Dns какой уровень модели osi

Dns какой уровень модели osi

Domain Name System

Разрешение доменных имён

BIND, PowerDNS или Microsoft DNS Server

DNS (англ.  Domain Name System  — система доменных имён) — компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Чаще всего используется для получения IP-адреса по имени хоста (компьютера или устройства), получения информации о маршрутизации почты, обслуживающих узлах для протоколов в домене (SRV-запись).

Распределённая база данных DNS поддерживается с помощью иерархии DNS-серверов, взаимодействующих по определённому протоколу.

Основой DNS является представление об иерархической структуре доменного имени и зонах. Каждый сервер, отвечающий за имя, может делегировать ответственность за дальнейшую часть домена другому серверу (с административной точки зрения — другой организации или человеку), что позволяет возложить ответственность за актуальность информации на серверы различных организаций (людей), отвечающих только за «свою» часть доменного имени.

Начиная с 2010 года, в систему DNS внедряются средства проверки целостности передаваемых данных, называемые DNS Security Extensions (DNSSEC). Передаваемые данные не шифруются, но их достоверность проверяется криптографическими способами. Внедряемый стандарт DANE обеспечивает передачу средствами DNS достоверной криптографической информации (сертификатов), используемых для установления безопасных и защищённых соединений транспортного и прикладного уровней.

Содержание

Ключевые характеристики DNS

DNS обладает следующими характеристиками:

• Распределённость администрирования. Ответственность за разные части иерархической структуры несут разные люди или организации.
• Распределённость хранения информации. Каждый узел сети в обязательном порядке должен хранить только те данные, которые входят в его зону ответственности и (возможно) адреса корневых DNS-серверов.
• Кеширование информации. Узел может хранить некоторое количество данных не из своей зоны ответственности для уменьшения нагрузки на сеть.
• Иерархическая структура, в которой все узлы объединены в дерево, и каждый узел может или самостоятельно определять работу нижестоящих узлов, или делегировать (передавать) их другим узлам.
• Резервирование. За хранение и обслуживание своих узлов (зон) отвечают (обычно) несколько серверов, разделённые как физически, так и логически, что обеспечивает сохранность данных и продолжение работы даже в случае сбоя одного из узлов.

DNS важна для работы Интернета, так как для соединения с узлом необходима информация о его IP-адресе, а для людей проще запоминать буквенные (обычно осмысленные) адреса, чем последовательность цифр IP-адреса. В некоторых случаях это позволяет использовать виртуальные серверы, например, HTTP-серверы, различая их по имени запроса. Первоначально преобразование между доменными и IP-адресами производилось с использованием специального текстового файла hosts, который составлялся централизованно и автоматически рассылался на каждую из машин в своей локальной сети. С ростом Сети возникла необходимость в эффективном, автоматизированном механизме, которым и стала DNS.

DNS была разработана Полом Мокапетрисом в 1983 году; оригинальное описание механизмов работы содержится в RFC 882 и RFC 883. В 1987 публикация RFC 1034 и RFC 1035 изменила спецификацию DNS и отменила RFC 882, RFC 883 и RFC 973 как устаревшие.

Дополнительные возможности

• поддержка динамических обновлений
• защита данных (DNSSEC) и транзакций (TSIG)
• поддержка различных типов информации

Терминология и принципы работы

Ключевыми понятиями DNS являются:

