DNSとは？Domain Name Systemの仕組みを解説

DNSとは？

DNS、つまりDomain Name Systemは、internet全体に分散した命名systemです。人間が読みやすいdomain nameをIP addressへ変換します。

DNSがなければ、google.comのような名前ではなく、142.250.80.46のようなaddressを覚える必要があります。

DNSは1980年代にPaul Mockapetrisによって作られ、RFC 1034とRFC 1035で標準化されました。拡大するinternetに対応できなかった古いHOSTS.TXT方式を置き換えました。

DNSが存在する理由

DNSがあるのは、人間は名前を覚えやすく、networkは数値でtrafficをrouteするからです。DNSは次を提供します。

• 人にやさしい名前 - IP addressではなくgithub.comと入力できます。
• Indirection - domainはbookmarkやlinkを変えずに新しいserverへ向けられます。
• Load balancing - 1つの名前を複数のIP addressへresolveできます。
• Email routing - MX recordsがmail serverへemailの配送先を伝えます。
• Domain verification - TXT recordsはservice、certificate、SPF、DKIM、DMARCでdomain ownershipを証明します。

DNS Resolutionの仕組み

BrowserがIP addressを必要とすると、recursive resolverがDNS hierarchyをたどって答えを探します。

You type: www.example.com

1. Browser cache
   If the answer is cached and not expired, use it.

2. Operating system cache
   The OS checks its DNS cache and hosts file.

3. Recursive resolver
   Your ISP resolver or a public resolver checks its cache.

4. Root name server
   Resolver asks: where are the .com servers?

5. TLD name server
   Resolver asks .com: where are example.com's nameservers?

6. Authoritative name server
   Resolver asks example.com's nameserver: what is www.example.com?

7. Answer
   Resolver caches the result and returns the IP address to your device.

DNSの階層構造

DNSは逆さまのtreeのように構成され、domain nameを右から左へ読んでいきます。

                    . (root)
                    |
           ---------------------
          .com       .org      .net       top-level domains
           |          |         |
       example    wikipedia   cloud      second-level domains
           |          |         |
         www         en        api       subdomains

Full domain: www.example.com.
The final dot represents the DNS root.

DNS Record Typesの解説

DNSは用途ごとに異なるrecord typeを保存します。

A      example.com.       93.184.216.34
AAAA   example.com.       2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946
CNAME  www.example.com.   example.com.
MX     example.com.       10 mail.example.com.
TXT    example.com.       "v=spf1 include:_spf.example.com ~all"
NS     example.com.       ns1.example.com.

DNS CachingとTTL

DNS answerはlookupを速くするためにcacheされます。cache durationはTTL、つまりTime To Liveで制御され、secondsで指定されます。

• 300秒のような短いTTLは、変更を早く反映したいときに役立ちます。
• 3600秒や86400秒のような長いTTLは、DNS trafficを減らしspeedを改善します。
• 計画的なmigration前には24-48時間前にTTLを下げ、変更が安定したら再度上げます。

DNS Propagation

DNS propagationとは、世界中のresolverで古いcached answersがexpireするまでにかかる時間です。

DNS Security

従来のDNSはprivacyやauthenticationを前提に設計されていません。現代の拡張はsystemの異なる部分を改善します。

Without DNSSEC:
  Resolver asks: What is example.com?
  Attacker replies: It is 6.6.6.6
  Resolver has no built-in way to verify the answer.

With DNSSEC:
  Resolver checks cryptographic signatures.
  Fake answers fail validation and are rejected.

より良い保護には、DNSSECでauthenticityを高め、DoHまたはDoTで通信中のprivacyを高める組み合わせが有効です。

Public DNS Resolvers

ISP resolverの代わりにpublic resolverを使うこともできます。代表的な選択肢は次の通りです。

DNS問題のTroubleshooting

DNS問題があると、server自体は動いていてもdownしているように見えることがあります。よくある原因は次の通りです。

便利なDNS Commands

terminalからDNSをdebugするには、次のcommandsが便利です。

# nslookup
nslookup example.com
nslookup -type=MX example.com
nslookup example.com 8.8.8.8

# dig
dig example.com A
dig example.com MX
dig @8.8.8.8 example.com
dig +trace example.com
dig +short example.com

# Flush DNS cache on Windows
ipconfig /flushdns