O que é DNS? Como funciona o DNS!

O Sistema de Nomes de Domínio (DNS) é frequentemente comparado à lista telefônica da Internet, mas é muito mais dinâmico e complexo do que qualquer lista estática de contatos. Nesta postagem do blog, vamos nos aprofundar no que é o DNS, como ele funciona, a função dos servidores DNS e as complexidades da segurança e do desempenho do DNS.

Quer você seja um novato em redes ou um administrador experiente, compreender o DNS é crucial para navegar e proteger a Internet. Vamos entender o que é DNS:

O que é DNS?

DNS significa Domain Name System, um sistema que traduz nomes de domínio amigáveis, como www.example.com em endereços IP amigáveis à máquina, como 192.0.2.1. Esta tradução é essencial porque, embora os nomes de domínio sejam fáceis de lembrar pelas pessoas, os computadores e as redes na Internet localizam-se uns aos outros através de endereços IP.

Como funciona o DNS

DNS é uma tecnologia fundamental que torna a Internet fácil de usar e acessível. Vamos explorar detalhadamente o funcionamento intrincado do DNS, enfatizando o processo contínuo que ele segue para conectá-lo aos vastos recursos disponíveis online.

Os princípios básicos do DNS

O Sistema de Nomes de Domínio (DNS) é um sistema de nomenclatura hierárquico e descentralizado usado para computadores, serviços ou qualquer recurso conectado à Internet ou a uma rede privada. Associa diversas informações aos nomes de domínio atribuídos a cada uma das entidades participantes. Mais importante ainda, ele traduz nomes de domínio memorizados mais facilmente em endereços IP numéricos necessários para localizar e identificar serviços e dispositivos de computador com os protocolos de rede subjacentes.

Processo de consulta DNS

Para entender completamente como funcionam as consultas DNS, imagine que você deseja visitar www.example.com. Aqui está uma análise detalhada do processo de resolução de DNS:

Solicitação inicial do usuário:
Quando você digita www.example.com em seu navegador da web, o navegador inicia uma consulta DNS para encontrar o endereço IP correspondente ao domínio.
Entrando em contato com o servidor DNS recursivo:
A consulta chega primeiro a um servidor DNS recursivo, normalmente fornecido pelo seu provedor de serviços de Internet (ISP). Este servidor assume a responsabilidade de rastrear o endereço IP do domínio.
Consultando o servidor de nomes raiz:
Se o servidor recursivo não tiver o endereço IP do domínio solicitado armazenado em cache, ele consultará um dos servidores de nomes raiz. O servidor de nomes raiz não conhece o endereço IP, mas direciona o servidor recursivo para o servidor de nomes de domínio de nível superior (TLD) apropriado (por exemplo, para .com domínios).
Consultando o servidor de nomes TLD:
O servidor de nomes TLD possui informações sobre os nomes de domínio em seu domínio (como .com). Ele não sabe o endereço IP exato, mas sabe qual servidor de nomes autoritativo contém o endereço IP do domínio que está sendo consultado.
Entrando em contato com o servidor de nomes oficial:
A consulta é então enviada ao servidor de nomes oficial que possui dados específicos para www.example.com. Este servidor contém o endereço IP real do domínio.
Retornando o endereço IP:
O servidor de nomes autoritativo responde ao servidor DNS recursivo com o endereço IP de www.example.com.
Acessando o site:
O servidor recursivo passa o endereço IP de volta ao seu navegador. Seu navegador agora pode fazer uma solicitação HTTP direta ao endereço IP do www.example.com, que carrega o site.

Demonstração Visual da Resolução DNS

Para ajudar a visualizar o processo de resolução de DNS, considere o seguinte diagrama:

User's Browser -> Recursive DNS Server -> Root Server -> TLD Server -> Authoritative Server -> IP Address Returned -> User's Browser Connects to the Website

Essa sequência garante que, independentemente de onde as informações de um domínio estejam armazenadas, o DNS possa recuperá-las de forma eficiente e transparente.

