Grundlagen und Funktionsweise des Domain Name System

Das Domain Name System (DNS) wandelt menschenlesbare Domainnamen in maschinenlesbare IP-Adressen um.

Alle Computersysteme im Internet – von Ihrem Desktop oder Mobilgerät bis hin zu den Servern, die Daten für große Einzelhandels-Websites bereitstellen – verwenden Zahlen, um einander zu finden und miteinander zu kommunizieren. Diese Zahlen werden als IP-Adressen bezeichnet. Wenn Sie einen Webbrowser öffnen und eine Website aufrufen, müssen Sie sich keine Zahlenreihen merken oder eingeben. Stattdessen können Sie einen Domainnamen wie example.com eingeben und werden dennoch zur richtigen Seite geleitet.

Ein DNS-Dienst ist ein weit verteiltes System, das menschenlesbare Namen direkt in die numerischen IP-Adressen umwandelt, die Computer verwenden, um sich miteinander zu verbinden. Das DNS-System im Internet funktioniert ähnlich wie ein Telefonbuch, da es die Zuordnung zwischen Kontaktdaten verwaltet. DNS-Server wandeln Namensanfragen in numerische IP-Adressen um und bestimmen, welchen Server ein Benutzer erreicht, wenn er einen Domainnamen in seinen Webbrowser eingibt. Diese Anfragen werden als Abfragen bezeichnet.

Funktionsweise von DNS

Die Domain-Name-System-Auflösung wandelt einen Domainnamen in eine computerfreundliche IP-Adresse um (z. B. 192.168.1.1 oder 192.158.1.38). Jedem Gerät im Internet ist eine IP-Adresse zugewiesen, und diese Kontaktinformation ist erforderlich, um das entsprechende Gerät im Internet zu finden – genauso wie eine Straßenadresse verwendet wird, um ein bestimmtes Haus zu finden. Wenn ein Benutzer eine Webseite anfordert, muss eine Übersetzung zwischen dem, was der Benutzer in seinen Browser eingibt, und der maschinenfreundlichen Adresse erfolgen, die benötigt wird, um die Webseite example.com zu lokalisieren.

Um den Prozess der DNS-Auflösung zu verstehen, ist es notwendig, zunächst die verschiedenen Hardwarekomponenten kennenzulernen, die eine DNS-Abfrage durchläuft. Mit Ausnahme der ursprünglichen Anfrage findet die DNS-Suche „hinter den Kulissen“ im Webbrowser statt und erfordert keine Interaktion vom Computer des Benutzers.

DNS-Typen

Ein autoritativer DNS-Dienst bietet Entwicklern eine Optimierungsmethode zur Verwaltung ihrer öffentlichen DNS-Namen. Er beantwortet DNS-Abfragen, indem er Domainnamen in IP-Adressen umwandelt, sodass Computer miteinander kommunizieren können. Der autoritative DNS hat die endgültige Autorität über eine Domain und ist dafür verantwortlich, rekursiven DNS-Servern IP-Adressinformationen bereitzustellen.

Kunden fragen autoritative DNS-Dienste selten direkt ab. Stattdessen verbinden sie sich typischerweise mit einem rekursiven DNS-Anbieter. Ein rekursiver DNS-Dienst funktioniert ähnlich wie ein Hotel-Concierge: Obwohl er keine eigenen DNS-Einträge besitzt, dient er als Schnittstelle, die DNS-Informationen in Ihrem Auftrag abrufen kann. Wenn ein rekursiver DNS die DNS-Referenz für einige Zeit zwischenspeichert, beantwortet er eine DNS-Abfrage durch Bereitstellung der Ursprungs- oder IP-Details. Falls nicht, leitet er die Abfrage an einen oder mehrere vertrauenswürdige DNS-Server weiter, um die Informationen zu sammeln.

Welche Schritte sind an einer DNS-Suche beteiligt?

Das Domain Name System wird häufig mit der Übersetzung eines Domainnamens in die entsprechende IP-Adresse in Verbindung gebracht. Um zu verstehen, wie dieser Prozess funktioniert, verfolgen Sie den Weg einer DNS-Suche vom Internetbrowser über das DNS-Suchverfahren und zurück. Gehen wir die Schritte durch.

