DNS

DNS(Domain Name System) 란?

도메인 이름(e.g. www.naver.com)을 IP 주소로 변환하는 시스템

• 사람이 쉽게 읽을 수 있는 인터넷 전화번호부
• 도메인을 IP 주소로 변환하여 접속하는 과정을 지원한다

DNS는 계층 구조를 가지는 분산 데이터베이스 구조이다

DNS의 구성 요소

1. Domain Name Space

• 도메인 이름을 분산해서 저장하는 방법
• 도메인에 해당하는 IP를 저장할 데이터베이스가 필요하고 분산된 데이터가 어디에 저장되어있는지 명확하게 하기 위해 사용된다

• ref

• 도메인 네임 스페이스는 DNS가 저장 관리하는 계층적 구조

Root DNS

• ICANN(국제인터넷주소관리기구) 에서 직접 관리하는 서버
• Top-Level Domain 서버 IP 주소를 저장하고 안내하는 역할을 한다

Top-Level Domain

• 도메인 등록 기관이 관리하는 서버
• Authoritative DNS 서버의 주소를 저장하고 안내하는 역할
  • Authoritative DNS 서버: 실제 개인 도메인 IP 주소의 관계가 기록/저장/변경 되는 서버

Second-Level Domain (Authoritative DNS 서버)

• 실제 개인 도메인과 IP 주소의 관계가 기록/저장/변경 되는 서버
• DNS 설정이 변경되면 도메인 등록 기관으로 전달된다

2. Name Server

• 도메인에 해당하는 IP 주소를 찾는 서버로 DNS 서버를 뜻한다

3. Resolver

• DNS와 클라이언트간의 상호작용을 담당한다
• 클라이언트의 DNS 요청을 네임 서버로 전달하고 찾은 정보를 클라이언트에게 제공하는 기능을 수행한다
• 어떤 네임 서버에 요청을 보내야하는지, 캐시에 저장되어 있는지 확인하고 응답한다
• 대표적으로 ISP(국내 통신 3사 KT/LG/SKT)와 구글, 클라우드 플레어 같은 Public DNS가 있다

Recursive DNS Server

• 재귀 DNS 서버가 클라이언트의 요청을 받아 관련 IP 주소에 다른 DNS 서버와 통신하여 해당 IP주소를 찾아 클라이언트에 반환하는 서버
• 재귀 DNS 쿼리는 클라이언트가 서버에게 해당 IP주소를 찾아서 반환할 때까지 다시 연락하지 말라고 알리는 것

재귀와 반복의 차이

• 재귀는 조건이 충족될 때 까지 반복적으로 자신을 호출하는 반면 반복에서는 조건이 충족될 때까지 일련의 명령이 반복된다

• 재귀 DNS 쿼리는 서버가 클라이언트에 반환할 IP 주소가 있을 때까지 다른 DNS 서버에 계속 쿼리를 날린다.
• 반복 DNS 쿼리는 서버가 클라이언트에게 직접 찾을 수 있도록 조회 과정에서 다음 DNS 서버 주소를 반환한다

DNS 동작 방식

1. 클라이언트가 Local DNS 서버(ISP)에 요청(쿼리)을 보낸다
   • www.naver.com의 IP를 알려주세요
2. ISP는 root DNS 서버에 요청한다
   • www.naver.com의 IP를 알고있나요?
3. root DNS 서버가 응답한다
   • .com 도메인을 관리하는 네임서버의 이름과 IP를 알려드릴게요
4. 해당 네임 서버에 쿼리를 보낸다
   • www.naver.com의 IP를 알고있나요?
5. 네임 서버가 응답한다
   • 저는 모르지만 해당 웹은 w.g.naver.com이라는 이름으로 통해요. g.naver.com 도메인을 관리하는 네임서버의 이름과 IP 주소를 알려줄게요
6. 해당 네임서버에 쿼리를 보낸다
   • www.g.naver.com의 IP 주소를 알고있나요?
7. 네임 서버가 응답한다
   • 네 www.g.naver.com의 IP 주소는 xxx.xxx.xxx.xxx 입니다
8. Local DNS 서버(ISP)가 클라이언트에게 응답한다
   • www.naver.com의 주소는 xxx.xxx.xxx.xxx 입니다

DNS 동작과정

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DNS Load Balancing

• 별도의 하드웨어 장비나 소프트웨어 없이 DNS 서버에 대한 트래픽을 분산시키는 방법

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Round Robin

• 프로세스 사이에 우선순위를 두는 것이 아닌 시간단위(Time Quantum)로 CPU를 할당하는 방식의 CPU 스케줄링 알고리즘

DNS Round Robin

• 도메인에 대한 IP 요청 쿼리 시 Round Robin 방식으로 IP를 반환하는 것
• DNS 서버에 대한 쿼리를 RR 방식으로 해결하게 되면 따로 Load Balancing이 필요 없다
• Time Quantum에 따라 자동적으로 스케줄링이 되기 때문

장점

1. 간편하다
2. 하드웨어 장비가 필요없다

단점

1. 서버의 수 만큼 공인 IP 주소가 필요
   • DNS 쿼리를 분산 할 서버가 필요하고 해당 서버에 공인 IP 가 필요하다
2. 서버에 장애가 발생해도 감지하지 않고 부하를 분산시킴
   • 일반적인 Load Balancing은 Health Check를 통해 장애를 추적한다
3. DNS 결과를 캐싱해서 재사용하기 때문에 균등한 분산이 어렵다

RR 방식은 로드 밸런싱 방법 중 하나일 뿐 단점을 보완해야한다

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다양한 분산 알고리즘

Least Connection

• 접속 클라이언트 수가 가장 적은 서버를 선택하는 방법
• 로드 밸런서에서 실시간으로 connection수를 관리하고 서버에서 알려주어야 함

L4 스위치

• L4의 부하 분산 방법 중 WBR(Weighted Round Robin)을 통해 웹 서버의 가중치를 설정하여 분산 비율을 조정
• 성능이 좋은 서버에 더 많은 트래픽을 할당하는 방법

Response Time

• 가장 응답시간이 빠른 쪽의 서버를 알려준다

Hash

• 클라이언트 IP를 기반으로 서버를 배정

Bandwith based Load Balancing

• 서버들과의 대역폭을 고려하여 분산