Código de exemplo: simulando uma consulta DNS

Para uma demonstração básica, você pode usar ferramentas de linha de comando para simular como funciona uma consulta DNS. Veja como você pode usar o nslookup comando para consultar o endereço IP de um domínio:

nslookup www.example.com

Este comando mostrará a série de servidores contatados e os endereços IP retornados, ilustrando o processo de resolução de DNS em ação.

Tipos de servidores DNS

Os servidores DNS são categorizados com base em suas funções na arquitetura DNS. Cada tipo desempenha um papel crucial no processo de resolução de um nome de domínio em um endereço IP. A compreensão desses diferentes tipos de servidores DNS ajuda a esclarecer como o sistema DNS consegue permanecer resiliente e eficiente.

Servidores DNS recursivos

Os servidores DNS recursivos atuam como intermediários entre um cliente (por exemplo, seu navegador da web) e os servidores DNS que armazenam os dados necessários para transformar um nome de domínio em um endereço IP. Aqui está uma análise mais aprofundada de sua funcionalidade:

Papel e Função: os servidores DNS recursivos cuidam do trabalho braçal de fazer várias consultas DNS a vários servidores DNS na hierarquia DNS em nome do cliente. Isso começa com o servidor de nomes raiz e continua até atingir um servidor de nomes autoritativo que contém o registro DNS real.
Mecanismo de cache: para melhorar a eficiência e acelerar o processo de resolução, os servidores DNS recursivos armazenam em cache os resultados da consulta DNS. Isso significa que se chegar outra solicitação para o mesmo nome de domínio, o servidor DNS recursivo poderá fornecer a resposta armazenada em cache sem ter que passar novamente pelo processo completo de pesquisa de DNS.
Impacto na experiência do usuário: Ao armazenar em cache e lidar com cadeias de consulta complexas, os servidores DNS recursivos reduzem significativamente o tempo de carregamento das páginas da web e melhoram a experiência geral do usuário.

Servidores de nomes raiz

Os servidores de nomes raiz servem como guias de navegação primários na hierarquia do DNS, direcionando as consultas para locais mais específicos.

Topo da Hierarquia: eles estão no ápice da hierarquia de pesquisa de DNS e são cruciais para direcionar os servidores recursivos para o servidor de nomes de TLD apropriado com base na extensão do domínio (.com, .net, .org, etc.).
Distribuição Global: Há um número limitado de servidores de nomes raiz estrategicamente localizados em todo o mundo. São operados por diversas organizações independentes, garantindo robustez e diversidade no controle da infraestrutura DNS.
Papel na resolução de DNS: embora não armazenem informações de domínio específicas, os servidores de nomes raiz são essenciais para apontar os servidores recursivos na direção certa, garantindo que as consultas sejam roteadas para o servidor de nomes de TLD correto.

Servidores de nomes de TLD

Os servidores de nomes de domínio de nível superior (TLD) são responsáveis por gerenciar registros de domínio em domínios de nível superior específicos, como .com ou .net e códigos de países como .uk ou .jp.

Gerenciando registros de domínio: os servidores de nomes de TLD têm uma lista abrangente dos domínios registrados em cada TLD e consultas diretas aos servidores de nomes autorizados específicos associados a cada domínio.
Importância no roteamento: eles são uma etapa crítica para restringir a consulta DNS de um contexto amplo para um contexto mais específico, facilitando respostas mais rápidas ao se concentrar na parte direita do namespace do domínio.

Servidores de nomes autorizados

Os servidores de nomes autorizados são a parada final no processo de consulta DNS. Eles mantêm os registros DNS reais.

