Nimet

Edellisessä luvussa esitellyt IP-osoitteet ovat hankalia muistaa. Ratkaisu tähän on antaa nimi eri IP-osoitteille, kuten example.com - tai vielä tarkemmin example.com.. TCP/IP Domain Name System (DNS) on protokolla, joka määrittelee Internet-nimien nimiavaruuden (eng. name space), kuinka nimi käännetään IP-osoitteeksi ("resolvataan", eng. resolve), kuinka tuloksia säilötään välimuistissa ja niin edelleen. Protokolla on applikaatiotason-protokolla, ja hyödyntää alemman kerroksen UDP-porttia 53.

DNS on hierarkinen nimiavaruus, aivan kuten tietokoneen hakemistorakenne (/kansio/alikansio/alempikansio/), jossa erottimena toimii piste (.), ja sisäkkäiset hierarkiat listataan oikealta vasemmalle. Abstrakti esimerkki on 4.3.2.1., konkreettisempi esimerkki on kolmanneksi-ylin.toiseksi-ylin.example.com.. Käytännössä osoitteessa voi olla hyvinkin monta kerrosta, kuten a.b.c.d.e.f.g.h.i.example.com.. Puu alkaa juuresta (.). Mikäli halutaan tehdä selväksi, että annettu osoitepolku on kokonainen (Fully Qualified) eikä osittainen (Partially Qualified), niin osoitteeseen jätetään myös juuren piste näkyville. Vertaa näitä kahta: a.com., a.com. Jälkimmäinen voi teoriassa jossakin ympäristössä olla vain osittainen osoite, ja viitata vaikkapa polkuun a.com.something.fi.

graph TD
    root[.] --> com[.com]
    root --> fi[.fi]
    fi --> kamk[kamk.fi]
    com --> example[example.com]

Kuvio 1: DNS-puurakenne. Kerrokset ylhäältä alas ovat englanniksi: root, top-level domain (TLD), 2nd level domain (SLD).

Kaukana historiassa Internet, tai sitä edeltävä ARPAnet, oli niin pieni, että nimet oli mahdollista ylläpitää yhdessä tiedostossa. Linuxissa tämä löytyy yhä tiedostosta /etc/hosts ja Windowsissa tiedostosta C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts. Yhä 2020-luvullakin kyseinen tiedosto on ensisijainen nimen resoluution lähde, mikä voi olla lokaalissa kehittämissä hyödyllinen ominaisuus. Esimerkiksi Docker lisää tiedostoon rivejä, jotka muistuttavat tätä 192.168.178.37 host.docker.internal. Tämä aiheutta sen, että host.docker.internal ohjaa jatkossa osoitteeseen 192.168.178.37 eikä osoitetta yritetä etsiä Internetin uumenista. Nykyään Internetissä on aivan liikaa nimiä yksittäisen palvelimen ylläpidettäväksi, joten työ on hajautettu.

Tehtävä

Käy kurkkaamassa, mitä sinun käyttöjärjestelmäsi hosts-tiedosto sisältää. Ethän muokkaa tiedostoa.

Nimien rekisteröinti

Suoraan juuressa perään määritellyt domainit ovat verkkosivun päätteitä (eng. Top-Level Domain, TLD). TLD:t määritellään Root Zone Databasessa ja lista niistä löytyy ICANN:n sivuilta. Huomaa, että TLD:tä ei tavallisesti rekisteröi yksilöt; pelkkä hakemus on satoja tuhansia, ja ylläpito kymmeniä tuhansia euroja vuodessa. TLD:t luokitellaan maakohtaisiin (ccTLDs) ja geneerisiin (gTLD), joista ensimmäiset ovat eri maiden kaksikirjaimia maatunnuksia.

Tehtävä

Käy tarkistamassa ICANN:n sivuilta, kuka hallinnoi seuraavia, melko yleisiä verkkotunnuksia: .fi, .com, .ai, .app.

TLD:tä hallinnoiva taho (esim. Verisign .com:n tapauksessa) ylläpitää TDL:tä, ei suinkaan ylläpidä listaa kaikista .com-verkkotunnukseen päättyvistä osoitteista.

Mikäli haluat rekisteröidä oman second-level domain-nimen, kuten tietoliikenneohjelmointi.club tai tietoliikenneohjelmointi.com, sinun tulee valita sopiva verkkotunnusvälittäjä. Verisign ja muut TLD:tä hallinnoivat tahot eivät siis rekisteröi sinulle nimeä, vaan ovat delegoineet tuon työn muille yrityksille. Kun rekisteröit domainin, domainilla tarvitsee olla DNS-nimipalvelin (name server), jotta resolverit voivat löytää palveluidesi IP-osoitteet. Huomaa myös, että aliverkkotunnuksia ei tarvitse lähtökohtaisesti erikseen rekisteröidä (esim. python.tietoliikenneohjelmointi.club): mikäli omistat domainin, voit lisätä aliverkot itse DNS-vyöhyketiedostoon.

