Detalhes sobre DNS

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DNS: Domain Name System

Se você gasta algum tempo na internet mandando e-mails ou navegando pela web, está utilizando servidores de domínios sem mesmo perceber. O sistema DNS (Domain Name System) forma uma das maiores, mais ativas e mais distribuídas bases de dados do planeta. Sem o DNS, a internet acabaria rapidamente.

Quando você navega na internet ou manda uma mensagem de e-mail, você estará utilizando um nome de domínio. Por exemplo, a URL "http://www.hsw.com.br" contém o nome de domínio howstuffworks.com. Assim como o endereço de e-mail "iknow@howstuffworks.com."

Nomes como “howstuffworks.com” são facilmente lembrados pelas pessoas, mas não ajudam em nada as máquinas. Todas elas usam endereços de IP para se referirem umas às outras. A máquina a que as pessoas se referem como "www.hsw.com.br", por exemplo, possui o endereço IP 216.183.103.150. Toda vez que se usa um nome de domínio, os servidores de domínios da internet (DNS) estarão traduzindo os nomes de domínio legíveis em endereços de IP reconhecidos pelas máquinas. Durante um dia de navegação e envio de e-mails, os servidores de domínios podem ser acessados inúmeras vezes.

Os servidores de domínios traduzem nomes de domínios em endereços de IP. Isto parece uma tarefa simples, e seria, exceto por cinco razões:

  1. Atualmente existem bilhões de endereços de IP em uso e a grande maioria das máquinas possui um nome legível associado.
  2. Alguns bilhões de requisições são feitas ao DNS todos os dias. Uma única pessoa pode fazer várias requisições em apenas um dia e existem muitas pessoas e máquinas usando a Internet diariamente.
  3. Nomes de domínio e endereços de IP podem mudar frequentemente (até mesmo diariamente).
  4. Novos nomes de domínio são criados todos os dias.
  5. Milhões de pessoas trabalham na mudança e no acréscimo de nomes de domínio e endereços de IP constantemente.

O sistema DNS é uma base de dados, e nenhuma outra em todo o globo recebe tantas requisições. É a única, também, modificada por milhões de pessoas todos os dias. Isso é o que faz o sistema DNS tão singular.

Endereços IP

Para manter todas as máquinas da Internet em perfeito funcionamento, cada uma delas é associada a um único endereço chamado endereço de IP. IP significa protocolo da Internet, e é um número de 32 bits normalmente apresentado como quatro “octetos” em um “número decimal pontuado.” Um endereço de IP comum se parece com esse: 

216.183.103.150

Os quatro números em um endereço de IP são chamados de octetos por possuírem valores entre 0 e 255 (256 possibilidades por octeto).

Toda máquina na Internet possui seu próprio endereço de IP (na verdade, tem ao menos UM endereço). Um servidor tem um endereço IP estático, que raramente muda. Uma máquina doméstica, que se conecta através de um modem, muitas vezes possui um endereço de IP designado pelo provedor no momento da conexão. Este endereço IP é único a cada sessão e pode mudar na próxima vez que houver uma conexão. Considerando isto, um provedor precisa apenas de um endereço IP para cada modem que dá suporte, ao invés de um para cada cliente (isso vale para ADSL ou conexões 3G também).

Se você estiver usando um computador com sistema operacional Linux, você pode ver seu endereço IP por meio do seguinte comando: 

aluno@M2:~$ ifconfig
eth0      Link encap:Ethernet  Endereço de HW 84:2b:2b:7c:54:f5  
          inet end.: 172.18.80.251  Bcast:172.18.127.255  Masc:255.255.128.0
          endereço inet6: fe80::862b:2bff:fe7c:54f5/64 Escopo:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Métrica:1
          pacotes RX:3634552 erros:0 descartados:145885 excesso:0 quadro:0
          Pacotes TX:608253 erros:0 descartados:0 excesso:0 portadora:0
          colisões:0 txqueuelen:1000 
          RX bytes:888269786 (888.2 MB) TX bytes:195176030 (195.1 MB)
          IRQ:21 Memória:f7fe0000-f8000000

No exemplo acima, a interface de rede eth0 (que é o dispositivo de hardware ou software que liga o computador fisicamente a Internet) possui o endereço IP 172.18.80.251. As demais informações descrevem outros parâmetros e características da interface de rede, e serão estudados em momento oportuno (mas não agora ;-).