Dados oficiais: esses servidores armazenam os registros DNS (como registros A, MX e CNAME) para seus respectivos domínios. Quando consultados por um servidor DNS recursivo, eles fornecem as respostas definitivas para endereços IP de nomes de domínio.
Resposta Direta: ao contrário de outros tipos de servidores DNS, que podem se referir a outros servidores, os servidores de nomes autorizados fornecem a informação final necessária para resolver uma consulta de nome de domínio.
Redundância e balanceamento de carga: Muitas vezes, existem vários servidores de nomes autorizados para redundância e balanceamento de carga, garantindo alta disponibilidade e confiabilidade das respostas DNS.

Importância do DNS

A importância do Sistema de Nomes de Domínio (DNS) no cenário das comunicações digitais e da tecnologia da Internet não pode ser exagerada. Ele constitui a espinha dorsal do uso diário da Internet, mas seu papel crítico muitas vezes passa despercebido pela maioria dos usuários devido à sua operação nos bastidores. Vamos nos aprofundar em por que o DNS é tão indispensável:

Simplifica a navegação na Internet

Imagine precisar lembrar o endereço IP de cada mecanismo de busca, plataforma de mídia social ou site de notícias que você deseja visitar. Os endereços IP não são apenas complexos e difíceis de memorizar, mas também podem mudar frequentemente devido à natureza dinâmica da Internet.

O DNS elimina esse desafio, permitindo-nos usar nomes de domínio memoráveis (como www.google.com), que são muito mais fáceis de lembrar do que endereços IP numéricos como 192.168.1.1.

Permite escalabilidade da Internet

A Internet consiste em bilhões de dispositivos conectados, cada um exigindo um endereço IP. À medida que o número de dispositivos e serviços online continua a crescer exponencialmente, o DNS fornece um método escalável e eficiente para gerir o grande número de nomes de domínio e os seus endereços IP correspondentes. Sem o DNS, a escalabilidade da Internet seria significativamente prejudicada, impactando tudo, desde a implantação de novos sites até a conectividade de dispositivos IoT (Internet das Coisas).

Suporta alterações dinâmicas de endereço IP

Em muitos casos, os endereços IP associados a um nome de domínio podem mudar devido a alterações na hospedagem, ajustes de balanceamento de carga ou reconfigurações de rede.

O DNS lida com essas alterações perfeitamente, atualizando os respectivos registros DNS. Os usuários continuam acessando sites com o mesmo nome de domínio, completamente inconscientes das alterações de endereço IP subjacentes, garantindo uma experiência de usuário tranquila e consistente.

Facilita a distribuição de carga

Para sites populares que recebem milhões de visitas por dia, não é viável lidar com todo o tráfego através de um único servidor. O DNS oferece suporte a estratégias de distribuição de carga, como geo-DNS, Anycast DNS e round-robin DNS.

Essas técnicas permitem que as solicitações sejam distribuídas entre vários servidores e data centers em todo o mundo, otimizando o desempenho e reduzindo o risco de sobrecargas nos servidores.

Crucial para a continuidade dos negócios e recuperação de desastres

O DNS é fundamental na implementação de estratégias de recuperação de desastres.

Ao controlar a direção do tráfego por meio de ajustes de DNS, as empresas podem redirecionar seu tráfego para servidores ou data centers alternativos em resposta a falhas de servidor, ataques DDoS ou outros tipos de interrupções de rede. Esta flexibilidade é crucial para manter a continuidade operacional e minimizar o tempo de inatividade.

Suporta vários serviços de rede

Além da navegação na web, o DNS é parte integrante de vários outros serviços de rede, incluindo roteamento de e-mail, serviços em nuvem e streaming de mídia digital.

Por exemplo, quando você envia um email, o DNS ajuda a rotear o email para o servidor de email correto usando registros MX (Mail Exchange). Da mesma forma, muitos serviços baseados em nuvem dependem do DNS para gerenciar com eficiência a conectividade entre usuários e aplicativos.