• Доме́н (англ.  domain  — область) — узел в дереве имён, вместе со всеми подчинёнными ему узлами (если таковые имеются), то есть именованная ветвь или поддерево в дереве имен. Структура доменного имени отражает порядок следования узлов в иерархии; доменное имя читается слева направо от младших доменов к доменам высшего уровня (в порядке повышения значимости), корневым доменом всей системы является точка (‘.’), ниже идут домены первого уровня (географические или тематические), затем — домены второго уровня, третьего и т. д. (например, для адреса ru.wikipedia.org домен первого уровня — org, второго wikipedia, третьего ru). На практике точку в конце имени часто опускают, но она бывает важна в случаях разделения между относительными доменами и FQDN (англ.  Fully Qualifed Domain Name , полностью определённое имя домена).
• Поддомен (англ.  subdomain ) — подчинённый домен (например, wikipedia.org — поддомен домена org, а ru.wikipedia.org — домена wikipedia.org). Теоретически такое деление может достигать глубины 127 уровней, а каждая метка может содержать до 63 символов, пока общая длина вместе с точками не достигнет 254 символов. Но на практике регистраторы доменных имён используют более строгие ограничения. Например, если у вас есть домен вида mydomain.ru, вы можете создать для него различные поддомены вида mysite1.mydomain.ru, mysite2.mydomain.ru и т. д.
• Ресурсная запись — единица хранения и передачи информации в DNS. Каждая ресурсная запись имеет имя (то есть привязана к определенному Доменному имени, узлу в дереве имен), тип и поле данных, формат и содержание которого зависит от типа.
• Зона — часть дерева доменных имен (включая ресурсные записи), размещаемая как единое целое на некотором сервере доменных имен (DNS-сервере, см. ниже), а чаще — одновременно на нескольких серверах (см. ниже). Целью выделения части дерева в отдельную зону является передача ответственности (см. ниже) за соответствующий домен другому лицу или организации. Это называется делегированием (см. ниже). Как связная часть дерева, зона внутри тоже представляет собой дерево. Если рассматривать пространство имен DNS как структуру из зон, а не отдельных узлов/имен, тоже получается дерево; оправданно говорить о родительских и дочерних зонах, о старших и подчиненных. На практике, большинство зон 0-го и 1-го уровня (‘.’, ru, com, …) состоят из единственного узла, которому непосредственно подчиняются дочерние зоны. В больших корпоративных доменах (2-го и более уровней) иногда встречается образование дополнительных подчиненных уровней без выделения их в дочерние зоны.
• Делегирование — операция передачи ответственности за часть дерева доменных имен другому лицу или организации. За счет делегирования в DNS обеспечивается распределенность администрирования и хранения. Технически делегирование выражается в выделении этой части дерева в отдельную зону, и размещении этой зоны на DNS-сервере (см. ниже), управляемом этим лицом или организацией. При этом в родительскую зону включаются «склеивающие» ресурсные записи (NS и А), содержащие указатели на DNS-сервера дочерней зоны, а вся остальная информация, относящаяся к дочерней зоне, хранится уже на DNS-серверах дочерней зоны.
• DNS-сервер — специализированное ПО для обслуживания DNS, а также компьютер, на котором это ПО выполняется. DNS-сервер может быть ответственным за некоторые зоны и/или может перенаправлять запросы вышестоящим серверам.
• DNS-клиент — специализированная библиотека (или программа) для работы с DNS. В ряде случаев DNS-сервер выступает в роли DNS-клиента.
• Авторитетность (англ.  authoritative ) — признак размещения зоны на DNS-сервере. Ответы DNS-сервера могут быть двух типов: авторитетные (когда сервер заявляет, что сам отвечает за зону) и неавторитетные (англ.  Non-authoritative ), когда сервер обрабатывает запрос, и возвращает ответ других серверов. В некоторых случаях вместо передачи запроса дальше DNS-сервер может вернуть уже известное ему (по запросам ранее) значение (режим кеширования).
• DNS-запрос (англ.  DNS query ) — запрос от клиента (или сервера) серверу. Запрос может быть рекурсивным или нерекурсивным (см. Рекурсия).

Система DNS содержит иерархию DNS-серверов, соответствующую иерархии зон. Каждая зона поддерживается как минимум одним авторитетным сервером DNS (от англ.  authoritative  — авторитетный), на котором расположена информация о домене.

Имя и IP-адрес не тождественны — один IP-адрес может иметь множество имён, что позволяет поддерживать на одном компьютере множество веб-сайтов (это называется виртуальный хостинг). Обратное тоже справедливо — одному имени может быть сопоставлено множество IP-адресов: это позволяет создавать балансировку нагрузки.

Для повышения устойчивости системы используется множество серверов, содержащих идентичную информацию, а в протоколе есть средства, позволяющие поддерживать синхронность информации, расположенной на разных серверах. Существует 13 корневых серверов, их адреса практически не изменяются. [1]

Протокол DNS использует для работы TCP- или UDP-порт 53 для ответов на запросы. Традиционно запросы и ответы отправляются в виде одной UDP датаграммы. TCP используется для AXFR-запросов.

Рекурсия

Термином Рекурсия в DNS обозначают алгоритм поведения DNS-сервера, при котором сервер выполняет от имени клиента полный поиск нужной информации во всей системе DNS, при необходимости обращаясь к другим DNS-серверам.

DNS-запрос может быть рекурсивным — требующим полного поиска, — и нерекурсивным (или итеративным) — не требующим полного поиска.

Аналогично, DNS-сервер может быть рекурсивным (умеющим выполнять полный поиск) и нерекурсивным (не умеющим выполнять полный поиск). Некоторые программы DNS-серверов, например, BIND, можно сконфигурировать так, чтобы запросы одних клиентов выполнялись рекурсивно, а запросы других — нерекурсивно.

При ответе на нерекурсивный запрос, а также — при неумении или запрете выполнять рекурсивные запросы, — DNS-сервер либо возвращает данные о зоне, за которую он ответствен, либо возвращает адреса серверов, которые обладают большим объёмом информации о запрошенной зоне, чем отвечающий сервер, чаще всего — адреса корневых серверов.

В случае рекурсивного запроса DNS-сервер опрашивает серверы (в порядке убывания уровня зон в имени), пока не найдёт ответ или не обнаружит, что домен не существует. (На практике поиск начинается с наиболее близких к искомому DNS-серверов, если информация о них есть в кэше и не устарела, сервер может не запрашивать другие DNS-серверы.)