Para que as máquinas acessem a Internet, é necessário apenas um endereço de IP para se conectar a um servidor. Você poderia digitar em seu navegador, por exemplo, a URL http://200.135.190.95 e alcançaria a máquina que contém o servidor web do IFSC. Porém essa forma de endereçar servidores na Internet é pouco prática. Nomes de domínio são estritamente usados para a nossa conveniência.

Nomes de domínios

Se precisássemos lembrar de todos os endereços de IP das páginas da Web que visitamos diariamente, ficaríamos malucos. Seres humanos não são bons em lembrar séries de números. No entanto, somos bons na lembrança de palavras, por isso usamos os nomes de domínios. Você possui, provavelmente, vários nomes de domínios guardados em sua cabeça. Como por exemplo:

  • www.hsw.com.br - um nome típico
  • www.google.com - o nome mais conhecido no mundo
  • www.mit.edu - um nome EDU (educacionais) bastante popular
  • encarta.msn.com - um servidor da Web que não começa com www
  • www.bbc.co.uk - um nome que utiliza quatro partes em vez de três
  • ftp.microsoft.com - um servidor FTP (em inglês) ao invés de um servidor da Web

As partes COM, EDU e UK destes servidores são chamadas de domínios principais ou domínios de primeiro nível. Existem vários domínios principais, incluindo COM, EDU, GOV, MIL, NET, ORG e INT, assim como as singulares combinações de duas letras para cada país (em inglês).

Em cada domínio principal existe uma enorme lista de domínios secundários. No domínio principal COM, por exemplo, tem-se:

  • howstuffworks
  • google
  • msn
  • microsoft
  • ... e milhões de outros.

Cada nome no domínio principal COM precisa ser único, mas podem existir réplicas entre os domínios. Por exemplo, howstuffworks.com e howstuffworks.org são duas máquinas completamente diferentes.

No caso de bbc.co.uk, este é um domínio terciário. São possíveis até 127 níveis, no entanto, mais do que quatro são raros.

A palavra mais à esquerda, como www ou encarta, é nome de hospedagem, que determina o nome de uma máquina específica (com um endereço de IP próprio) em um domínio. Um domínio concedido pode conter milhões de nomes de hospedagem desde que sejam únicos.

Por causa desta determinação de todos os nomes em um domínio serem únicos, é necessário que uma entidade controle a lista destes servidores e garanta que nenhuma duplicação aconteça. O domínio COM, por exemplo, não pode conter dois nomes iguais e uma empresa chamada Network Solutions (em inglês) é a responsável por manter esta lista. Ao registrar um nome de domínio, o processo passa por um dos inúmeros registradores que trabalham na Network Solutions para adicionar nomes à lista. Ao mesmo tempo, é mantida uma base de dados chamada whois (em inglês) que contém informações sobre o proprietário e o servidor de cada domínio. Se você acessar o formulário whois (em inglês), encontrará informações acerca de qualquer domínio existente.

Apesar de ser importante possuir uma autoridade central cuidando da base de dados referente aos nomes no domínio principal COM (e nos outros), você pode não querer centralizar a base de dados de todas as informações do domínio. A Microsoft, por exemplo, tem inúmeros endereços de IP e de nomes de hospedagens. Esta empresa quer manter seu próprio servidor de domínio pelo microsoft.com. Similarmente, a Grã-Bretanha quer administrar os domínios principais uk e a Austrália os domínios au, assim como nós brasileiros queremos administrar os domínios br. Por esta razão, o sistema DNS é um sistema partilhado. A Microsoft é completamente responsável pela manutenção do servidor microsoft.com: ela mantém as máquinas que implementam sua parte do sistema DNS, podendo mudar a base de dados de seu domínio sempre que necessitar, pois possui seus próprios servidores de domínio.