Melhora a segurança

O DNS desempenha um papel crítico na segurança da rede. Através de recursos como DNSSEC (Extensões de Segurança DNS), ele fornece uma camada de autenticação que ajuda a prevenir ataques de falsificação de DNS onde os dados são manipulados para redirecionar usuários a sites maliciosos. Embora o próprio DNS tenha vulnerabilidades, os avanços e protocolos contínuos visam reforçar a sua segurança, tornando a Internet um lugar mais seguro para utilizadores e empresas.

Desafios e soluções de segurança de DNS

Compreender os desafios de segurança associados ao DNS é crucial porque, apesar do seu design robusto, a infraestrutura DNS não está imune a ameaças cibernéticas. Esses desafios podem comprometer a privacidade pessoal, as operações comerciais e a integridade das comunicações pela Internet.

Ameaças Comuns

Falsificação de DNS (envenenamento de cache): esse ataque envolve corromper o cache DNS com informações falsas, levando os usuários a sites maliciosos em vez dos legítimos que pretendem visitar. É particularmente perigoso porque pode ser usado para roubar informações confidenciais ou distribuir malware.
Ataques DDoS no DNS: Os ataques distribuídos de negação de serviço (DDoS) em servidores DNS visam sobrecarregá-los com uma inundação de tráfego, o que pode tornar o carregamento dos sites lento ou inacessível. Esse tipo de ataque pode prejudicar as empresas, colocando seus serviços on-line off-line.
Sequestro de DNS: no sequestro de DNS, o invasor redireciona as consultas para um servidor DNS fraudulento, que por sua vez direciona os usuários para sites maliciosos. Isso pode ser feito alterando as configurações de DNS no computador de um usuário ou comprometendo o próprio provedor de DNS.
Tunelamento DNS: O tunelamento DNS envolve a codificação de dados de outros protocolos em consultas e respostas DNS. Ele pode ser usado para exfiltração de dados ou para contornar os controles de segurança da rede para acessar conteúdo ou serviços restritos.

Medidas de segurança

Para combater estas ameaças, foram desenvolvidas diversas medidas e protocolos de segurança:

DNSSEC (extensões de segurança DNS): O DNSSEC protege contra o redirecionamento não autorizado de entradas DNS, fornecendo uma camada de autenticação. Garante a integridade e autenticidade dos dados recebidos de um servidor DNS, utilizando assinaturas criptográficas para validar que os dados não foram modificados.
Limitação de taxa: A implementação da limitação de taxa em servidores DNS pode mitigar o impacto dos ataques DDoS. Ao restringir o número de solicitações que um servidor pode atender de uma única fonte em um determinado período, a limitação de taxa ajuda a manter a disponibilidade do serviço mesmo sob carga.
Lista negra de IP: envolve o bloqueio do tráfego de endereços IP conhecidos como maliciosos. Os provedores de DNS e administradores de rede usam inteligência contra ameaças para atualizar continuamente os bancos de dados da lista negra, o que ajuda a impedir que o tráfego de fontes prejudiciais conhecidas acesse uma rede ou sistema.
Roteamento DNS Anycast: Anycast permite que vários servidores distribuídos geograficamente compartilhem o mesmo endereço IP. Quando uma consulta DNS é feita, ela é roteada para o servidor mais próximo ou com melhor desempenho. Isto não só melhora o tratamento de carga e os tempos de resposta, mas também proporciona resiliência contra ataques, uma vez que o tráfego pode ser redirecionado para outros servidores no caso de um ataque a um servidor.
Atualizações regulares de software: Manter o software DNS atualizado é crucial para proteção contra vulnerabilidades. As atualizações de software geralmente incluem patches para falhas de segurança que podem ser exploradas por invasores.

Desafios e soluções de segurança de DNS

Ameaças Comuns

O DNS enfrenta várias ameaças à segurança, como:

Falsificação de DNS (envenenamento de cache): Corrupção maliciosa de dados DNS para redirecionar usuários a sites fraudulentos.
Ataques DDoS: Servidores DNS sobrecarregados com solicitações excessivas para interromper serviços normais.
Sequestro de DNS: Redirecionando consultas para servidores DNS maliciosos, comprometendo as configurações de DNS.

