Proseminar im WS 1996/97 Konzepte von Betriebssystemkomponenten NAME-SERVICE. Verwaltungssystem für Rechnernamen. Rainer Kerl 27.

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1 Proseminar im WS 1996/97 Konzepte von Betriebssystemkomponenten DOMAIN-NAME NAME-SERVICE Verwaltungssystem für Rechnernamen Rainer Kerl 27. Januar 1997 Betreuer: Stephan Reitzner, Thomas Riechmann

2 Domain Name System 2 Rainer Kerl INHALTSVERZEICHNIS 1 WAS IST DNS? GESCHICHTE BEGRIFFSKLÄRUNG KOMPONENTEN DES DOMAINSYSTEM DOMAINNAMESPACE RESOURCE RECORDS (RR) NAMESERVER ROOT-SERVER TOP-LEVEL DOMAINSERVER MASTER-SERVER CACHING-SERVER FORWARDER-SERVER RESOLVER IP-ADRESSEN IP IPV FUNKTIONSWEISE DES DNS DEZENTRALISIERUNG RESOLUTION REKURSIVE ANFRAGE ITERATIVE ANFRAGE CACHING REVERSE MAPPING LITERATUR... 10

3 Domain Name System 3 Rainer Kerl 1 Was ist DNS? 1.1 Geschichte In den Anfangszeiten des Internets wurden die Informationen über die angeschlossenen Rechner in einer zentralen Datei (hosts.txt) beim (Ur-) Network Information Center (NIC) gespeichert. Jeder Teilnehmer an diesem Netz mußte sich die neueste Version dieser Datei auf seinen Rechner holen, damit dieser alle teilnehmenden hosts erreichen konnte. Ein weiterer Nachteil dieser Methode waren die unterschiedliche Antwortzeiten bei einer Anfrage, da diese von der Position des Eintrags in der Datei abhing. Durch das unaufhaltsame Wachstum des Internets wurde das aufwendige Katalogsystem schnell zu langsam und kompliziert und damit untragbar. Im Jahr 1984 entwickelte Paul Mockapetris ein neues Verfahren, das die Speicherung der Informationen erleichterte: das Domain Name System 1.2 Begriffsklärung Das DNS ist ein verteiltes Directory-System. Aufgabe eines Directory-Systems ist das Verwalten von Informationen über Objekte, in unserem Fall über Objekte der Datenkommunikation. Als zentrale Komponente dieses Systems wird die hierarchische Strukturierung des Domainnamensraums betrachtet, welche die dezentralisierte Verwaltung der Informationen ermöglicht. Obwohl das DNS unter dem Druck des schnell wachsenden Internet konzipiert wurde, ist es mächtig genug, um unterschiedliche Netzprotokolle zu unterstützen. Hier wird es jedoch als Teil des Internet betrachtet. Prinzipiell kann ein DNS jegliche Art von Informationen speichern. Im Internet, die gängigste Anwendung für ein DNS, ist es für die Abbildung Hostname auf IP- Adresse zuständig.

4 Domain Name System 4 Rainer Kerl 2 Komponenten des Domainsystem 2.1 Domainnamespace Ziel des DNS ist es, die dezentrale Verwaltung von Informationen (z.b. IP- Adressen) über teilnehmende Rechner zu ermöglichen. Diese dezentrale Verwaltung der Informationen, sowie die Eindeutigkeit der Objektnamen kann nur durch eine baumartige Struktur des Domainnamespace erreicht werden; dies stellt somit die zentrale Komponente des DNS dar. Eine Domain ist ein kompletter Ast dieser baumartigen Struktur. Der volle Domainname eines Rechners besteht aus der Verkettung aller Domainnamen auf dem Pfad vom Rechner zu der Wurzel des Baums. Die einzelnen Namen werden dabei durch Punkte getrennt. Beispielsweise lautet der volle Namen des Rechners cssun im Internet cssun.rrze.uni-erlangen.de (siehe Abbildung) root (oder. ) com de Top-level domains sun porsche web uni-erlangen Second-level domains www ftp www informatik rrze egon cssun Abbildung: Beispiel für die Baumstruktur des Domainnamespace Von dem Network Information Centers (NIC) werden die ersten Domains unter der root-domain, die sogenannten Top-level Domains, verwaltet. Dies sind im Moment sieben (amerikanische) Domains, die benannt wurden nach der Art der Organisationen, denen die Rechner dieser Domains gehören:

5 Domain Name System 5 Rainer Kerl Top-level Domains: com edu gov mil net org int Commercial organizations Educational organizations Government organizations Military organizations Networking organizations Non-commercial organizations International organizations Daneben gibt es noch Top-Level Domains, die in Länder aufgeteilt werden: Länder- Domains: de fr uk at au eu Deutschland Frankreich Großbritannien Österreich Australien Europa Die einzelnen (Top-Level-) NICs verwalten die Second-level Domains. Diese können die Verwaltung der Third-level Domains dann weiter delegieren oder selbst erledigen. 2.2 Resource Records (RR) Wie schon beschrieben speichert das DNS nicht nur die IP-Adresse eines Rechners. Sämtliche Daten werden als ein Satz von Resource Records dargestellt. Name Class Type TTL Rdata Der Domainname des Objekts zu dem der RR gehört. Protokollgruppe (IN = Internet). RR-Typ. time to live (in Sekunden); Zeit wie lang dieser RR gültig ist und gecached werden darf. Daten, die das Objekt beschreiben, zu dem dieses RR gehört. Die Datenformate sind abhängig vom RR-Typ (s.u.).

6 Domain Name System 6 Rainer Kerl In folgender Tabelle sind die wichtigsten RR-Typen aufgeführt. RR Funktionalitaet RDATA-Feld A Die Adresse eines Hosts 32-bit IP-Adresse CNAME Definition eines Aliasnamen zu einem Domainname (Canonical Name) Canonical Name HINFO Host-Info wie Typ und CPU und Betriebssystem Betriebssystem MX Mail-Exchange 16-bit preference, Name des Mailhost NS Ein autoritativer Hostname Nameserver PTR Zeiger (pointer) zu einem Domainname SOA Beispiel für einen RR-Satz: Domainnamen Definiert Start Of Authority' fuer eine Zone mehrere Felder (NS- Name, Fehler-Mailbox, Serial-Nr. der Zonendaten, mehrere Timer) Name Class Type TTL Rdata IN A IN CNAME wwwcip.informatik.unierlangen.de inadrr.arpa 2.3 Nameserver IN HINFO HP840 UNIX IN PTR Ein Nameserver ist ein Programm, das über Informationen eines Teils des Namensraums verfügt, und in der Lage ist, Fragen (Queries) über diese Informationen zu beantworten. Es gibt verschiedene Kategorien von NS: Root-Server Als oberste Authorities verfügen sie über komplette Informationen für alle Top- Level Domains und sind in der Lage, den zuständigen NS für eine beliebige Subdomain zu ermitteln Top-level Domainserver Sie kennen alle NS für die Second-level Domains in ihrer Zone Master-Server Sie sind immer autorisiert für eine oder mehrere Zonen. Ein Masterserver teilt seine Arbeit auf mehre Server auf: Die Primary Nameserver und die Secondary Nameserver.

7 Domain Name System 7 Rainer Kerl Die Primary-NS laden ihre Zonendaten von einer Datei, während die Secondary- NS vom Primary-NS ihre Daten erhalten, welche (optional) in eigenen Backup- Dateien abgespeichert werden Caching-Server Nameserver sind normalerweise Caching-Server, d.h. sie speichern die aus anderen NS erworbenen Kenntnisse über den Domainnamensraum. Diese Daten bleiben solange erhalten, wie das ttl-feld (time to live) in dem entsprechenden RR angibt. Ein Caching-Only-Server ist ein Nameserver ohne Autorität über eine Domain und somit ohne eigene Daten. Er beantwortet Anfragen mit Informationen aus seinem Cache oder durch Fragen von autoritativen Nameservern. Solche Server sind zur Entlastung der Hauptserver da Forwarder-Server Sie sind NS mit voller Internet-Konnektivität, d.h. sie können problemlos Informationen von den Root-Servern oder anderen Master-Servern holen. Sie werden von anderen Nameservern zur Erledigung von Abfragen benutzt, die diese nicht beantworten können oder wollen. 2.4 Resolver Resolver sind Programme, die in der Lage sind, Informationen aus Nameservern abzufragen. Sie stellen eine aufrufbare Schnittstelle zum NS-Dienst dar. Resolver können Bibliotheken sein, die in die Internetapplikationen eingebunden sind. Resolver können auch eigenständige Programme sein (Beispiel: nslookup, dig)