Todo domínio possui um servidor em algum lugar, responsável por lidar com as requisições, onde há uma pessoa mantendo os registros deste DNS. Esta é uma das partes mais extraordinárias deste sistema: ele está completamente espalhado por todo o planeta em milhões de máquinas, administradas por milhões de pessoas e, ainda assim, se comporta como uma base de dados única e integrada.

Servidores DNS

Servidores DNS fazem duas coisas o tempo todo:

  • Aceitam solicitações de programas para converter nomes de domínios em endereços de IP.
  • Aceitam solicitações de outros servidores para converter nomes de domínios em endereços de IP.

Quando uma solicitação chega, o servidor pode exercer uma das quatro opções:

  1. Pode responder diretamente com um endereço de IP, por já conhecer previamente este endereço do domínio.
  2. Pode contatar outros servidores e tentar encontrar o endereço de IP para que foi solicitado, um processo que pode ser repetido várias vezes.
  3. Pode dizer: “eu não sei o endereço de IP para o domínio solicitado, mas aqui está o endereço de IP de um servidor que sabe mais do que eu.”
  4. Pode retornar uma mensagem de erro, pois o domínio solicitado é inválido ou inexistente.

Ao digitar uma URL em seu navegador, o primeiro passo que este faz é converter o nome do domínio e da hospedagem em um endereço IP, para que o navegador solicite uma página da web à máquina que possui esse endereço de IP. Para fazer esta conversão, o navegador se comunica com um servidor DNS.

Ao configurar seu computador para se conectar a Internet, você (ou o software instalado para se conectar ao seu provedor) precisa informar ao computador qual o servidor DNS que deve ser usado para a conversão de nomes de domínios em endereços de IP. Para ver qual o servidor DNS configurado em seu computador (assumindo que ele esteja com Linux), use o comando nslookup: 

aluno@M2:~$ nslookup www.ifsc.edu.br
Server:		200.135.37.65
Address:	200.135.37.65#53

Non-authoritative answer:
Name:	www.ifsc.edu.br
Address: 200.18.10.13

A estrutura das informações mantidas no DNS

Como deve ter ficado claro na seção anterior, DNS (Domain Name System) é uma base de dados distribuída e hierárquica. Nela se armazenam informações para mapear nomes de máquinas da Internet para endereços IP e vice-versa, informação para roteamento de email, e outros dados utilizados por aplicações da Internet.

A informação armazenada no DNS é identificada por nomes de domínio que são organizados em uma árvore, de acordo com as divisões administrativas ou organizacionais. Cada nodo dessa árvore, chamado de domínio, possui um rótulo (na seção anterior isso foi denominado hospedagem). O nome de domínio de um nodo é a concatenação de todos os rótulos no caminho do nodo até a raiz. Isto é representado como uma string de rótulos listados da direita pra esquerda e separados por pontos (ex: ifsc.edu.br, sj.ifsc.edu.br). Um rótulo precisa ser único somente dentro do domínio pai a que pertence.

Por exemplo, um nome de domínio de uma máquina no IFSC pode ser mail.ifsc.edu.br, em que br é o domínio do topo da hierarquia ao qual mail.sj.ifsc.edu.br pertence. Já edu é um subdomíno de br, ifsc um subdomínio de edu, e mail o nome da máquina em questão.

Por razões administrativas, o espaço de nomes é dividido em áreas chamadas de zonas, cada uma iniciando em um nodo e se estendendo para baixo para os nodos folhas ou nodos onde outras zonas iniciam. Os dados de cada zona são guardados em um servidor de nomes, que responde a consultas sobre uma zona usando o protocolo DNS.

Clientes buscam informação no DNS usando uma biblioteca de resolução (resolver library), que envia as consultas para um ou mais servidores de nomes e interpreta as respostas.

Hierarquia-DNS.gif

(tirado do manual do BIND9)

Ver também o livro sobre DNS e BIND da O'Reilly.

