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DNS란 무엇인가?

정의 및 목적

  • Domain Name System

  • 사라임이 이해하기 쉬운 Domain Name을, 컴퓨터가 이해할 수 있는 IP Address 로 변환해주는 시스템

  • 예:

    사용자가 브라우저에 www.google.com을 입력하면, DNS 는 이를 실제 서버 주소인 xxx.xxx.xxx.xx 같은 IP 로 변환해줌

DNS의 필요성

문제 해결
사람은 IP 주소를 외우기 어렵다 naver.com 같은 domain을 사용
컴퓨터는 domain을 이해 못함 DNS가 Domain 을 IP로 변환
  • DNS는 사람 ↔️ 인터넷 사이의 주소 번역자 같은 느낌

DNS의 작동 원리

DNS 질의 과정 (Domain > IP Address 찾는 흐름)

  1. 사용자 브라우저 접속
    • 사용자가 브라우저 주소창에 www.google.com을 입력
  2. Browser DNS Cache 확인
    • (예전에 이 주소를 방문한 적이 있던가? Browser가 저장해둔 기록을 확인하는 과정)
    • 일부 Browser는 자체 DNS Cache를 가질 수 있음
    • 가장 최근에 방문한 IP 주소가 있으면 그대로 사용
      • 크롬의 경우, chrome://net-internals/#dns 에서 현재 browser가 저장하고 있는 DNS Record 확인 가능
    • 없으면 Browser에게 OS Resolver에 질의 (2단계로 진행 🚀)
  3. OS Resolver의 질의
    • (예전에 이 주소를 방문한 적이 있던가? OS가 저장해둔 기록을 확인하는 과정)
    • OS Resolver는 아래 순서로 진행
      • hosts 파일 확인
    • hosts 파일은 Domain 과 IP Address 를 수동으로 mapping 해둔 text file
      • mac의 경우, /etc/hosts 에 저장됨
    • DNS Cache 검색보다 우선순위 높음 - OS DNS Cache 확인
    • OS Memory에 동적으로 저장되는 cache (자동 생성/삭제)
      • 삭제는 TTL을 기준으로
      • 최근에 질의한 결과를 임시로 메모리에 저장해 재사용
    • RAM, OS Resolver 내부에 저장됨 - 없으면 Local DNS Resolver 에 질의 (3단계로 진행 🚀)
  4. Local DNS Resolver (Recursive Resolver) 의 질의
    • (browser와 os resolver가 찾지 못한 이름을 대신 찾아주는 외부 DNS Server)
    • 보통 ISP나 회사 네트워크에서 제공. 다수의 사용자가 공유
    • 주요 역할: 권한 있는 DNS Server 까지 찾아가서 최종 IP 받아오기 (Domain을 구성하는 각 계층을 따라 반복 질의 수행)
  • Local DNS Resolver 는 아래 순서로 진행
    • 자체 Cache 확인
      • Local DNS Resolver 는 대규모 사용자 요청을 처리하므로, 큰 Cache DB를 유지
      • 자체 Cache로 반복 질의 횟수르 최소화
      • 이전에 같은 domain에 대한 기록이 있으면 바로 IP 반환 🔚
    • Root Name Server에 질의
      • Root Name Server는 .(dot) 영역의 최상위 서버
      • TLD Name Server의 위치를 알려줌
      • 직접적으로 IP Address는 알려주지 않음
    • TLD Name Server에 질의
      • TLD Namer Server는 .com, .org 등 도메인 확장자(TLD) 에 해당하는 Name Server
      • Authoritative Server의 위치를 알려줌
    • Authoritative Server에 질의
      • 실제 IP Address (A Record, AAAA Record 등)를 보유한 DNS Server
  1. 최종 처리
    • Local DNS Resolver는 받은 IP Address를
    • 자신의 Cache에 저장
    • OS Resolver 에게 응답 전달
    • 최종적으로 Browser 에 전달되어 웹 페이지 요청 진행

Resolver

단어 뜻

  • resolve: 해결하다, 해석하다, (문제나 의문을 풀다)
  • DNS 에서 “resolver”란, Domain Name을 IP Address로 해석해주는 주체를 뜻함

역할

  • Domain Name 을 IP Address 로 변환하는 전체 과정을 담당하는 컴포넌트
  • 보통 2 종류로 나뉨
종류 이름 역할
Stub Resolver OS Resolver browser/application 대신 DNS 질의 시작 (hosts, cache 확인)
Recursive Resolver Local DNS Resolver Stub Resolver 를 대신 Root > TLD > Authoritative DNS 까지 질의 수행, 결과 caching
  • Stub은 요청자, Recursive는 발발 돌아다니며 답을 찾아오는 해결사 느낌

URL

  • Domain Name 은 사실 맨 끝에 ‘.’이 생략되어 있음 (이 ‘.’이 root domain)
    • 예를 들어 www.example.com. 처럼 원래 끝에 ‘.’ 이 있음
      • www: 서브 도메인
      • example: 도메인 이름
      • com: TLD (Top Level Domain)
      • .: 최상위 루트

