Qu'est-ce que le DNS ? | Fonctionnement du DNS

Chaque appareil connecté à Internet dispose d'une adresse IP unique que les autres appareils utilisent afin de le trouver. Grâce aux serveurs DNS, les internautes n'ont pas besoin de mémoriser les adresses IP (par exemple, 192.168.1.1 en IPv4) ni les adresses IP alphanumériques plus récentes et plus complexes (par exemple, 2400:cb00:2048:1::c629:d7a2 en IPv6).

Comment fonctionne le DNS ?

Le processus de résolution DNS implique la conversion d'un nom d'hôte (par exemple, www.example.com) en adresse IP utilisable par un ordinateur (par exemple, 192.168.1.1). Chaque appareil connecté à Internet reçoit une adresse IP, qui est nécessaire pour trouver l'appareil approprié sur Internet, de la même manière qu'une adresse postale permet de trouver un domicile. Lorsqu'un utilisateur souhaite charger une page web, l'adresse que saisit l'utilisateur dans son navigateur (example.com) doit être traduite en adresse utilisable par un ordinateur, indispensable pour localiser la page web correspondante.

Afin de comprendre le processus à l'œuvre derrière la résolution DNS, il est important de connaître les différents composants matériels par lesquels doit passer une requête DNS. Du point de vue du navigateur, la recherche DNS se déroule « en arrière-plan » et ne nécessite aucune interaction de l'ordinateur de l'utilisateur, à l'exception de la requête initiale.

Quatre serveurs DNS sont impliqués dans le chargement d'une page web :

• Récurseur DNS : le récurseur peut être considéré comme un bibliothécaire à qui l'on demande d'aller chercher un livre particulier, quelque part dans une bibliothèque. Ce serveur est conçu pour recevoir les requêtes provenant d'ordinateurs clients par l'intermédiaire d'applications, telles que les navigateurs web. Généralement, le récurseur est ensuite chargé d'effectuer les requêtes supplémentaires nécessaires à la résolution de la requête DNS du client.
• Serveur de noms racine : le serveur racine constitue la première étape de la traduction (c'est-à-dire de la résolution) des noms d'hôtes lisibles par l'humain en adresses IP. Il s'agit en quelque sorte du catalogue d'une bibliothèque, qui renvoie vers les différents rayonnages de livres. Il sert généralement de référence permettant de trouver d'autres emplacements plus spécifiques.
• Serveur de noms de TLD : le serveur de domaine de premier niveau (TLD, Top Level Domain) peut être considéré comme un rayonnage spécifique dans une bibliothèque. Ce serveur de noms est l'étape suivante dans la recherche d'une adresse IP spécifique, et il héberge la dernière partie d'un nom d'hôte (dans example.com, le serveur TLD est « com »).
• Serveur de noms de référence : ce dernier serveur de noms peut être considéré comme un dictionnaire situé sur un rayonnage, et permet la traduction d'un nom spécifique en sa définition. Le serveur de noms de référence constitue la dernière étape d'une requête adressée au serveur de noms. Si le serveur de noms de référence a accès à l'enregistrement demandé, il renvoie l'adresse IP du nom d'hôte demandé au récurseur DNS (c'est-à-dire le bibliothécaire) qui a effectué la requête initiale.

Quelle est la différence entre un serveur DNS de référence et un résolveur DNS récursif ?

Si les deux concepts font référence à des serveurs (ou des groupes de serveurs) faisant partie intégrante de l'infrastructure DNS, ils jouent chacun un rôle différent et ne se situent pas au même emplacement dans le pipeline d'une requête DNS. Une façon d'envisager ce qui les différencie consiste à se souvenir que le résolveur récursif se trouve au début de la requête DNS, et le serveur de noms de référence à la fin.

Résolveur DNS récursif

Le résolveur récursif est l'ordinateur qui répond à la requête récursive d'un client et prend le temps de localiser l'enregistrement DNS. Il effectue pour cela une série de requêtes jusqu'à atteindre le serveur de noms DNS de référence pour l'enregistrement demandé (la requête expire ou renvoie une erreur si aucun enregistrement n'est trouvé). Heureusement, les résolveurs DNS récursifs n'ont pas toujours besoin d'effectuer plusieurs requêtes pour localiser les enregistrements nécessaires pour répondre à un client. La mise en cache est un processus de persistance des données qui permet de court-circuiter les requêtes nécessaires en fournissant l'enregistrement de la ressource demandée plus tôt dans la recherche DNS.

Serveur DNS de référence

En termes simples, le serveur DNS de référence désigne un serveur qui détient réellement les enregistrements de ressources DNS et est responsable de ces enregistrements. Situé tout en bas de la chaîne de recherche DNS, ce serveur répond en renvoyant l'enregistrement de la ressource recherchée, permettant ainsi au navigateur web effectuant la requête d'atteindre l'adresse IP nécessaire pour accéder à un site web ou à d'autres ressources web. Un serveur de noms de référence peut répondre à des requêtes avec ses propres données, sans devoir interroger une autre source, car il représente la source finale d'informations exactes pour certains enregistrements DNS.

