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DNS

インターネットの電話帳。名前を入れると、アドレスが出てくる。小さな 1 データグラムで。

質問

example.com の A レコードを尋ねる 29 バイトです。ASCII の行で文字が読み取れます。

DNS クエリ・29 バイト081624AB·CD·01·00·00·01·00·00·00·00·00·00·07·65e78x61a6Dm70p6Cl65e03·63c6Fo6Dm00·00·01·00·01·トランザクション IDフラグ質問数回答数権威レコード数追加レコード数ラベル長ラベル "example"ラベル長ラベル "com"名前の終端クエリタイプクエリクラスフィールドをクリックして中身を見る

フレーム全体

AB CD 01 00 00 01 00 00 00 00 00 00 07 65 78 61 6D 70 6C 65 03 63 6F 6D 00 00 01 00 01: 「example.com の IPv4 アドレスは？」を 29 バイトで尋ねます。1 つの UDP データグラムに収まる小ささです。

フィールド位置例の値意味
トランザクション ID0–1 バイト目0xABCDクライアントが選ぶ乱数で、応答にそのまま写されます。答えと質問の対応づけに使い、攻撃者がこれを推測する必要もあります。
フラグ2–3 バイト目0x0100 = query, recursion desired16 ビットの制御欄です。質問か応答か、オペコード、権威、切り詰め、再帰の要求/可否、応答コード。
質問数4–5 バイト目1続く質問の数。ほぼ常に 1。
回答数6–7 バイト目0続く回答レコードの数。質問では 0。
権威レコード数8–9 バイト目0権威セクションのネームサーバレコード数（ここでは未使用）。
追加レコード数10–11 バイト目0追加の補助レコード数（ここでは未使用）。
ラベル長12 バイト目7名前は「長さ + 文字列」のラベルの並びで格納します。'example' は 7 文字です。
ラベル "example"13–19 バイト目exampleASCII の文字です。線上にドットはなく、example.com のドットは長さバイトに置き換わっています。
ラベル長20 バイト目3次のラベル。'com' は 3 文字です。
ラベル "com"21–23 バイト目comトップレベルドメインです。
名前の終端24 バイト目0長さ 0 のラベルが名前の終わりです（ルートを表します）。
クエリタイプ25–26 バイト目1 = A欲しいレコードの種類。1 = A（IPv4 アドレス）、28 = AAAA（IPv6）、15 = MX（メール）、5 = CNAME、16 = TXT、2 = NS。
クエリクラス27–28 バイト目1 = IN1 = IN（インターネット）。ほかのクラスは歴史的なものです。

概要

DNS は、人が覚える名前（example.com）を、機械が使うアドレスに変換します。質問と答えは同じ二進レイアウトを共有します。12 バイトのヘッダ、続いて質問、続いて回答レコードです。たいていはポート 53 の UDP データグラム 1 つで運ばれます。

名前はドットではなく、長さ付きのラベル（7 'example' 3 'com' 0）で格納され、回答レコードはメッセージ内へのポインタで名前の繰り返しを避けます。

基本情報

トランスポート
UDP/53（大きな応答は TCP/53）
ヘッダ
12 バイト
ラベル上限
ラベル 63 バイト、名前全体 253 バイト
主なタイプ
A, AAAA, CNAME, MX, TXT, NS
キャッシュ
TTL に従い、リゾルバとクライアントで
規格
RFC 1035

応答

質問がそのまま戻り、そのあとに、名前を繰り返さずポインタで指す回答レコードが続きます。

DNS 応答・45 バイト0816243240AB·CD·81·80·00·01·00·01·00·00·00·00·07·65e78x61a6Dm70p6Cl65e03·63c6Fo6Dm00·00·01·00·01·C0·0C·00·01·00·01·00·00·01·2C,00·04·CB·00·71q322トランザクション IDフラグ質問数回答数権威レコード数追加レコード数ラベル長ラベル "example"ラベル長ラベル "com"名前の終端クエリタイプクエリクラス名前（ポインタ）タイプクラスTTLデータ長アドレスフィールドをクリックして中身を見る