Рассмотрим на примере работу всей системы.

Предположим, мы набрали в браузере адрес ru.wikipedia.org. Браузер спрашивает у сервера DNS: «какой IP-адрес у ru.wikipedia.org»? Однако, сервер DNS может ничего не знать не только о запрошенном имени, но даже обо всём домене wikipedia.org. В этом случае сервер обращается к корневому серверу — например, 198.41.0.4. Этот сервер сообщает — «У меня нет информации о данном адресе, но я знаю, что 204.74.112.1 является ответственным за зону org.» Тогда сервер DNS направляет свой запрос к 204.74.112.1, но тот отвечает «У меня нет информации о данном сервере, но я знаю, что 207.142.131.234 является ответственным за зону wikipedia.org.» Наконец, тот же запрос отправляется к третьему DNS-серверу и получает ответ — IP-адрес, который и передаётся клиенту — браузеру.

В данном случае при разрешении имени, то есть в процессе поиска IP по имени:

• браузер отправил известному ему DNS-серверу рекурсивный запрос — в ответ на такой тип запроса сервер обязан вернуть «готовый результат», то есть IP-адрес, либо пустой ответ и код ошибки NXDOMAIN;
• DNS-сервер, получивший запрос от браузера, последовательно отправлял нерекурсивные запросы, на которые получал от других DNS-серверов ответы, пока не получил ответ от сервера, ответственного за запрошенную зону;
• остальные упоминавшиеся DNS-серверы обрабатывали запросы нерекурсивно (и, скорее всего, не стали бы обрабатывать запросы рекурсивно, даже если бы такое требование стояло в запросе).

Иногда допускается, чтобы запрошенный сервер передавал рекурсивный запрос «вышестоящему» DNS-серверу и дожидался готового ответа.

При рекурсивной обработке запросов все ответы проходят через DNS-сервер, и он получает возможность кэшировать их. Повторный запрос на те же имена обычно не идет дальше кэша сервера, обращения к другим серверам не происходит вообще. Допустимое время хранения ответов в кэше приходит вместе с ответами (поле TTL ресурсной записи).

Рекурсивные запросы требуют больше ресурсов от сервера (и создают больше трафика), так что обычно принимаются от «известных» владельцу сервера узлов (например, провайдер предоставляет возможность делать рекурсивные запросы только своим клиентам, в корпоративной сети рекурсивные запросы принимаются только из локального сегмента). Нерекурсивные запросы обычно принимаются ото всех узлов сети (и содержательный ответ даётся только на запросы о зоне, которая размещена на узле, на DNS-запрос о других зонах обычно возвращаются адреса других серверов).

Обратный DNS-запрос

DNS используется в первую очередь для преобразования символьных имён в IP-адреса, но он также может выполнять обратный процесс. Для этого используются уже имеющиеся средства DNS. Дело в том, что с записью DNS могут быть сопоставлены различные данные, в том числе и какое-либо символьное имя. Существует специальный домен in-addr.arpa, записи в котором используются для преобразования IP-адресов в символьные имена. Например, для получения DNS-имени для адреса 11.22.33.44 можно запросить у DNS-сервера запись 44.33.22.11.in-addr.arpa, и тот вернёт соответствующее символьное имя. Обратный порядок записи частей IP-адреса объясняется тем, что в IP-адресах старшие биты расположены в начале, а в символьных DNS-именах старшие (находящиеся ближе к корню) части расположены в конце.

Записи DNS

Записи DNS, или Ресурсные записи (англ. Resource Records, RR) — единицы хранения и передачи информации в DNS. Каждая ресурсная запись состоит из следующих полей:

• имя (NAME) — доменное имя, к которому привязана или которому «принадлежит» данная ресурсная запись,
• TTL (Time To Live) — допустимое время хранения данной ресурсной записи в кэше неответственногоDNS-сервера,
• тип (TYPE) ресурсной записи — определяет формат и назначение данной ресурсной записи,
• класс (CLASS) ресурсной записи; теоретически считается, что DNS может использоваться не только с TCP/IP, но и с другими типами сетей, код в поле класс определяет тип сети [2] ,
• длина поля данных (RDLEN),
• поле данных (RDATA), формат и содержание которого зависит от типа записи.

