1. A “Barreira do Idioma” Entre Humanos e Computadores

No mundo da Internet, todos os computadores e servidores especificam sua localização usando uma sequência de números chamada “Endereço IP (ex: 142.250.196.110)”. No entanto, é impossível para nós memorizarmos os endereços IP de todos os sites que acessamos diariamente. Isso ocorre porque os “Nomes de domínio (strings com significado)”, como “google.com” ou “apple.com”, são esmagadoramente mais fáceis de lembrar para os seres humanos.

O enorme sistema que traduz automaticamente e vincula esse “nome de domínio usado por humanos” e o “endereço IP usado por computadores” é o “DNS (Domain Name System)”. O DNS é frequentemente comparado à “lista telefônica da Internet”. Se você deseja saber o número de telefone do Sr. Yamada, procura “Yamada” na lista telefônica; da mesma forma, o navegador faz consultas aos servidores DNS nos bastidores para descobrir o endereço IP de “google.com”.

2. A Necessidade de um Enorme Banco de Dados Distribuído

O que aconteceria se tentássemos gerenciar a tabela de correspondência de todos os nomes de domínio e endereços IP do mundo em “um único servidor gigante”? Centenas de milhões de consultas por segundo do mundo inteiro inundariam o servidor, fazendo-o cair imediatamente, e se esse servidor quebrasse, ninguém no mundo conseguiria usar a Internet.

Portanto, o DNS foi projetado como um “banco de dados distribuído hierárquico”, onde centenas de milhares de servidores em todo o mundo colaboram para gerenciar os dados de forma distribuída. Diz-se que este é o sistema distribuído de maior sucesso e operação em larga escala na história da ciência da computação.

3. Estrutura Hierárquica de Nomes de Domínio (Estrutura de Árvore)

Para entender o funcionamento do DNS, precisamos conhecer a “estrutura” dos nomes de domínio. Na verdade, os nomes de domínio possuem uma hierarquia (estrutura de árvore) da direita para a esquerda.

Por exemplo, se decompormos o domínio www.example.co.jp. da direita para a esquerda, teremos o seguinte:

1. . (Raiz): O topo de todos os domínios. Na verdade, há um “.” invisível escondido no final de todos os domínios.
2. jp (Domínio de Nível Superior / TLD): Uma hierarquia que representa um país, no caso, o Japão. Também existem outros como .com e .net.
3. co (Domínio de Segundo Nível): A hierarquia que representa empresas (company).
4. example (Domínio de Terceiro Nível): O nome de uma empresa ou organização.
5. www (Nome do Host): O nome de um servidor específico (como um servidor Web) dentro dessa organização.

No mundo do DNS, “servidores DNS encarregados (servidores DNS autoritativos)” são colocados para cada hierarquia, e eles conhecem apenas as informações de contato (endereços IP) dos encarregados da hierarquia imediatamente abaixo da sua.

4. O Processo de Resolução de Nomes: A Jornada de Revezamento

Quando você digita https://www.example.co.jp no seu navegador, o seguinte processo épico de “resolução de nomes (descobrir o endereço IP a partir de um nome)” ocorre nos bastidores em um instante (dezenas de milissegundos).

  graph TD
    User(("Seu PC/Smartphone")) -->|"1. Qual é o IP de www.example.co.jp?"| Resolver["Servidor DNS de Cache (Provedor)"]
    Resolver -->|"2. Não sei, vou perguntar ao topo"| Root["Servidor DNS Raiz (13 sistemas no mundo)"]
    Root -->|"3. Pergunte ao encarregado de jp"| Resolver
    Resolver -->|"4. Para o encarregado de jp"| JPDNS["Servidor DNS encarregado de .jp"]
    JPDNS -->|"5. Pergunte ao encarregado de co.jp"| Resolver
    Resolver -->|"6. Para o encarregado de co.jp"| CoJPDNS["Servidor DNS encarregado de .co.jp"]
    CoJPDNS -->|"7. Pergunte ao encarregado de example.co.jp"| Resolver
    Resolver -->|"8. Para o encarregado de example"| ExampleDNS["Servidor DNS encarregado de example.co.jp"]
    ExampleDNS -->|"9. O IP de www é 192.0.2.1"| Resolver
    Resolver -->|"10. É 192.0.2.1"| User

1. Solicitação ao servidor DNS de cache: Primeiro, o seu PC solicita ao “servidor DNS de cache” do seu provedor de Internet contratado (como NTT ou KDDI) para investigar em seu nome.
2. Consulta ao servidor raiz: Se o servidor do provedor não souber a resposta, ele perguntará ao “servidor DNS raiz (existem apenas 13 sistemas no mundo)”, que reina no topo do mundo. O servidor raiz responderá: “Não sei, mas vou lhe informar o endereço IP do encarregado de .jp, então pergunte lá”.
3. Revezamento de responsabilidades: O servidor do provedor pergunta ao servidor encarregado de .jp que lhe foi informado, em seguida, pergunta ao servidor encarregado de .co.jp… e assim por diante, sendo passado adiante sucessivamente enquanto desce na hierarquia (delegação).
4. Resposta final: Finalmente, ele chega ao servidor DNS da empresa que gerencia example.co.jp e recebe a resposta final: “O endereço IP de www é este”.

Este complexo revezamento acontece em todo o mundo toda vez que clicamos em um link.

5. Aceleração Através do Poder do Cache

Se esse revezamento ocorresse toda vez, toda a Internet ficaria lenta e os servidores DNS raiz no topo ficariam sobrecarregados.

O que previne isso é o mecanismo de “cache (armazenamento temporário)”. O servidor DNS de cache do provedor memoriza “o endereço IP de google.com” pesquisado uma vez na memória por um determinado período de tempo (TTL: Time To Live). Da próxima vez que você ou alguém da vizinhança perguntar “Qual é o endereço IP de google.com?”, ele não vai perguntar ao redor do mundo inteiro de novo, mas pode responder imediatamente (em alguns milissegundos): “Eu acabei de pesquisar e é este”.

Mais de 99% das consultas DNS do mundo são processadas instantaneamente por este cache, e isso suporta a velocidade confortável da Internet.

6. Conclusão

O DNS é o “herói anônimo” do qual normalmente não temos consciência alguma. No entanto, sem esse sistema distribuído hierárquico projetado por Paul Mockapetris e outros na década de 1980, a enorme Internet atual não seria possível de forma alguma.

Centenas de milhares de servidores DNS espalhados pelo mundo se encarregam de suas respectivas áreas e colaboram por meio de revezamento. O DNS é a infraestrutura que incorpora da forma mais bela a filosofia de “distribuição autônoma” da Internet.