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기술 컴퓨터 과학

네트워크 기술: DNS의 구조 - 인터넷의 전화번호부, 이름 해석의 이면

'www.google.com'을 입력하는 것만으로, 어떻게 목적지 서버에 연결되는 것일까? 인터넷 최대의 분산형 데이터베이스 'DNS'의 계층 구조와 이름 해석의 원리를 해설합니다.

1. 인간과 컴퓨터의 ‘언어 장벽’

인터넷의 세계에서는 모든 컴퓨터나 서버는 ‘IP 주소 (예: 142.250.196.110)‘라는 숫자의 나열로 위치를 특정하고 있습니다. 그러나 인간이 매일 접속하는 웹 사이트의 IP 주소를 모두 암기하는 것은 불가능합니다. 인간에게는 ‘google.com’이나 ‘apple.com’과 같은 ‘도메인 이름 (의미 있는 문자열)‘이 압도적으로 외우기 쉽기 때문입니다.

이 ‘인간이 사용하는 도메인 이름’과 ‘컴퓨터가 사용하는 IP 주소’를 자동으로 번역하고 연결해 주는 거대한 시스템이 ‘DNS (Domain Name System)‘입니다. DNS는 종종 ‘인터넷의 전화번호부’에 비유됩니다. 야마다 씨의 전화번호를 알고 싶으면 전화번호부에서 ‘야마다’를 찾듯이, 브라우저는 ‘google.com’의 IP 주소를 알기 위해 이면에서 DNS 서버에 질의를 하고 있는 것입니다.

2. 거대한 분산형 데이터베이스의 필요성

만약 전 세계의 모든 도메인 이름과 IP 주소의 대응표를 ‘1대의 거대한 서버’에서 관리하려고 한다면 어떻게 될까요? 전 세계에서 초당 수억 번의 질의가 쇄도하여 서버는 금방 다운될 것이고, 만약 그 서버가 고장 난다면 전 세계의 누구도 인터넷을 사용할 수 없게 되어버립니다.

그래서 DNS는 전 세계에 있는 수십만 대의 서버가 협력하여 데이터를 분산 관리하는 ‘계층형 분산 데이터베이스‘로 설계되었습니다. 이것은 컴퓨터 과학 역사상 가장 성공적이고 가장 대규모로 가동되고 있는 분산 시스템이라고 불립니다.

3. 도메인 이름의 계층 구조 (트리 구조)

DNS의 작동 원리를 이해하기 위해서는 도메인 이름의 ‘구조’를 알 필요가 있습니다. 사실 도메인 이름은 오른쪽에서 왼쪽을 향해 계층(트리 구조)으로 되어 있습니다.

예를 들어 www.example.co.jp. 라는 도메인을 오른쪽부터 분해하면 다음과 같습니다.

  1. . (루트): 모든 도메인의 정점. 사실 모든 도메인의 마지막에는 보이지 않는 ‘.‘이 숨겨져 있습니다.
  2. jp (최상위 도메인 / TLD): 일본이라는 국가를 나타내는 계층. 이 외에도 .com 이나 .net 등이 있습니다.
  3. co (2단계 도메인): 기업(company)을 나타내는 계층.
  4. example (3단계 도메인): 기업명이나 조직명.
  5. www (호스트 이름): 그 조직 내에 있는 특정 서버(웹 서버 등)의 이름.

DNS의 세계에서는 각 계층마다 ‘담당 DNS 서버(권한 있는 DNS 서버)‘가 배치되어 있으며, 자신의 바로 아래 계층 담당자의 연락처(IP 주소)만을 알고 있습니다.