재귀 질의 vs 반복 질의

재귀 질의

  • 사용자 (혹은 Stub Resolver) 가 Local DNS Resolver에게 단 1번만 요청
  • 이후에는 Local DNS Resolver가 모든 과정을 수행
    • DNS 에서 “재귀 질의”란, client가 한 번 질의하면, 그 다음 모든 질의 과정은 Local DNS Resolver가 책임지고 처리한다는 의미의 책임 위임(Recursive Responsibility)
  • 사용자에게는 최종 결과만 전달됨

반복 질의

  • Root Name Server, TLD Name Server 는 직접 IP Address를 알려주지 않고, 다음 단계의 Server 위치만 알려줌
    Authoritative Server는 해당 domaindml IP Address (A/AAAA Record 등)를 최종적으로 응답
  • 질의자는 각 단계를 직접 따라가며 반복 질의
    • Local DNS Resolver가 수행

Root Name Server > TLD Name Server > Authoritative Name Server 구조

  • Root Name Server
    • 인터넷 DNS 계층의 최상위
    • . 영역을 담당 (www.example.com*.*)
    • 전 세계에 약 13개의 root server (A~M)가 있고, 수백 개의 거울 서버로 분산 운영됨
    • 역할
      • 질의 받은 domain의 TLD(예: .com, .net, 등)에 해당하는 TLD Name Server의 위치를 알려줌
  • TLD Name Server (Top Level Domain)
    • TLD(domain 확장자) 별로 구분된 DNS 서버
      • 각 domain 종류에 따라 운영 주체가 다름
    • 역할
      • 해당 domain의 Authoritative Name Server 위치 (NS Record)를 알려줌
  • Authoritative Name Server
    • 특정 domain의 정확한 IP 정보(A/AAAA Record 등)를 가지고 있는 서버
    • 실제로 해당 domain을 운영하는 조직/기관이 관리함
    • 역할
      • www.example.com에 대한 최종 IP Address를 응답
      • A/AAAA Record, MX Record, CNAME 등 보유

DNS 구성 요소

A, AAAA, CNAME, MX, NS, TXT Record

  • DNS 는 단순히 Domain -> IP Adress를 찾는 것뿐만 아니라, 다양한 정보를 질의할 수 있도록 여러 종류의 Record 타입을 제공
  • A (Address) Record
    • Domain Name -> IPv4 (32 bit) 를 매핑
    • 가장 기본적이고 널리 사용되는 Record
    • Web browser 가 IP Address를 얻기 위해 가정 먼저 조회함
  • AAAA (Quad A) Record
    • Domain Name -> IPv6 (128 bit) 를 매핑
    • IPv6를 사용하는 경우, A Record 대신 사용됨
  • CNAME (Canonical Name) Record
    • 하나의 Domain Name을 다른 Domain Name (alias) 로 연결
    • 실제 IP Address를 갖고 있지 않음
      • 대신 연결된 domain의 A/AAAA Record를 따라감

        예시

    • → www.example.com은 example.com을 가리키며, 실제 IP는 A 레코드로 얻음
  • MX (Mail Exchange) Record
    • Domain에 대한 Mail Server Address 정의
    • 이메일 전송 시 어떤 Server로 메일을 보낼지 결정
  • NS (Name Server) Record
    • 해당 Domain을 관리하는 Authoritative DNS Server의 Domain Name을 지정
    • Root, TLD, Authoritative Server 단계에서 자주 등장
  • TXT (Text) Record
    • Domain에 대한 text 정보를 담는 record
    • SPF, DKIM, Domain 소유 증명 등에 사용

권한 DNS 서버, 캐시 DNS 서버의 역할

  • Authoritative DNS Server (권한 DNS Server)

    정답을 보유한 출처 Domain Name에 대한 최종 IP 정보 (A/AAAA 등) 을 가지고 있는 DNS Server

    • 역할
      • 특정 Domain에 대한 정확한 Record를 저장하고 응답
      • 자신이 관리하는 Domain만 응답 가능
      • DNS Query 흐름의 마지막 단계에서 응답
    • 실제 운영 주체
      • 웹사이트 소유자, 호스팅 업체, 클라우드 DNS Service
      • 예: AWS Route 53, Cloudflare, …
  • Cache DNS Server

    예전에 찾은 정보를 임시로 저장해두는 저장소 재사용 가능한 DNS 응답을 임시로 저장(Cache) 해두고 빠르게 응답

  • 역할
    • 이전에 질의했던 Domain의 결과를 저장해 재사용 (TTL 기반)
    • 저장된 Cache가 유효하다면, 다시 Root > TLD > Authoritative DNS Server 를 거치지 않아도 됨
  • 실제 운영 주체
    • 대부분 ISP, 조직 내부 DNS Server가 Cache Server 로 동작

DNS 캐싱과 TTL

Cache가 중요한 이유

  • 반복된 질의를 줄여 인터넷 traffic과 응답 시간 절감
  • Root/TLD 서버 부하 감소
  • 효율적인 Network 자원 사용
    • DNS Query 는 계층적으로 오래 걸릴 수 있어서 Cache가 핵심 성능 요소