Il est important de souligner que, dans les cas où la requête concerne un sous-domaine comme for.example.com ou blog.cloudflare.com, un serveur de noms supplémentaire sera ajouté à la séquence après le serveur de noms de référence responsable du stockage de l'enregistrement CNAME du sous-domaine.

Il existe une différence cruciale entre de nombreux services DNS et celui proposé par Cloudflare. Différents résolveurs DNS récursifs, comme Google DNS, OpenDNS et les fournisseurs, tels que Comcast, exploitent tous résolveurs DNS récursifs dans des datacenters. Ces résolveurs permettent le traitement rapide et facile des requêtes grâce à des systèmes informatiques optimisés pour le DNS, mais leur fonctionnement est fondamentalement différent de celui des serveurs de noms hébergés par Cloudflare.

Cloudflare gère des serveurs de noms au niveau de l'infrastructure qui sont essentiels au fonctionnement d'Internet. Le réseau de serveurs F-root, dont Cloudflare est en partie responsable de l'hébergement, en est un exemple emblématique. Le serveur F-root est l'un des composants de l'infrastructure du serveur de noms DNS de niveau racine, responsable du traitement de milliards de requêtes Internet chaque jour. Notre réseau Anycast nous place dans une position unique pour traiter d'importants volumes de trafic DNS sans interruption de service.

Quelles sont les étapes d'une recherche DNS ?

Dans la plupart des situations, le DNS assure la traduction d'un nom de domaine afin d'obtenir l'adresse IP correspondante. Pour comprendre le fonctionnement de cette opération, il est utile de suivre le cheminement d'une recherche DNS depuis son émission dans le navigateur web jusqu'au processus de recherche DNS, puis dans le sens inverse. Examinons les différentes étapes.

Remarque : souvent, les informations d'une recherche DNS sont mises en cache localement, dans l'ordinateur à l'origine de la requête, ou à distance, dans l'infrastructure DNS. Une recherche DNS comprend généralement 8 étapes. Lorsque les informations DNS sont mises en cache, certaines étapes du processus de recherche DNS sont omises, ce qui permet d'en accélérer le traitement. L'exemple ci-dessous décrit l'ensemble des 8 étapes lorsqu'aucune ressource n'est mise en cache.

Les 8 étapes d'une recherche DNS :

1. Un utilisateur saisit « example.com » dans un navigateur web. La requête est acheminée via Internet, puis reçue par un résolveur DNS récursif.
2. Le résolveur interroge alors un serveur de noms racine DNS (.).
3. Le serveur racine répond alors au résolveur en lui fournissant l'adresse d'un serveur DNS de domaine de premier niveau (TLD) (tel que « .com » ou .net) sur lequel sont conservées les informations concernant ses domaines. Ainsi, si une recherche est effectuée sur « example.com », la requête est dirigée vers le domaine de premier niveau « .com ».
4. Le résolveur émet ensuite une requête vers le domaine de premier niveau « .com ».
5. Le serveur TLD répond alors en fournissant l'adresse IP du serveur de noms de domaine : « example.com ».
6. Le résolveur récursif envoie une requête au serveur de noms de domaine.
7. Le serveur de noms de domaine renvoie ensuite l'adresse IP du site example.com au résolveur.
8. Enfin, le résolveur DNS répond au navigateur web en fournissant l'adresse IP du domaine initialement demandé.

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Lorsque les 8 étapes de la recherche DNS ont renvoyé l'adresse IP d'example.com, le navigateur peut effectuer la requête correspondant à la page web :

9. Le navigateur transmet une requête HTTP à l'adresse IP.
10. Le serveur à cette adresse IP renvoie la page web à afficher dans le navigateur (étape 10).

Qu'est-ce qu'un résolveur DNS ?

Le résolveur DNS est la première étape du processus de recherche DNS, et est chargé de communiquer avec le client ayant effectué la requête initiale. Il lance la séquence de requêtes qui aboutit finalement à la traduction de l'URL afin d'obtenir l'adresse IP requise.

Remarque : en règle générale, une recherche DNS non mise en cache implique à la fois des requêtes récursives et itératives.

Il est important de comprendre la différence entre une requête DNS récursive et un résolveur DNS récursif. La requête désigne la demande qui est adressée à un résolveur DNS, afin de solliciter la résolution de la requête. Le résolveur DNS récursif est l'ordinateur qui accepte une requête récursive et traite la réponse en effectuant les requêtes nécessaires.

Quels sont les types de requêtes DNS ?