Наиболее важные типы DNS-записей:

• Запись A (address record) или запись адреса связывает имя хоста с адресом IP. Например, запрос A-записи на имя referrals.icann.org вернет его IP адрес — 192.0.34.164
• Запись AAAA (IPv6 address record) связывает имя хоста с адресом протокола IPv6. Например, запрос AAAA-записи на имя K.ROOT-SERVERS.NET вернет его IPv6 адрес — 2001:7fd::1
• Запись CNAME (canonical name record) или каноническая запись имени (псевдоним) используется для перенаправления на другое имя
• Запись MX (mail exchange) или почтовый обменник указывает сервер(ы) обмена почтой для данного домена.
• Запись NS (name server) указывает на DNS-сервер для данного домена.
• Запись PTR (pointer) или запись указателя связывает IP хоста с его каноническим именем. Запрос в домене in-addr.arpa на IP хоста в reverse форме вернёт имя (FQDN) данного хоста (см. Обратный DNS-запрос). Например, (на момент написания), для IP адреса 192.0.34.164: запрос записи PTR 164.34.0.192.in-addr.arpa вернет его каноническое имя referrals.icann.org. В целях уменьшения объёма нежелательной корреспонденции (спама) многие серверы-получатели электронной почты могут проверять наличие PTR записи для хоста, с которого происходит отправка. В этом случае PTR запись для IP адреса должна соответствовать имени отправляющего почтового сервера, которым он представляется в процессе SMTP сессии.
• Запись SOA (Start of Authority) или начальная запись зоны указывает, на каком сервере хранится эталонная информация о данном домене, содержит контактную информацию лица, ответственного за данную зону, тайминги (параметры времени) кеширования зонной информации и взаимодействия DNS-серверов. (server selection) указывает на серверы для сервисов, используется, в частности, для Jabber и Active Directory.

Зарезервированные доменные имена

Документ RFC 2606 (Reserved Top Level DNS Names — Зарезервированные имена доменов верхнего уровня) определяет названия доменов, которые следует использовать в качестве примеров (например, в документации), а также для тестирования. Кроме example.com , example.org и example.net , в эту группу также входят test , invalid и др.

Интернациональные доменные имена

Доменное имя может состоять только из ограниченного набора ASCII символов, позволяя набрать адрес домена независимо от языка пользователя. ICANN утвердил основанную на Punycode систему IDNA, преобразующую любую строку в кодировке Unicode в допустимый DNS набор символов.

Что происходит, когда вводишь url, или как работает интернет

Об этом спрашивают на собеседованиях. Структурированное понимание этого может помочь вам, даже если вы давно строите сложные архитектурные процессы или кодите 20-ый год подряд. Я — программист уже много лет, последние пару из которых пишу на Go в Каруне. Работа работой, а внутренний исследователь не дремлет. И вот я наконец-то решил привести в порядок информацию, разбросанную по разным закоулкам чертогов разума, по добротным книгам и статьям на тему сетевых технологий.

Хочу представить краткую выжимку о работе протоколов. А если тема окажется интересной, могу продолжить работать с ней более детально. Рассмотрим простейший пример: вы ввели некоторый url в адресную строку. Поехали.

The Open Systems Interconnection model (OSI)

Для начала придётся упомянуть семиуровневую модель OSI, с которой, возможно, каждый из вас знаком не понаслышке. Эталонная модель взаимодействия открытых систем является абстракцией, которая связывает и стандартизирует взаимодействие открытых систем. Она не описывает никакие используемые протоколы, а только определяет, какие функции выполняет каждый из её уровней. В основе любого сетевого взаимодействия лежит данная модель. Для привычного нам интернета схема OSI и соответствующие ей протоколы чаще всего имеют следующий вид:

Эталонная модель OSI и соответствие ей протоколов Интернета

Некоторые уровни могут отсутствовать и/или объединяться. Рассматривать работу схемы начнём с верхнего уровня — с того самого ввода адреса в адресную строку.

Прикладной уровень, HTTP

Прикладной уровень в модели OSI нужен для взаимодействия пользовательских приложений с сетью. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, называется сообщением. В описываемой системе уровень представлен протоколом HTTP. При вводе адреса google.com ваш браузер формирует HTTP сообщение, которое состоит из строки запроса, тела сообщения и заголовков со служебной информацией — такой как версия протокола, контрольная сумма сообщения, и т.д. Далее задача в том, чтобы передать HTTP-сообщение на следующий уровень — представления, если это HTTPS, или на TCP, если это HTTP.

Уровень представления, SSL (TLS)

Уровень представления отвечает за кодирование/декодирование, а также за шифрование/дешифрование данных. Благодаря этому уровню информация, передаваемая одной системой, всегда понятна другой системе.

Если сервер, к которому вы посылаете запрос, работает на протоколе HTTPS, то в него включён протокол защиты данных — SSL. SSL развивался до версии 3.0. Потом на основе него был создан TLS, который сейчас используется везде и гарантирует безопасность соединения. Принцип работы протокола базируется на ассиметричном шифровании и для создания безопасного канала связи оперирует такими понятиями как публичный ключ, приватный ключ, сеансовый ключ.

Ваш браузер и сервер заново создают защищённое соединение при каждом открытии сайта. Как же это работает? Для начала браузер создаёт запрос на запрашиваемый адрес, чтобы узнать есть ли у него SSL-сертификат. В ответ на запрос он получает информацию и публичный ключ, с полученной информацией делает запрос в центр сертификации (адреса центров сертификации уже есть в вашем браузере по умолчанию). Если информация подтверждается, ваш браузер генерирует сеансовый ключ, зашифровывает его публичным ключом и отправляет на сервер. Сервер расшифровывает сообщение с помощью приватного ключа и сохраняет сеансовый ключ. После этого соединение можно считать установленным — при общении клиента и сервера используется для шифрования сеансовый ключ. И «общение» между клиентом и сервером переходит на симметричное шифрование с помощью сгенерированного сеансового ключа.

