрес www.seznam.cz и сравните его с 145.97.1.1). Если ответом является исходный IP-адрес, данные заслуживают доверия — администраторы как классического, так и обратного домена заявляют об одном и том же. Если они отличаются, значит, данные в обратном домене неверны.

Почти каждый DNS-сервер также функционирует как кеш DNS. В случае повторных запросов рекурсивный поиск по дереву не происходит, а ответ получается локально. Записи DNS также содержат информацию о том, как долго запись может использоваться (TTL), а также можно узнать, была ли запись изменена. По истечении срока действия запись удаляется из кэша DNS.

Проблема с сохранением записей в кеше возникает в случае изменения записи. Если администратор выставит TTL равным 6 часам, а затем внесет изменения в запись, то возникнет ситуация, что часть пользователей сети получит новую информацию, а часть — старую. Такая ситуация продлится ровно те 6 часов, в зависимости от настроек других серверов, а также в зависимости от времени, прошедшего с момента их последнего запроса.

Поэтому необходимо выбрать правильное соотношение между скоростью распространения изменений и сохраненной производительностью и пропускной способностью DNS-сервера. Если с Если изменения вносятся часто, целесообразно выбрать более короткий TTL в порядке единиц часов, если изменения почти не вносятся, TTL может быть в днях.

Чаще всего используются следующие типы исходных записей (в алфавитном порядке):

Данные о времени в секундах. Более новые реализации позволяют использовать суффиксы «M», «H», «D» и «W» (минута, час, день, неделя) в числах для большего удобства — например, 8h означает 8 часов, что то же самое, что и значение 28800. Давайте посмотрим, например, запись SOA:

Интернет-корпорация по присвоению имен и номеров (ICANN) — это организация, ответственная за присвоение и управление доменными именами и IP-адресами. Он также охватывает другие региональные организации, действующие на отдельных континентах. Затем в каждом штате есть назначенный администратор зоны, который следит за соответствующим ДВУ. Администратор может регистрировать домены либо сам, либо через так называемых регистраторов доменов, имеющих соответствующие полномочия.

ICANN публикует полный список всех администраторов TLD. Информация о владельцах доменов хранится в онлайн-базе данных, доступной через службу WHOIS. Реестры доменов содержат информацию о более чем 240 национальных и родовых доменах (ccTLD, gTLD). Например. в Чехии домен .cz управляется по ссылке: CZ.NIC z.s.p.o.

Регистрация и обслуживание домена является платной услугой, сборы обычно уплачиваются раз в год выбранному регистратору домена.