DNS の基本と仕組み

DNS (Domain Name System) は、人間が読めるドメイン名を機械が読める IP アドレスに変換します。

インターネット上のすべてのコンピュータシステムは、デスクトップやモバイルデバイスから、大規模小売ウェブサイトのデータを提供するサーバーに至るまで、数字を使用して互いを見つけ、通信しています。これらの数値は IP アドレスと呼ばれます。Web ブラウザを開いてウェブサイトにアクセスする際、一連の数字を覚えて入力する必要はありません。代わりに、example.com のようなドメイン名を入力するだけで、正しいページに案内されます。

DNS サービスは、人間が読める名前をコンピュータが相互接続に使用する数値の IP アドレスに直接変換する、広く分散したプロバイダーです。インターネット上の DNS システムは電話帳と同様に機能し、連絡先情報の対応関係を管理します。DNS サーバーは名前のリクエストを数値の IP アドレスに変換し、オペレーターが Web ブラウザにドメイン名を入力した際にどのサーバーに到達するかを決定します。これらのリクエストはクエリと呼ばれます。

DNS の仕組み

ドメイン名の名前解決は、ドメイン名をコンピュータで扱いやすい IP アドレス (192.168.1.1192.158.1.38 など) に変換します。インターネット上の各デバイスには IP アドレスが割り当てられており、住所を使って特定の住宅を探すのと同様に、目的のデバイスを特定するためにこの連絡先情報が必要です。ユーザーが Web ページをリクエストすると、オペレーターが Web ブラウザに入力した内容と、example.com の Web ページを特定するために必要な機械で扱いやすいアドレスとの間で名前解決が行われます。

DNS 名前解決のプロセスを理解するには、まず DNS クエリが通過するさまざまなハードウェアコンポーネントについて知る必要があります。最初のリクエストを除き、DNS ルックアップは Web ブラウザの裏側で自動的に行われ、ユーザーのコンピュータからの操作は不要です。

DNS の種類

権威 DNS サービスは、開発者がパブリック DNS 名を管理するための最適化方法を提供します。そして、ドメイン名を IP アドレスに変換してコンピュータ間の通信を可能にし、DNS クエリに応答します。権威 DNS はそのドメインに対する最終的な権限を持ち、再帰 DNS サーバーからの問い合わせに IP アドレス情報で応答する責任があります。

エンドユーザーが権威 DNS サービスを直接クエリすることはほとんどありません。代わりに、通常は再帰 DNS プロバイダーに接続します。再帰 DNS サービスはホテルのコンシェルジュのように機能します。DNS レコード自体は所有していませんが、ユーザーの代わりに DNS 情報を取得できるインターフェイスとして機能します。再帰 DNS が DNS の参照情報をキャッシュして一定期間保持している場合は、クエリに応答して元の名前や IP の詳細を提供します。キャッシュがない場合は、信頼できる DNS サーバーにクエリを転送して情報を収集します。

DNS ルックアップのステップ

DNS は、ドメイン名を関連する IP アドレスに変換する仕組みとして知られています。この仕組みを理解するために、インターネットブラウザから DNS ルックアップの仕組みへの経路をたどり、元に戻るまでの流れを追ってみましょう。

DNS ルックアップの情報は、クエリを送信するワークステーションのローカル、または DNS インフラストラクチャのリモート場所で頻繁にキャッシュされることに注意してください。DNS ルックアップは通常 8 つのステップで構成されます。DNS データがキャッシュされている場合は、DNS ルックアップ手順の一部がスキップされ、処理が高速化されます。以下の例では、キャッシュが存在しない場合のすべての重要なステップを示します。

ステップ 1：OS からの再帰 DNS リゾルバークエリ

OS は「www.example.com」の位置を把握していないため、DNS リゾルバにクエリを送信します。OS から DNS リゾルバに送信されるこのクエリには、「再帰クエリ」であることを示す特別なフラグが含まれています。これは、リゾルバが再帰処理を完了して、IP アドレスまたはエラーのいずれかを返す必要があることを意味します。

ステップ 2：ルートサーバーへの反復 DNS リゾルバークエリ

リゾルバはまず、ルート DNS サーバーのいずれかに「www.example.com」の IP アドレスを要求します。このクエリには再帰フラグが含まれていないため、「反復クエリ」となります。つまり、応答は権威ネームサーバーの位置、アドレス、またはエラーのいずれかになります。ドメイン名の末尾にある隠れた「.」はルートを表しています。この「.」はブラウザが自動的に追加するため、明示的に追加する必要はありません。

ステップ 3：ルートサーバーの応答

これらのルートサーバーには、.com、.de、.io などの TLD や、cameras などの新しい汎用 TLD がホストされています。

ルートは「www.example.com」の IP アドレスを保持していませんが、.com が保持しているはずだと推測し、.com サーバーの位置を返します。ルートは、.com gTLD サーバーの 13 の NS (ネームサーバー) レコードのリストで応答します。

ステップ 4：TLD サーバーへの反復 DNS リゾルバークエリ

次に、リゾルバは .com ネームサーバーの 1 つに example.com のアドレスを問い合わせます。ルートサーバーと同様に、各 TLD にはさまざまな場所に配置された 4 〜 13 のクラスター化されたネームサーバーがあります。TLD は、政府機関が管理する国別コード TLD (ccTLD) と、汎用 TLD (gTLD) に分類されます。各 gTLD には、これらのサーバーの運営を担当する民間企業があります。この例では、.com、.net、.edu、.gov の gTLD を管理する Verisign の gTLD サーバーを使用します。

ステップ 5：TLD サーバーの応答

各 TLD サーバーは、その TLD に属するすべてのドメインの信頼できるネームサーバーのリストを保持しています。たとえば、13 台の .com gTLD サーバーのそれぞれが、すべての .com ドメインのネームサーバーのリストを保持しています。.com gTLD サーバーは example.com の IP アドレスは持っていませんが、example.com のネームサーバーがどこにあるかを把握しています。.com gTLD サーバーは、example.com のすべての NS レコードのリストで応答します。この例では、example には「ns1.example.com」から「ns4.example.com」までの 4 つのネームサーバーがあります。

ステップ 6：example.com NS への反復 DNS リゾルバークエリ

最終的に、DNS リゾルバは example のネームサーバーの 1 つで「www.example.com」の IP アドレスを検索します。

ステップ 7：example.com からの NS 応答

この時点で、クエリを受けたネームサーバーは IP アドレスを把握しており、IPv6 の場合は AAAA レコードを、IPv4 の場合は A レコードを返します。

ステップ 8：DNS リゾルバーから OS への応答

これで、リゾルバは再帰処理を完了し、エンドユーザーの OS に IP アドレスを提供できます。