Транспортный уровень, TCP

Транспортный уровень по определению обеспечивает передачу данных со степенью надёжности, которая требуется приложениям. В сети Интернет, в рассматриваемом взаимодействии, этот уровень представлен протоколом TCP, задача которого — надёжно доставить HTTP(S)-сообщение в пункт назначения. Единица данных как для TCP уровня, так и для следующего (IP) носит название пакет.

Операционная система, получив HTTP-сообщение от браузера, должна «встроить» его в пакет протокола нижележащего уровня — TCP. Такой процесс встраивания называется инкапсуляцией. Операция эта осуществляется на каждом уровне: пакеты вышележащего уровня инкапсулируются в пакеты нижележащего. И на самом нижнем уровне мы получаем информационную “матрёшку” с вложенными друг в друга пакетами, со служебной информацией в виде заголовков, добавленных на каждом уровне:

Формируются TCP-пакеты чаще всего в ядре операционной системы. Вся прелесть протокола TCP — в надёжности доставки. Использование этого протокола предусматривает установление так называемого логического соединения между двумя конечными узлами сети (перед этим, естественно, такое соединение нужно согласовать). Надёжную доставку пакетов протокол TCP обеспечивает посредством нумерации пакетов, подтверждения их передачи квитанциями, а также контроля правильного порядка пакетов. Схема установления логического соединения, передачи данных и разрыва соединения представлена на рисунке ниже:

Работа хостов с помощью логического соединения

Сетевой уровень, IP

Сетевой уровень в общем случае нужен для образования единой транспортной системы, которая объединяет несколько сетей. Сети, кстати, могут иметь разные стеки протоколов. Также на этом уровне определяется маршрут пересылки пакетов от отправителя к получателю.

По ходу перемещения IP-пакета по сети маршрутизаторы передают пакеты от одной сети к другой или же на конечный узел-получатель. Данный протокол не занимается установлением соединения, не контролирует целостность данных, не гарантирует доставку и не отвечает за их достоверность, то есть реализует политику доставки «по возможности». Всё это бремя возложено на вышележащий протокол — TCP. Получив TCP-пакет, ОС инкапсулирует его в IP-пакет, добавляет в него свои параметры и передаёт далее.

Для того чтобы отправить какие-то данные серверу в IP-пакете, нужно узнать его IP-адрес. Для этого есть специальный протокол DNS, с помощью которого делается отдельный от основного запрос. Запрос этот называется DNS-запросом, и посылается он на специальный DNS сервер — его адрес заведомо известен и прописал в настройках вашей операционной системы. DNS-протокол — это представитель протокола прикладного уровня. Кратко его работу можно описать так:

Клиент создает DNS-сообщение, добавляя неизвестный URL в раздел вопроса этого сообщения.

Сообщение DNS инкапсулируется в UDP-дейтаграмму протокола UDP транспортного уровня.

UDP-дейтаграмма инкапсулируется в IP-пакет данных с IP-адресом назначения DNS-сервера и отправляется на DNS-сервер.

DNS-сервер возвращает запись ресурса, в которой указан IP-адрес URL.

Строго говоря, запрос этот выполняется не всегда. Так как вначале браузер проверяет соответствие IP адреса и домена в своем кэше (для chrome это chrome://net-internals/#dns). Затем, если соответствия не найдено, браузер обращается к операционной системе, которая ищет информацию в системном файле hosts. И только в случае, если ничего не найдено в этом файле, посылается запрос DNS. Полученный адрес уже можно указать в формируемом IP-пакете основного запроса.

Физический и канальный уровни, Ethernet

Канальный уровень (также — уровень передачи данных) необходим для передачи сырых данных физического уровня по надежной линии связи. Основная задача на этом уровне — обнаружение и коррекция ошибок. Также он может исправлять ошибки за счёт повторной передачи поврежденных кадров. Канальный уровень тоже должен проверить доступность среды — можно ли выполнять пересылку данных в конкретный момент. Иногда эту функцию выделяют в отдельный подуровень управления доступом к среде (MAC).

Физический уровень отвечает за передачу потока битов по каналам физической связи (коаксиальные кабеля, оптоволокно, витая пара). Со стороны компьютера функции физического уровня выполняет сетевой адаптер или COM-порт. На этом уровне есть только поток битов и ничего более: протокол «не задумывается» об информации, которую он передаёт.