4. 이름 해석의 프로세스: 양동이 릴레이의 여정

당신이 브라우저에 https://www.example.co.jp 를 입력했을 때, 이면에서는 다음과 같은 장대한 ‘이름 해석(이름으로부터 IP 주소를 알아보는 것)‘의 프로세스가 순식간(수십 밀리초)에 이루어지고 있습니다.

  graph TD
    User(("당신의 PC/스마트폰")) -->|"1. www.example.co.jp의 IP는?"| Resolver["캐시 DNS 서버 (프로바이더)"]
    Resolver -->|"2. 모르니까 정점에 물어봄"| Root["루트 DNS 서버 (전 세계 13계통)"]
    Root -->|"3. jp 담당자에게 물어봐"| Resolver
    Resolver -->|"4. jp 담당자에게"| JPDNS[".jp 담당 DNS 서버"]
    JPDNS -->|"5. co.jp 담당자에게 물어봐"| Resolver
    Resolver -->|"6. co.jp 담당자에게"| CoJPDNS[".co.jp 담당 DNS 서버"]
    CoJPDNS -->|"7. example.co.jp 담당자에게 물어봐"| Resolver
    Resolver -->|"8. example 담당자에게"| ExampleDNS["example.co.jp 담당 DNS 서버"]
    ExampleDNS -->|"9. www의 IP는 192.0.2.1이야"| Resolver
    Resolver -->|"10. 192.0.2.1이야"| User
  1. 캐시 DNS 서버로의 의뢰: 당신의 PC는 우선 계약 중인 프로바이더(NTT나 KDDI 등)의 ‘캐시 DNS 서버’에 대신 알아봐 달라고 의뢰합니다.
  2. 루트 서버로의 질의: 프로바이더의 서버가 답을 모를 경우, 전 세계의 정점에 군림하는 ‘루트 DNS 서버(전 세계에 13계통밖에 없음)‘에 묻습니다. 루트 서버는 ‘나는 모르지만 .jp 담당자의 IP 주소를 알려줄 테니 그쪽에 물어봐’라고 반환합니다.
  3. 떠넘기기 릴레이: 프로바이더의 서버는, 안내받은 .jp 담당 서버에 묻고, 나아가 .co.jp 담당 서버에 묻고……하며, 계층을 내려가면서 차례로 떠넘기기(위임)를 당합니다.
  4. 최종 답변: 마지막으로 example.co.jp 를 관리하고 있는 기업의 DNS 서버에 도착하여, ‘www 의 IP 주소는 이것입니다’라는 최종적인 답을 받습니다.

이 복잡한 양동이 릴레이가, 우리가 링크를 클릭할 때마다 전 세계에서 이루어지고 있는 것입니다.

5. 캐시의 힘에 의한 고속화

매번 이런 양동이 릴레이를 하고 있으면, 인터넷 전체가 느려지게 되고, 정점의 루트 DNS 서버가 펑크 나버릴 것입니다.

이것을 막는 것이 ‘캐시 (임시 저장)‘의 메커니즘입니다. 프로바이더의 캐시 DNS 서버는 한 번 조사한 ‘google.com의 IP 주소’를 일정 시간(TTL: Time To Live) 메모리에 기억해 둡니다. 다음에 당신이나 이웃 사람이 ‘google.com의 IP 주소는?‘이라고 물어왔을 때는, 일일이 전 세계에 물으러 가지 않고 ‘아까 조사했으니까 이거야’라고 즉각적으로(수 밀리초 만에) 대답할 수 있습니다.

전 세계 DNS 질의의 99% 이상은 이 캐시에 의해 순식간에 처리되고 있으며, 이것이 인터넷의 쾌적한 속도를 지탱하고 있습니다.

6. 요약

DNS는 우리가 평소 전혀 의식하지 않는 ‘보이지 않는 영웅(숨은 공로자)‘입니다. 그러나 1980년대에 폴 모카페트리스(Paul Mockapetris) 등에 의해 설계된 이 계층형 분산 시스템이 없었다면, 현재의 거대한 인터넷은 절대 성립될 수 없었을 것입니다.

전 세계에 흩어진 수십만 대의 DNS 서버가 서로 자신의 담당 영역에 대한 책임을 지고, 양동이 릴레이로 협력합니다. DNS는 인터넷의 ‘자율 분산’이라는 철학을 가장 아름답게 구현하고 있는 인프라인 것입니다.

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