캐싱 동작 원리

  • DNS 질의 결과는 다음 요청에서도 재사용될 수 있도록 여러 계층에 걸쳐 Caching 됨

Cache가 저장되는 위치 (Query 흐름 순서대로)

위치 설명 예시
Browser Cache Browser 가 자체적으로 DNS 응답 저장 최근 방문한 사이트
OS DNS Cache OS가 보관하는 DNS 응답 기록 /etc/hosts 확인 후 저장
Local DNS Resolver Cache ISP나 회사 내부 DNS Server가 저장 많은 사용자들의 요청 처리
Authritative DNS Server Cache (경우에 따라) 일부 DNS 서비스가 역방향 조회나 다른 zone 위한 Cache 보유 (선택적)

Cache의 저장 방식

  • 최초 질의 시, 상위 DNS Server로부터 IP Address 받아옴
  • 응답과 함께 TTL 값도 함께 전달됨
  • 해당 TTL 동안 Cache에 저장됨
  • 같은 domain 요청이 들어오면 cache 에서 바로 응답

DNS Caching 흐름 예시

1. 사용자가 www.example.com 접속 시도
2. Browser > OS > Local DNS Server 순서로 Cache 확인
3. Cache가 없으면 계층 질의 수행 (Root > TLD > Authritative)
4. IP Address 획득 + TTL 정보 수신
5. 각 단계별로 결과를 Cache에 저장
6. 이후 동일한 요청 시, Cache 에서 바로 응답

TTL (Time To Live) 개념

  • DNS 응답 데이터가 Cache에 머물 수 있는 유효 시간
  • TTL 이 지나면 해당 Cache는 만료되어 삭제되고, 다시 DNS 질의를 해야 함

TTL 이 왜 필요한가?

  • 오래된 DNS 정보 사용 방지 (IP Address 변경 시 반영 필요)
  • 지나친 질의 발생 억제
  • Cache 효율 조절 수단
    • TTL이 너무 길면 > 최신 정보 반영 어려움
    • TLL이 너무 짧으면 > 트래픽 증가

TTL은 어디서 지정되는가?

  • Authoritative DNS Server 가 응답시 TTL 값을 포함시킴
  • A, AAAA, CNAME 등 모든 Record 유형에 TTL이 있음

Domain IP 변경 후 반영이 지연되는 이유

  • Domain의 IP Address를 변경해도, 사용자 환경 (Browser, OS, Local DNS server 등) 에 기존 DNS 정보가 TTL 만큼 Cache 되어 남아 있을 수 있음
  • 이로 인해 변경 사항이 즉시 반영되지 않고, 일정 시간 동안 이전 IP Address로 접속되는 현상 발생
    • TTL 이 만료되어야 새 DNS 정보가 반영됨

DNS와 보안 이슈

DNS Spoofing, Cache Poisoning

  • DNS Spoofing
    • 사용자가 특정 Domain에 접속하려 할 때, 공격자가 위조된 IP Address를 응답하는 공격
    • 사용자는 실제 사이트가 아닌 가짜 피싱 페이지에 접속하게 됨
      • 조건 1: Cache에 해당 Domain의 IP 정보가 없어 DNS Query가 발생해야 함
      • 조건 2: 공격자는 DNS Query가 전송된 것을 감지 및 예상하여 피해자에게 위조된 응답 패킷을 실제 응답 패킷보다 먼저 보냄
      • 추가 피해: 잘못된 IP가 Cache에 저장됨
  • Cache Poisoning
    • DNS Server Cache에 악의적인 정보를 심어, 다수 사용자에게 잘못된 IP 정보를 전달
    • Spoofing을 대규모로 확산시킬 수 있는 방식

DNS over HTTPS (DoH), DNSSEC 개요

  • DNS over HTTPS (DoH)
    • DNS Query를 일반 text가 아닌 HTTPS 로 암호화
    • ISP나 Hacker가 질의 내용을 가로채거나 조작하지 못하도록 보호
    • for 내용 보호
  • DNSSEC (DNS Security Extensions)
    • DNS 응답에 디지털 서명을 붙여 위변조 방지
    • 사용자는 받은 DNS 정보가 신뢰할 수 있는 출처인지 검증 가능
    • for 정당성 검증

DNS 가 없다면?

  • 사용자는 웹사이트 접속 시 domain 대신 IP Address를 외워야 함
  • 이메일 송수신, 소프트웨어 업데이트 등 대부분의 인터넷 서비스 정상 동작 불가
    • 컴퓨터는 IP로 통신하지만, 대부분의 응용 프로그램은 Domain을 기반으로 동작
      • 대부분의 소프트웨어는 Domain을 통해 통신. 이를 IP로 바꿔주는 게 DNS
    • IP Address는 고정되어 있지 않음
      • cloud 환경, Load Balancing, CDN 사용 시 하나의 Domain이 여러 IP로 Mapping 됨
      • 장애 발생 시, IP를 다른 서버로 바꾸기도 함
        • DNS가 Domain ↔️ IP mapping을 관리해주는 핵심 장치

참고