В нашем случае протокол Ethernet объединяет эти два уровня. Ethernet оперирует единицей данных, которая называется кадр. Для физического уровня нет никакого анализа информации, которая передаётся. Для передачи данных между узлами протокол работает по схеме с коммутацией пакетов, то есть сеть ведёт себя менее «ответственно», не создавая для абонентов отдельных каналов связи. Данные могут задерживаться и даже теряться. Поэтому ошибки на этом уровне не исправляются. Это опять же возложено на протокол верхнего уровня — TCP.

Для физического уровня Ethernet описывается стандартом группы IEEE 802.3, который определяет физические характеристики канала связи. Например, какой кабель будет использоваться для передачи данных: витая пара, коаксиальный кабель или оптоволокно. Тут же определяется вид кодирования и модуляции сигнала. Технические характеристики каждого стандарта хорошо описаны в данной статье. Например, спецификация 100Base-T определяет в качестве используемого кабеля витую пару, с максимальной длинной физического сегмента 100 метров и манчестерским кодом для данных в кабеле.

Путь пакета

На следующей схеме представлена схема взаимодействия узлов сети. Наш пакет выходит из конечного узла слева, проходя через концентраторы, коммутаторы (работающие на канальном уровне) и маршрутизаторы, работающие на сетевом уровне:

Общая схема взаимодействия узлов сети

Как видно из схемы, концентратор работает с данными на физическом уровне, но в настоящее время они вытеснены сетевыми коммутаторами, умеющими работать на канальном и физическом уровнях.

Совершив путь от одного конечного узла до другого, он распаковывается в обратном порядке: из Ethernet-кадра вытаскивается IP-пакет, из него, в свою очередь, TCP-пакет. Получив в конечном счёте HTTP-сообщение и считав с него нужную информацию, сервер формирует и посылает ответное HTTP-сообщение. Оно, в свою очередь, также проходит через каждый уровень и возвращается в виде ответа клиенту, распаковывается каждым уровнем, и мы видим заветную информацию на экране.

Конечно, это краткий обзор того, что происходит в сети Интернет на примере HTTP-запроса. Существует много деталей, которые не вошли в эту статью, дабы не растягивать её до бесконечности, но, надеюсь, войдут в будущие мои обзоры.

Книги, которые помогли мне. Рекомендую и вам:

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы — СПб.: Питер, 2018. — 992

Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сет — СПб.: Питер, 2020. — 960 с.: ил.

At what layer in the protocol stack does DNS happen? [closed]

This question does not appear to be about a specific programming problem, a software algorithm, or software tools primarily used by programmers. If you believe the question would be on-topic on another Stack Exchange site, you can leave a comment to explain where the question may be able to be answered.

Closed 4 years ago .

The community reviewed whether to reopen this question last month and left it closed:

Original close reason(s) were not resolved

Let’s use a browser as an example. HTTP requests do not need to contain any IP addresses. So would www.example.com be translated into an IP address at the TPC layer?

Seems like DNS is used to tell TCP which IP address to connect to. So does HTTP call DNS?

With this stack:

6 Answers 6

DNS is a protocol that arguably sits at the application-level, but is a separate application in and of itself that makes use of the whole TCP/IP «stack». (LDAP is similar, if that helps «place» DNS.) It’s a fundamental «phone book»-like directory for the Internet and has absolutely nothing specific to do with the HTTP protocol. DNS uses UDP and TCP transport to query other distributed DNS servers to answer client questions like «what IP addresses are associated with the name www.google.com?». Once a client application, like a web browser, has an IP address with which to connect, DNS is then out of the picture. The browser opens up a TCP connection to the IP address and then initiates the HTTP protocol over that TCP transport session to talk web stuff.

In OSI stack terms, DNS runs in parallel to HTTP in the Application Layer (layer 7).

DNS is in effect an application that is invoked to help out the HTTP application, and therefore does not sit «below» HTTP in the OSI stack.

DNS itself also makes use of UDP and more rarely TCP, both of which in turn use IP.

30. Глобальная сеть Интернет. Сетевые протоколы. Модель osi. Система доменных имен, трансляция доменного имени в ip-адрес. Маршрутизация пакетов в сети Интернет.

Internet — всемирная информационная компьютерная сеть, представляющая собой объединение множества региональных компьютерных сетей и компьютеров, обменивающихся друг с другом информацией по каналам общественных телекоммуникаций (выделенным телефонным аналоговым и цифровым линиям, оптическим каналам связи и радиоканалам, в том числе спутниковым линиям связи).

Информация в Internet хранится на серверах. Серверы имеют свои адреса и управляются специализированными программами. Они позволяют пересылать почту и файлы, производить поиск в базах данных и выполнять другие задачи.

Обмен информацией между серверами сети выполняется по высокоскоростным каналам связи (выделенным телефонным линиям, оптоволоконным и спутниковым каналам связи). Доступ отдельных пользователей к информационным ресурсам Internet обычно осуществляется через провайдера или корпоративную сеть.

Провайдер — поставщик сетевых услуг – лицо или организация предоставляющие услуги по подключению к компьютерным сетям. В качестве провайдера выступает некоторая организация, имеющая модемный пул для соединения с клиентами и выхода во всемирную сеть.