Tehtävä

Käy tutustumassa esimerkiksi GoDaddy-verkkotunnusvälittäjän ohjeisiin.

1. Löydätkö ohjeet, kuinka rekisteröidä domain ja käyttää GoDaddyn hallinnoimia nimipalvelimia?
2. Entä kuinka toimisit, jos haluat käyttää GoDaddyn kautta rekisteröidyn osoitteen kanssa AWS Route 53 -nimipalvelinta?

Nimen ja IP:n yhdistäminen

Nimen kääntäminen IP-osoitteeksi vaatii asiakasohjelman (DNS resolver) ja palvelimen (DNS (root) name server). Kun kirjoitat osoitekenttään example.com, verkkoselain keskustelee Ethernet-asetuksissa määritellyn resolverin kanssa. Resolveri käynnistää rekursiivisen haun, ja palauttaa IP-osoitteen, mikäli sellainen löytyi. Käytetty resolveri voi olla esimerkiksi reitittimessäsi, tai internetpalveluntarjoajan tiloissa, tai voit käyttää jotakin julkisesti avointa DNS-resolveria, kuten Googlea (IP-osoitteet 8.8.8.8 ja 8.8.4.4). Mikäli haluat tarkistaa mitä tietokoneesi käyttää nyt, voit tehdä sen alla olevien komentojen avulla. DNS-tietueita (eng. DNS Records) ylläpidetään nimipalvelimilla (eng. name servers). Suurimman auktoriteetin nimipalvelimet ovat juurinimipalvelimet (eng. root name servers), jotka on nimetty muotoon: a.root-servers.net. Lista kaikista juurinimipalvelimista löytyy IANA:n sivuilta IP-osoitteineen. Root Name Server ei ylläpidä listaa kaikista maailman osoitteista: se tietää vain, mitkä nimipalvelimet vastaavat TLD:stä. TLD:n nimipalvelin ei myöskään pidä listaa kaikista verkkotunnuksen alaisista second-level domaineista, mutta se tietää missä on näiden nimipalvelimet.

# PowerShell
Get-NetAdapter | Where-Object { $_.Status -eq "Up" } | Get-DnsClientServerAddress

# Bash
cat /etc/resolv.conf | grep "nameserver"

# Command Prompt
ipconfig /all

Prosessi menee jotakuinkin näin:

1. Tietokoneesi kysyy resolverilta, missä on www.icann.org
2. Resolveri kysyy juurinimipalvelimelta, missä on www.icann.org. Root Name Server ei luonnollisesti tiedä tätä, mutta osaa kertoa .org:n nimipalvelimet. Yksi näistä on a2.org.afilias-nst.info, jonka A-record eli IPv4-osoite on 199.19.56.1.
3. Resolveri kysyy .org:n nimipalvelimelta, missä on www.icann.org. TLD:sä vastaava nimipalvelin ei tiedä tätä, mutta osaa kertos icann.org:n nimipalvelimet. Yksi näistä on ns.icann.org, jonka IPv4 osoite on 199.4.138.53.
4. Resolveri kysyy icann.org nimipalvelimelta, missä on www.icann.org. Verkkotunnuksen nimipalvelin ei myöskään tiedä tätä, mutta osaa kertoa, että www.icann.org CNAME-record eli alias on www.vip.icann.org, ja yksi sen nimipalvelimista on gtm1.dc.icann.org, jonka A-record eli IPv4-osoite on 192.0.47.252
5. Resolveri kysyy gtm1.dc.icann.org nimipalvelimelta, missä on www.vip.icann.org. Nimipalvelin vastaa, että A-record eli IPv4-osoite on 192.0.32.7.

Huomaa, että mikäli olet äskettäin vieraillut www.icann.org-sivustolla, tai www.vip.icann.org-sivustolla, DNS-resolveri palauttaa IPv4-osoitteen välimuistista eikä tee uutta kyselykierrosta. Huomaa myös, että kummatkin sivustot käyttävät samaa IP-osoitetta. Www-palvelin on konfiguroitu siten, että sama IP-osoite osaa palauttaa eri sivuston käyttäjälle riippuen HTTP-kyselyssä määritellystä osoitteesta. Mikäli yrität vierailla osoitteessa https://192.0.32.7, näet nimenomaan *.vip*-sivuston.

Tehtävä

Miten ratkaista -ongelma: et voi ylipäätänsä tehdä ensimmäistä kyselyä, jos et tiedä mikä on esimerkiksi a.root-servers.net-juuripalvelimen IP-osoite. Selvitä, mistä DNS resolver lukee juurinimipalvelimien osoitteet.

Tehtävä

Mikäli sinulla on Linux tai muuten vain dig asennettuna, kokeile ajaa:

# Jos haluat nähdä rekursiivisen haun vaiheet alkaen root serveristä
dig +trace @a.root-servers.net $URL

# Jos haluat nähdä ihan vain ip-osoitteen
dig $URL

# Jos tiedät ip-osoitteen, mutta yrität päätellä kenen se on:
dig -x $IP