Bitte beachten Sie, dass DNS-Suchinformationen häufig zwischengespeichert werden – entweder lokal auf dem anfragenden Arbeitsplatz oder an entfernter Stelle in der DNS-Infrastruktur. Eine DNS-Suche besteht typischerweise aus acht Schritten. Wenn DNS-Daten zwischengespeichert sind, werden Schritte im DNS-Suchverfahren übersprungen, was den Vorgang beschleunigt. Das folgende Beispiel zeigt alle wesentlichen Schritte, wenn kein Cache vorhanden ist.

Schritt 1: Rekursive DNS-Resolver-Abfrage des Betriebssystems

Da das Betriebssystem den Standort von „www.example.com“ nicht kennt, fragt es einen DNS-Resolver ab. Dieselbe Abfrage, die das Betriebssystem an den DNS-Resolver sendet, enthält ein spezielles Flag, das angibt, dass es sich um eine „rekursive Abfrage“ handelt. Dies bedeutet, dass der Resolver die Rekursion abschließen und entweder eine IP-Adresse oder einen Fehler zurückgeben muss.

Schritt 2: Iterative DNS-Resolver-Abfrage an den Root-Server

Der Resolver beginnt damit, die IP-Adresse von „www.example.com“ bei einem der Root-DNS-Server anzufordern. Da diese Abfrage kein rekursives Flag enthält, handelt es sich um eine „iterative Abfrage“, was bedeutet, dass die Antwort der Standort eines autoritativen Nameservers, eine Adresse oder ein Fehler sein muss. Der verborgene nachgestellte „.“ am Ende des Domainnamens repräsentiert die Root-Ebene. Dieser zusätzliche „.“ ist nicht erforderlich, da Ihr Browser ihn automatisch hinzufügt.

Schritt 3: Antwort des Root-Servers

Top-Level-Domains (TLDs) wie .com, .de, .io und neuere allgemeine TLDs wie .cameras werden auf diesen Root-Servern gehostet.

Die Root-Ebene verfügt nicht über die IP-Adresse für „www.example.com“, vermutet jedoch, dass .com diese kennt, und gibt daher den Standort der .com-Server zurück. Die Root antwortet mit einer Liste der 13 NS- bzw. „Nameserver“-Einträge für die .com-gTLD-Server.

Schritt 4: Iterative DNS-Resolver-Abfrage an den TLD-Server

Der Resolver fragt dann einen der .com-Nameserver ab, um die Adresse von example.com zu ermitteln. Jede TLD verfügt, wie die Root-Server, über 4–13 geclusterte Nameserver an verschiedenen Standorten. TLDs werden in Ländercodes (ccTLDs), die von Regierungsorganisationen verwaltet werden, und generische TLDs (gTLDs) unterteilt. Jede gTLD hat ihre eigene kommerzielle Organisation, die für den Betrieb dieser Server verantwortlich ist. In diesem Fall verwenden wir die gTLD-Server von Verisign, die die gTLDs .com, .net, .edu und .gov verwalten.

Schritt 5: Antwort des TLD-Servers

Jeder TLD-Server führt eine Liste aller vertrauenswürdigen Nameserver für jede TLD-Domain. Beispielsweise führt jeder der 13 .com-gTLD-Server eine Liste aller Nameserver für jede einzelne .com-Domain. Der .com-gTLD-Server verfügt nicht über die IP-Adressen von example.com, weiß jedoch, wo sich die Nameserver von example.com befinden. Der .com-gTLD-Server antwortet mit einer Liste aller NS-Einträge für example.com. In diesem Fall verfügt „example“ über 4 Nameserver, von „ns1.example.com“ bis „ns4.example.com“.

Schritt 6: Iterative DNS-Resolver-Abfrage an den example.com-NS

Schließlich sucht der DNS-Resolver die IP-Adresse von „www.example.com“ auf einem der Nameserver von example.com nach.

Schritt 7: NS-Antwort von example.com

Diesmal kennt der abgefragte Nameserver die IP-Adressen und gibt einen AAAA- oder A-Adressdatensatz zurück (abhängig vom Abfragetyp) – für IPv6 bzw. IPv4.

Schritt 8: Antwort des DNS-Resolvers an das Betriebssystem

Zu diesem Zeitpunkt hat der Resolver das Rekursionsverfahren abgeschlossen und kann dem Betriebssystem des Endbenutzers eine IP-Adresse bereitstellen.