8 Domain Name System 8 Rainer Kerl 3 IP-Adressen Jeder Rechner im Internet braucht eine gültige Adresse mit der er angesprochen werden kann, die IP-Adresse. 3.1 IP4 IP-Adressen werden in vier Zahlen, die durch Punkte getrennt werden, notiert (dotted quad notation). Jede Zahl repräsentiert dabei ein Byte, darf also Werte zwischen 0 und 255 annehmen. In dieser gruppenweisen Notation spiegelt sich die Aufteilung in Subnetze wider: Jeweils ein Teil der Adresse kennzeichnet das Netz dieser Adresse, und der andere stellt den "privaten" Anteil des Netzes dar. Am Beispiel der Uni-Erlangen ( x.x) wäre der Netzteil und x.x der private Teil über den die Organisation frei bestimmen kann. Die Organisation kann dann ihrerseits wieder Subnetze bilden. Die einzelne Subnetze werden in unterschiedliche Netzklassen aufgeteilt: Netzanteil Klasse Privatanteil Maximalanzahl 1 Byte A 3 Byte 16 Millionen 2 Byte B 2 Byte Byte C 1 Byte IPv6 Durch den "Einzug der Massen" in das Internet verringert sich die Anzahl der verfügbaren Adressen immer mehr. Zum anderen werden die Routing-Tabellen zunehmend unhandlicher, da mit der Anzahl der Rechner auch die Komplexität der Routing-Tabellen steigt. Das neue Protokoll sieht eine Notation vor, die aus acht, durch Doppelpunkte getrennten, vierstelligen Hexadezimalzahlen besteht. Mit den dadurch theoretische 3,4 x (2 128 ) zur Verfügung stehenden Adressen könnte jedem Quadratmeter Erde 1500 IPv6-Adressen zugewiesen werden. Adreßteile, die nur aus Nullen bestehen, können der Einfachheit halber durch zwei aufeinanderfolgende Doppelpunkte dargestellt werden. Eine Adresse mit 145A:45:8:0:0:0:251:4 kann auch als 145A:45:8::251:4 dargestellt werde. Führende Nullen können ebenso entfernt werden. Die alten IP4-Adressen werden durch ein eigenes Subnetz integriert, das 4 führende Nullen hat. Die IP4-Adresse wuerde beispielsweise als :: dargestellt. Neben einem verbesserten routing, stellt das neue Protokoll nicht nur Adressen sondern auch unterschiedlich Adressierungsarten zur Verfügung. Vorgesehen sind im Moment Multicast, Anycast und Unicast, wobei das erstere vor allem für Multimedia-Anwendungen prädestiniert ist.

9 Domain Name System 9 Rainer Kerl 4 Funktionsweise des DNS 4.1 Dezentralisierung Die Grundidee des DNS ist die Verteilung der Daten auf verschiedene Server, die jeweils für ihre (Unter-) Domain zuständig sind. 4.2 Resolution Bei einer Anfrage eines Resolver an einen Nameserver versucht dieser die IP- Adresse in seiner Datenbank zu finden. Gelingt ihm dies nicht, so kennt er den Namen eines anderen Servers, der bei diesem Problem weiterhelfen kann. Die Anfrage an den Nameserver kann auf zwei Arten geschehen, rekursiv oder iterativ Rekursive Anfrage Bei der rekursiven Variante fragt der Resolver einen Nameserver nach der IP- Adresse eines bestimmten hosts. Der Nameserver hat nun die Aufgabe die IP- Adresse eigenständig herauszufinden, indem er selbstständig die zuständigen Nameserver abfragt. Falls er die Information findet, liefert er diese zurück, ansonsten kommt eine Fehlermeldung Iterative Anfrage Stellt der Resolver nur eine iterative Anfrage, dann bekommt er von den Nameservern wie schon erwähnt die richtige IP-Adresse, oder die Adresse anderer Nameserver. Nun muß der Resolver selbst die anderen Nameserver befragen, bis er eine Antwort bekommt. 4.3 Caching Um den Prozeß der Resolution zu beschleunigen, versuchen die meisten Nameserver die Daten früherer Anfragen zu cachen. Dadurch muß bei ähnlichen Anfragen kein anderer Nameserver bemüht werden. Natürlich ist es nicht sinnvoll Informationen ewig zu speichern, deshalb gibt es den RR-Typ TTL. In der "Time To Live" wird festgehalten, wie lange die Daten im Speicher gehalten werden dürfen. 4.4 Reverse Mapping Das Auffinden der IP-Adresse eines Rechners ist durch das DNS verhältnismäßig leicht. Umgekehrt ist das Auffinden des Namens eines Rechners, dessen IP- Adresse bekannt ist, im Prinzip nur möglich, wenn der ganze Baum durchsucht wird. Um Letzteres zu erleichtern, wurde eine Domain eingeführt, welche IP-Adressen als Teil eines (pseudo-) hostnames benutzt, der wiederum zu dem Domainnamen des gesuchten Rechner zeigt. Die Domain, mit der das IP-Adresse zum Namen - Mapping verwirklicht wird, heißt IN-ADDR.ARPA und wird ebenfalls vom NIC verwaltet.

10 Domain Name System 10 Rainer Kerl Sucht man beispielsweise nach dem hostnamem des Rechners mit der IP-Adresse so fragt man den Nameserver einfach nach der IP-Adresse des Rechners in-addr.arpa. Das DNS liefert dann den cname des zurück. 5 Literatur ALBITZ, P.: DNS and BIND in a nutshell; Sebastopol, CA, O Reilly 1993 KIRCH, OLAF: Networkers Administration Guide HOSENFELD FRIEDHELM: Next Generation C t 11/96; Heise Verlag