フレーム全体

応答は質問をそのまま繰り返し、回答レコードを 1 つ足します。「example.com は 203.0.113.50。300 秒覚えておいて」。

フィールド位置例の値意味
トランザクション ID0–1 バイト目0xABCDクライアントが選ぶ乱数で、応答にそのまま写されます。答えと質問の対応づけに使い、攻撃者がこれを推測する必要もあります。
フラグ2–3 バイト目0x8180 = response, recursion available, no error16 ビットの制御欄です。質問か応答か、オペコード、権威、切り詰め、再帰の要求/可否、応答コード。
質問数4–5 バイト目1続く質問の数。ほぼ常に 1。
回答数6–7 バイト目1続く回答レコードの数。質問では 0。
権威レコード数8–9 バイト目0権威セクションのネームサーバレコード数（ここでは未使用）。
追加レコード数10–11 バイト目0追加の補助レコード数（ここでは未使用）。
ラベル長12 バイト目7名前は「長さ + 文字列」のラベルの並びで格納します。'example' は 7 文字です。
ラベル "example"13–19 バイト目exampleASCII の文字です。線上にドットはなく、example.com のドットは長さバイトに置き換わっています。
ラベル長20 バイト目3次のラベル。'com' は 3 文字です。
ラベル "com"21–23 バイト目comトップレベルドメインです。
名前の終端24 バイト目0長さ 0 のラベルが名前の終わりです（ルートを表します）。
クエリタイプ25–26 バイト目1 = A欲しいレコードの種類。1 = A（IPv4 アドレス）、28 = AAAA（IPv6）、15 = MX（メール）、5 = CNAME、16 = TXT、2 = NS。
クエリクラス27–28 バイト目1 = IN1 = IN（インターネット）。ほかのクラスは歴史的なものです。
名前（ポインタ）29–30 バイト目0xC00C → example.com名前の圧縮です。上位 2 ビットが 11 なら「ポインタ」で、名前はこのメッセージの 0x0C（12 バイト目）、つまり質問の中にあります。レコードごとに example.com を繰り返さずに済みます。
タイプ31–32 バイト目1 = Aこの回答のレコードタイプ。A。
クラス33–34 バイト目1 = ININ。
TTL35–38 バイト目300 secondsキャッシュがこの答えを保持してよい秒数です。300 秒 = 5 分。短い TTL は素早い変更に、長い TTL は負荷の軽減に向きます。
データ長39–40 バイト目4続くデータのバイト数。IPv4 アドレスは 4。
アドレス41–44 バイト目203.0.113.50答えそのものです。このデモでの example.com の IPv4 アドレス（ドキュメント用アドレス）。

キャッシュ付きの名前解決

誰が誰に尋ね、答えがどこに記憶されるか。

ノート PC192.168.1.20リゾルバ192.168.1.1権威サーバexample.comA? example.comUDP :53, RD=1A? example.comiterativeA 203.0.113.50TTL=300, AA=1A 203.0.113.50TTL=300, RA=1cache: emptycache: example.com203.0.113.50

やり取りの全体

質問が 1 つ、答えが 1 つ、TTL の間はキャッシュ。インターネット上の名前解決は、どれもこのような短い会話で、たいていは UDP で行われます。

  1. 1ノート PC がリゾルバに尋ねる

    ノート PC は自分でインターネットを探しません。設定されたリゾルバ（ルータや ISP のことが多い）に尋ね、RD（再帰を要求）を立てます。

  2. 2リゾルバが持ち主に尋ねる

    キャッシュにありません。実際にはリゾルバは、ルートサーバ、.com のサーバ、example.com 自身のネームサーバと 3 回続けて問い合わせます。ここでは 1 ステップにまとめて描いています。

  3. 3権威ある答え

    ゾーンを持つサーバが、レコードと TTL を返します。AA は「権威ある回答」の印です。

  4. 4リゾルバがノート PC に答える

    同じ答えを、RA を立てて中継します。以後 300 秒間は、このリゾルバに尋ねた人にキャッシュから即座に答えが返ります。

使われる場面

  • あらゆる Web リクエストは DNS の名前解決から始まります
  • メールの配送先（MX）、ドメイン所有の証明（TXT）、サービス探索（SRV）
  • DNS over HTTPS/TLS は同じメッセージを暗号化して運びます

つまずきやすい点

  • 「原因はいつも DNS」。変更したのに反映されない場面の多くは、古いキャッシュと TTL で説明がつきます。
  • 普通の DNS は暗号化も認証もなく、トランザクション ID とポートだけがなりすましを防いでいます（DNSSEC は署名を足します）。
  • 512 バイト（EDNS0 では 1232 バイト）を超える答えは 1 データグラムに収まらず、TCP にフォールバックします。

出典・規格

  • RFC 1035: Domain Names - Implementation and Specification

関連するプロトコル

UDPIPv4HTTP/1.1