Основными ячейками глобальной сети являются локальные вычислительные сети. Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к глобальной, то и каждая рабочая станция этой сети может быть подключена к ней.

Существуют также компьютеры, которые непосредственно подключены к глобальной сети. Они называются хост — компьютерами (host — хозяин). Хост – это любой компьютер, являющийся постоянной частью Internet, т.е. соединенный по Internet – протоколу с другим хостом, который в свою очередь, соединен с другим, и так далее.

Для подсоединения линий связи к компьютерам используются специальные электронные устройства, которые называются сетевыми платами, сетевыми адаптерами, модемами и т.д.

Практически все услуги Internet построены на принципе клиент-сервер. Вся информация в Интернет хранится на серверах. Обмен информацией между серверами осуществляется по высокоскоростным каналам связи или магистралям. Серверы, объединенные высокоскоростными магистралями, составляют базовую часть сети Интернет.

Отдельные пользователи подключаются к сети через компьютеры местных поставщиков услуг Интернета, Internet — провайдеров (Internet Service Provider — ISP), которые имеют постоянное подключение к Интернет. Региональный провайдер, подключается к более крупному провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных городах страны. Сети национальных провайдеров объединяются в сети транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня. Объединенные сети провайдеров первого уровня составляют глобальную сеть Internet.

Передача информации в Интернет обеспечивается благодаря тому, что каждый компьютер в сети имеет уникальный адрес (IP-адрес), а сетевые протоколы обеспечивают взаимодействие разнотипных компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем.

Под сетевым протоколом называют набор правил, позволяющих осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включенными в сеть компьютерами. Фактически разные протоколы описывают лишь разные стороны одного типа связи, взятые вместе они образуют стек протоколов.

Сетевой протокол TCP/IP является не одним протоколом, а целым набором протоколов работающих совместно. Он состоит из двух уровней. Протокол верхнего уровня TCP отвечает за правильность преобразования данных в пакеты информации, из которых на приёмной стороне собирается послание. Протокол нижнего уровня IP, отвечает за правильность доставки сообщений по указанному адресу.

Сетевой протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – является протоколом более высокого уровня по отношению к протоколу TCP/IP – протоколом уровня приложения. Протокол HTTP был разработан для передачи по Интернету web-страниц.

Мы отдаём команды протоколу HTTP, используя интерфейс браузера, который является HTTP-клиентом. При щелчке мышью по ссылке браузер запрашивает у web-сервера данные того ресурса, на который указывает ссылка.

Протокол FTP (File Transfer Protocol) – протокол разработан для передачи файлов по Интернет.

Протокол Telnet предназначен для подключения к удалённому компьютеру как пользователь и производить действия над его файлами и приложениями, точно так же, как если бы работали на своём компьютере.

Telnet является протоколом эмуляции терминала. Работа с ним ведётся из командной строки.

WAP был разработан в 1997 году для того чтобы предоставлять доступ к службам Интернета пользователям беспроводных устройств – таких как мобильные телефоны, пейджеры, электронные органайзеры и др.

Эталонная Модель OSI – это описательная схема сети, её стандарты гарантируют высокую совместимость и способность к взаимодействию различных типов сетевых технологий. Кроме того она иллюстрирует процесс перемещения информации по сетям. Модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через сетевую среду от одной прикладной программы к другой прикладной программе. По мере того, как подлежащая отсылке информация проходит вниз через уровни системы, она становится всё меньше похожей на человеческий язык и всё больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно «нули» и «единицы». Модель OSI делит задачу перемещения информации на 7 уровней. Такое разделение на уровни называется иерархическим представлением.

Каждый уровень модели OSI имеет специальные функции, соответствующие программному обеспечению или устройствам.

1) Физический уровень – это самый нижний уровень системы, который обеспечивает преобразование информации в уровень сигналов, принятый в среде передачи и обратное декодирование.

2) Канальный уровень – отвечает за формирование пакетов стандартного вида. Здесь производится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи и производится повторная пересылка приёмнику ошибочных пакетов.

3) Сетевой уровень Отвечает за адресацию пакетов и перевод имён в сетевые адреса (и обратно), а также за выбор маршрута, по которому пакет доставляется по назначению.

4) Транспортный уровень – устанавливает, управляет и разрывает связь между хостами. Этот уровень также синхронизирует диалог между представительскими уровнями двух хостов и управляет их обменном данных.

5) Сеансовый уровень – отвечает за поддержание сеанса связи, что позволяет приложениям взаимодействовать между собой длительное время.

6) Представительский уровень (уровень представления) – определяет пригодны ли данные, посланные прикладным уровнем одной системы для чтения прикладным уровнем другой системы, если нет определяет и преобразует формат данных в необходимый.

7) Прикладной уровень наиболее близок к пользователю. Этот уровень предоставляет сетевые сервисы (приложения), такие как передача файлов, электронная почта и т.д. Он также управляет все шестью уровнями.