Você pode consultar a IANA para conhecer as delegações dos top-level domains como o .br, por exemplo. A IANA é responsável por coordenar estas delegações em confirmidade com suas políticas. Consulte: top-level domains

Registros DNS

Cada rótulo na hierarquia DNS possui um conjunto de informações associadas a si. Essas informações são guardas em registros de diferentes tipos, dependendo de seu significado e propósito. Cada consulta ao DNS retorna assim as informações do registro pedido associado ao rótulo. Por exemplo, para ver o registro de endereço IP associado a www.ifsc.edu.br pode-se executar o comando dig (o resultado teve alguns comentários removidos): 

tisemp@sj-lin-des2-744934:~$ dig www.ifsc.edu.br
;; QUESTION SECTION:
;www.ifsc.edu.br.		IN	A

;; ANSWER SECTION:
www.ifsc.edu.br.	310	IN	A	200.135.190.95

;; AUTHORITY SECTION:
ifsc.edu.br.		3592	IN	NS	adns1.pop-sc.rnp.br.
ifsc.edu.br.		3592	IN	NS	ns1.ifsc.edu.br.
ifsc.edu.br.		3592	IN	NS	ns2.ifsc.edu.br.
ifsc.edu.br.		3592	IN	NS	adns2.pop-sc.rnp.br.

;; ADDITIONAL SECTION:
ns1.ifsc.edu.br.	3592	IN	A	200.135.190.1
ns2.ifsc.edu.br.	1061	IN	A	200.135.190.3
adns1.pop-sc.rnp.br.	493216	IN	A	200.237.192.10
adns1.pop-sc.rnp.br.	493216	IN	AAAA	2801:80:a88:4000::10
adns2.pop-sc.rnp.br.	493216	IN	A	200.135.14.10
adns2.pop-sc.rnp.br.	493216	IN	AAAA	2001:12f0:200:a014::10

Cada uma das informações acima mostra um determinado registro e seu conteúdo, como descrito na tabela abaixo:

Nome TTL Classe Registro Conteúdo do registro
hendrix.sj.ifsc.edu.br. 3600 IN A 200.135.37.65
sj.ifsc.edu.br. 3600 IN NS hendrix.sj.ifsc.edu.br.
sj.ifsc.edu.br. 3600 IN MX 10 hendrix.sj.ifsc.edu.br.

Obs: TTL é o tempo de validade (em segundos) da informação retornada do servidor de nomes, e classe é o tipo de endereço (no caso IN equivale a endereços Internet).

Os tipos de registros mais comuns são:

Registro Descrição Exemplo
A Endereço (Address) www.ifsc.edu.br IN A 200.135.190.95
NS Servidor de nomes (Name Server) sj.ifsc.edu.br IN NS hendrix.sj.ifsc.edu.br.
CNAME Apelido (Canonical Name) mail.sj.ifsc.edu.br IN CNAME hendrix.sj.ifsc.edu.br.
MX Roteador de email (Mail Exchanger) sj.ifsc.edu.br IN MX mail.sj.ifsc.edu.br.
SOA dados sobre o domínio (Start of Authority) sj.ifsc.edu.br IN SOA hendrix.sj.ifsc.edu.br. root.sj.ifsc.edu.br. 2009120102 1200 120 604800 3600
PTR Ponteiro para nome (Pointer) 65.37.135.200.in-addr.arpa IN PTR hendrix.sj.ifsc.edu.br.
TXT Texto genérico (Text) sj.ifsc.edu.br IN TXT "v=spf1 a mx ~all"

Uma zona assim é composta de um conjunto de registros com todas as informações dos domínios nela contidos. O conteúdo de uma zona, contendo o domínio example.com, pode ser visualizado abaixo: 

example.com  86400  IN	 SOA ns1.example.com.	hostmaster.example.com. (
			      2002022401 ; serial
			      10800 ; refresh
			      15 ; retry
			      604800 ; expire
			      10800 ; minimum
			     )
       IN  NS     ns1.example.com.
       IN  NS     ns2.smokeyjoe.com.
       IN  MX  10 mail.another.com.
       IN  TXT   "v=spf1 mx -all"

ns1    IN  A      192.168.0.1
www    IN  A      192.168.0.2
ftp    IN  CNAME  www.example.com.

bill   IN  A      192.168.0.3
fred   IN  A      192.168.0.4
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