Une recherche DNS typique génère trois types de requêtes. L'utilisation conjointe de ces requêtes permet d'optimiser le processus de résolution DNS, et ainsi, de réduire la distance parcourue. Idéalement, des données d'enregistrement mises en cache sont disponibles, permettant au serveur de noms DNS de renvoyer une requête non récursive.

3 types de requêtes DNS :

1. Requête récursive : dans une requête récursive, un client DNS demande à un serveur DNS (généralement un résolveur DNS récursif) de répondre au client en lui renvoyant soit l'enregistrement de la ressource demandée, soit un message d'erreur, s'il ne parvient pas à trouver l'enregistrement.
2. Requête itérative : dans cette situation, le client DNS permet à un serveur DNS de renvoyer la meilleure réponse possible. Si le serveur DNS interrogé ne trouve aucun enregistrement correspondant au nom demandé, il renvoie une délégation vers un serveur DNS de référence à un niveau inférieur de l'espace de noms du domaine. Le client DNS transmet alors une requête à l'adresse indiquée dans la délégation. Le processus continue à interroger d'autres serveurs DNS plus bas dans la chaîne de résolution de la requête, jusqu'à ce qu'une erreur ou un dépassement de délai d'attente se produise.
3. Requête non récursive : ce type de requête est généralement émis lorsqu'un client résolveur DNS interroge un serveur DNS pour obtenir un enregistrement auquel il a accès, soit parce qu'il s'agit du serveur de référence pour cet enregistrement, soit parce que l'enregistrement existe dans son cache. En règle générale, un serveur DNS met en cache les enregistrements DNS afin d'éviter une consommation de bande passante supplémentaire et une surcharge des serveurs en amont.

Qu'est-ce que la mise en cache DNS ? Où se produit-elle ?

L'objectif de la mise en cache consiste à stocker temporairement des données dans un emplacement afin d'améliorer les performances et la fiabilité des requêtes de données. La mise en cache DNS implique de stocker des données plus près du client émettant la demande, afin d'accélérer le processus de résolution de la requête DNS et d'éviter la multiplication des requêtes plus loin dans la chaîne de recherche DNS. Cette opération permet ainsi d'améliorer les temps de chargement et de réduire la consommation de bande passante et de ressources processeur. Les données DNS peuvent être mises en cache à différents endroits, chacun conservant les enregistrements DNS pour une durée déterminée par une valeur TTL (Time-To-Live).

Mise en cache DNS dans le navigateur

Les navigateurs web modernes sont conçus par défaut pour mettre en cache les enregistrements DNS pour une durée déterminée. L'objectif est évident : plus la mise en cache DNS est réalisée à proximité du navigateur web, moins d'étapes de traitement seront nécessaires pour vérifier le cache et envoyer les requêtes correctes à une adresse IP. Lorsqu'une requête est transmise pour un enregistrement DNS, le cache du navigateur est le premier emplacement vérifié pour trouver l'enregistrement demandé.

Dans Chrome, vous pouvez consulter l'état de votre cache DNS en vous rendant à l'adresse chrome://net-internals/#dns.

Mise en cache DNS au niveau du système d'exploitation

Le résolveur DNS au niveau du système d'exploitation est la deuxième et dernière étape locale avant qu'une requête DNS ne quitte votre ordinateur. Le processus conçu pour traiter cette requête dans votre système d'exploitation est communément appelé « résolveur stub » ou client DNS. Lorsqu'un résolveur stub reçoit une requête d'une application, il vérifie d'abord son propre cache, afin de voir si l'enregistrement s'y trouve. Si ce n'est pas le cas, le résolveur envoie ensuite une requête DNS (avec un indicateur récursif activé) hors du réseau local, vers un résolveur récursif DNS dépendant du fournisseur d'accès Internet (FAI).

Comme pour toutes les étapes précédentes, lorsqu'un résolveur récursif dépendant d'un FAI reçoit une requête DNS, il vérifie également si la traduction de l'adresse hôte en adresse IP demandée est déjà stockée dans sa couche de persistance locale.

Le résolveur récursif dispose également de fonctionnalités supplémentaires, selon le type d'enregistrements présents dans son cache :

1. Si le résolveur ne dispose pas des enregistrements A, mais dispose des enregistrements NS correspondant aux serveurs de noms de référence, il interrogera ces serveurs de noms directement, en contournant plusieurs étapes de la requête DNS. Ce raccourci empêche les recherches depuis les serveurs de noms racine et .com (dans notre recherche portant sur example.com) et permet une résolution plus rapide de la requête DNS.
2. Si le résolveur ne dispose pas des enregistrements NS, il adresse une requête aux serveurs TLD (.com, dans le cas présent) en contournant le serveur racine.
3. Dans le cas peu probable où le résolveur ne dispose pas d'enregistrements renvoyant vers les serveurs TLD, il interroge alors les serveurs racine. Ce cas de figure se produit généralement après la purge du cache DNS.

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