Medidas de segurança

Para proteger contra estas vulnerabilidades, vários protocolos de segurança foram desenvolvidos:

DNSSEC (extensões de segurança DNS): adiciona assinaturas criptográficas aos dados DNS para garantir a autenticidade.
Limitação de taxa: controla o número de solicitações que um servidor DNS irá processar, protegendo contra ataques DDoS.
Lista negra de IP: evita que o tráfego de endereços IP maliciosos conhecidos chegue aos servidores DNS.

Melhorias no desempenho do DNS

Otimizar o desempenho do DNS é essencial para garantir que a Internet permaneça rápida e confiável. Esta seção se aprofunda em duas estratégias cruciais para melhorar o desempenho do DNS: cache do DNS e distribuição de carga.

Cache DNS

O cache DNS é uma técnica usada para acelerar a resolução de consultas DNS, armazenando resultados de pesquisas anteriores em vários pontos da arquitetura DNS. Este mecanismo reduz a necessidade de resolver repetidamente um nome de domínio sempre que este é solicitado, diminuindo assim o tempo de resposta para consultas DNS e reduzindo a carga nos servidores DNS.

Cache no nível do navegador: os navegadores da Web normalmente mantêm um cache local de registros DNS. Quando um URL é solicitado, o navegador primeiro verifica seu cache para ver se o endereço IP do domínio está armazenado, o que pode acelerar significativamente o tempo de carregamento da página da web, ignorando consultas DNS adicionais.
Cache do sistema operacional: o sistema operacional no dispositivo de um usuário também armazena informações de DNS em cache. Depois que um navegador verifica seu cache, ele consulta o cache do sistema operacional antes de entrar em contato com um servidor DNS externo. Isso não apenas acelera o processo de resolução de DNS, mas também reduz o tráfego de rede.
Cache do Resolvedor Recursivo: quando os servidores DNS recursivos recebem respostas de servidores autoritativos, eles armazenam essas respostas em cache. Consultas futuras para o mesmo domínio poderão ser respondidas a partir deste cache se as informações ainda forem consideradas válidas com base no Time to Live (TTL) associado ao registro DNS.

O TTL é um valor crítico nos registros DNS que especifica por quanto tempo um resolvedor deve armazenar em cache o resultado da consulta DNS. Gerenciar os valores TTL adequadamente é vital para equilibrar o desempenho e garantir que os usuários recebam os dados mais atuais.

Distribuição de carga

A distribuição eficaz da carga é crucial para que os servidores DNS lidem com grandes volumes de consultas sem degradação do desempenho. Aqui estão várias técnicas empregadas para conseguir isso:

Balanceamento de carga: o balanceamento de carga DNS envolve a distribuição de solicitações DNS entre vários servidores, garantindo que nenhum servidor suporte muita carga. Isso pode evitar sobrecargas do servidor, especialmente durante períodos de tráfego intenso, e pode ajudar a obter tempos de resolução de DNS mais consistentes.
Servidores DNS distribuídos geograficamente: Ao colocar servidores DNS em várias localizações geográficas, as consultas DNS podem ser roteadas para o servidor mais próximo ou menos ocupado. Isso não apenas acelera o processo de resolução de DNS, mas também fornece um mecanismo de failover caso um servidor ou um local inteiro sofra uma interrupção.
Roteamento Anycast: Anycast é um método de endereçamento e roteamento de rede onde as solicitações recebidas podem ser direcionadas para vários locais. No DNS, o anycast permite que vários servidores distribuídos geograficamente compartilhem o mesmo endereço IP. As consultas DNS são roteadas para o servidor mais próximo no grupo anycast, reduzindo assim a latência e melhorando o manuseio da carga.

Exemplos práticos e casos de uso de DNS

Para compreender melhor as aplicações práticas e o papel crítico do DNS em vários cenários, vamos explorar alguns exemplos concretos e casos de uso. Essas instâncias demonstram como o DNS opera no uso diário da Internet, em ambientes de negócios e em configurações tecnológicas específicas.