Система доменных имён.Современные пользователи Интернета привыкли к символьным адресам сайтов, например: nic.ru или test.ru. Действительно, такие адреса и набирать проще, и запоминаются они лучше. Технология доменных имён (DNS), благодаря которой функционируют эти символьные адреса, настолько срослась с Интернетом, что абсолютное большинство пользователей вообще не задумываются о ее существовании. А некоторое количество «продвинутых пользователей» вспоминают про DNS только тогда, когда с ней возникают те или иные проблемы.

Между тем, для адресации узлов Интернета используются специальные числовые «коды» – IP-адреса. Система доменных имён как раз служит для выполнения преобразований между символьными и числовыми адресами. Традиционный IP-адрес может быть записан с помощью четырех чисел в десятичной системе счисления, например: 192.168.175.13 или 194.85.92.93. DNS позволяет сопоставить числовой IP-адрес и символьный, например: 194.85.92.93 = test.ru.

При этом символьный адрес в DNS представляет собой текстовую строку, составленную по особым правилам. Самое важное из этих правил – иерархия доменов. Система адресов DNS имеет древовидную структуру. Узлы этой структуры называются доменами. Каждый домен может содержать множество «подчиненных» доменов.

Дерево DNS принято делить по уровням: первый, второй, третий и так далее. При этом начинается система с единственного корневого домена (нулевой уровень). Интересно, что про существование корневого домена сейчас помнят только специалисты, благодаря тому, что современная DNS позволяет не указывать этот домен в адресной строке. Впрочем, его можно и указать. Адресная строка с указанием корневого домена выглядит, например, так: «site.test.ru.» – здесь корневой домен отделен последней, крайней справа, точкой.

Как несложно догадаться, адреса с использованием DNS записываются в виде последовательности, отражающей иерархию имен. Чем «выше» уровень домена, тем правее он записывается в строке адреса. Разделяются домены точками. Разберем, например, строку www.site.nic.ru. Здесь домен www – это домен четвертого уровня, а другие упомянутые в этой строке домены расположены в домене первого уровня RU. Например, site.nic.ru – это домен третьего уровня. Очень важно понимать, что привычный адрес веб-сайта, скажем, www.test.ru, обозначает домен третьего уровня (www), расположенный внутри домена второго уровня test.ru.

Для преобразования имен доменов и IP-адресов в DNS используется распределенная система из специальных серверов. Каждый из серверов обслуживает свой «набор клиентов», выполняя для них преобразования адресов. Среди серверов DNS существует иерархия «доверия» и распределение «зон ответственности»: тот или иной сервер может отвечать за определенный набор доменов. При этом DNS-серверы, входящие в глобальную систему DNS Интернета, связаны между собой и обмениваются информацией по достаточно сложным протоколам. Например, между серверами передаются данные об изменении адресации в той или иной доменной зоне. Все это направлено на обеспечение успешного преобразования всех адресов, входящих в DNS, по запросу от любого компьютера, подключенного к Интернету, где бы этот компьютер ни находился.

Маршрутизация. Передаваемая по сети информация «упаковывается в конверт», на котором «пишутся» Интернет-адреса компьютеров получателя и отправителя, например «Кому: 198.78.213.185», «От кого: 193.124.5.33». Содержимое конверта на компьютерном языке называется Интернет-пакетом и представляет собой набор байтов.

Интернет-пакеты на пути к компьютеру-получателю также проходят через многочисленные промежуточные серверы Интернета, на которых производится операция маршрутизации. В результате маршрутизации Интернет-пакеты направляются от одного сервера Интернета к другому, постепенно приближаясь к компьютеру-получателю.

В Интернете часто случается аналогичная ситуация, когда компьютеры обмениваются большими по объему файлами. Если послать такой файл целиком, то он может надолго «закупорить» канал связи, сделать его недоступным для пересылки других сообщений. Для того чтобы этого не происходило, на компьютере-отправителе необходимо разбить большой файл на мелкие части, пронумеровать их и транспортировать в форме отдельных Интернет-пакетов до компьютера-получателя. На компьютере-получателе необходимо собрать исходный файл из отдельных частей в правильной последовательности, поэтому файл не может быть собран до тех пор, пока не придут все Интернет-пакеты.

Маршрутизация Интернет-пакетов обеспечивает доставку информации от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю. Маршруты доставки Интернет-пакетов могут быть совершенно разными, и поэтому Интернет-пакеты, отправленные первыми, могут достичь компьютера-получателя в последнюю очередь.

Транспортировка данных производится путем разбиения файлов на Интернет-пакеты на компьютере-отправителе, индивидуальной маршрутизации каждого пакета и сборки файлов из пакетов в первоначальном порядке на компьютере-получателе.

Время транспортировки отдельных Интернет-пакетов между локальным компьютером и сервером Интернета можно определить с помощью специальных программ.