Exemplo de consulta DNS do mundo real

Vamos examinar um cenário passo a passo de como o DNS funciona quando você deseja visitar um site:

Inserindo o URL do site: Você digita www.examplestore.com em seu navegador para conferir uma nova loja online.
Consulta DNS do navegador: Seu navegador verifica seu cache para ver se possui um registro recente do endereço IP para www.examplestore.com. Caso contrário, ele envia uma consulta ao resolvedor DNS configurado no seu dispositivo (normalmente fornecido pelo seu ISP).
Servidor DNS recursivo: o resolvedor DNS do ISP verifica seu cache. Se o IP não for encontrado, ele envia uma consulta a um dos servidores DNS raiz.
Raiz para servidor TLD: O servidor raiz direciona a consulta ao servidor DNS do TLD apropriado para .com domínios.
Servidor TLD para servidor autoritativo: O servidor TLD refere o servidor recursivo ao servidor DNS autoritativo responsável por examplestore.com.
Recuperando o endereço IP: o servidor autoritativo possui o endereço IP e o retorna ao servidor recursivo, que por sua vez o envia de volta ao seu navegador.
Acessando o site: Seu navegador usa o endereço IP para estabelecer uma conexão com o servidor web que hospeda www.examplestore.come a página da Web é carregada.

Este exemplo ilustra o processo contínuo por trás da inserção de um URL e da exibição de uma página da Web em seu dispositivo – uma orquestração complexa que envolve vários servidores DNS, todos trabalhando juntos de forma eficiente.

Caso de uso comercial: balanceamento de carga global

Considere uma empresa multinacional, GlobalCorp, que tem clientes em todo o mundo acessando seus serviços em www.globalcorp.com.

DNS para gerenciamento de tráfego: Para garantir que todos os usuários tenham acesso rápido ao seu site, independentemente da localização, a GlobalCorp utiliza soluções geo-DNS. Essa abordagem direciona os usuários ao data center mais próximo que hospeda seu conteúdo da web.
Implementação: Quando um usuário na Europa tenta acessar www.globalcorp.com, a consulta DNS é encaminhada através de servidores recursivos locais que interagem com servidores DNS configurados para reconhecer a localização geográfica do utilizador e direcioná-lo para o servidor mais próximo na Europa.
Benefícios: isso reduz a latência, diminui a carga em qualquer servidor único e melhora a experiência do usuário ao acelerar o carregamento do site.

DNS no roteamento de e-mail

O DNS também é crucial para rotear e-mails por meio de registros MX (Mail Exchange). Por exemplo:

Configuração de e-mail: Uma empresa, Example Inc., usa @exampleinc.com para seus e-mails. Os registros MX exampleinc.com são configurados no DNS para apontar para seus servidores de e-mail.
Como os e-mails são roteados: Quando alguém envia um e-mail para user@exampleinc.com, o servidor de e-mail deles usa DNS para pesquisar os registros MX exampleinc.com para descobrir para qual servidor enviar o e-mail.
Eficiência operacional: Isso garante que todos os e-mails enviados para exampleinc.com os endereços chegam ao seu destino de forma eficiente, facilitando comunicações comerciais confiáveis e rápidas.

Conclusão

O DNS é um componente indispensável da infraestrutura da Internet, permitindo uma navegação fácil na web. Ao traduzir nomes de domínio em endereços IP, o DNS serve como espinha dorsal da comunicação digital.

Para aqueles que desejam se aprofundar, recursos como os documentos RFC (Request for Comments), as diretrizes de segurança do DNS da ICANN e os artigos técnicos sobre a arquitetura do DNS fornecem informações abrangentes.

Compreender o DNS e suas operações não apenas aprimora suas habilidades de rede, mas também prepara você para proteger e otimizar melhor suas interações na Internet ou as da sua organização.