10日で覚えるネットワークDay 6: DNS（ドメインネームシステム）
books.chapter 610日で覚えるネットワーク

Day 6: DNS（ドメインネームシステム）

今日学ぶこと

  • DNSの役割と重要性
  • DNSの階層構造（ルート、TLD、権威、リカーシブリゾルバ）
  • DNSレコードの種類（A、AAAA、CNAME、MX、NS、TXT、SOA、PTR）
  • DNS名前解決の流れ（再帰クエリと反復クエリ）
  • DNSキャッシュとTTL
  • digとnslookupコマンド
  • DNSセキュリティ（DNSSEC、DoH/DoT）

DNSとは何か

DNS（Domain Name System） は、人間が読みやすいドメイン名（例：www.example.com）をコンピュータが理解できるIPアドレス（例：93.184.216.34）に変換するシステムです。インターネットの「電話帳」とも呼ばれます。

flowchart LR
    subgraph Human["人間が入力"]
        A["www.example.com"]
    end
    subgraph DNS["DNS"]
        B["名前解決"]
    end
    subgraph Machine["コンピュータが使用"]
        C["93.184.216.34"]
    end
    A --> B --> C
    style Human fill:#3b82f6,color:#fff
    style DNS fill:#8b5cf6,color:#fff
    style Machine fill:#22c55e,color:#fff

なぜDNSが必要なのか

観点 IPアドレス直接 DNS使用
覚えやすさ 93.184.216.34 は覚えにくい example.com は覚えやすい
サーバー変更 IPが変わると全員に通知が必要 DNS側で更新すれば自動反映
負荷分散 1つのIPに固定 複数IPに振り分け可能
柔軟性 低い 高い

DNSがなければ、すべてのWebサイトにIPアドレスでアクセスする必要があり、インターネットの利用は非常に不便になります。

DNSの階層構造

DNSは分散型のデータベースであり、階層的な構造を持っています。

flowchart TB
    subgraph Root["ルートDNSサーバー"]
        R[".(ルート)"]
    end
    subgraph TLD["TLDサーバー"]
        T1[".com"]
        T2[".jp"]
        T3[".org"]
    end
    subgraph Auth["権威DNSサーバー"]
        A1["example.com"]
        A2["example.jp"]
        A3["example.org"]
    end
    R --> T1
    R --> T2
    R --> T3
    T1 --> A1
    T2 --> A2
    T3 --> A3
    style Root fill:#ef4444,color:#fff
    style TLD fill:#f59e0b,color:#fff
    style Auth fill:#22c55e,color:#fff

各階層の役割

ルートDNSサーバー

DNSの最上位に位置するサーバーです。世界に13のルートサーバー群（A～M）があり、エニーキャストにより実際には数百台のサーバーが稼働しています。TLDサーバーの場所を知っています。

TLD（Top-Level Domain）サーバー

.com、.jp、.org などのトップレベルドメインを管理するサーバーです。

TLDの種類 例 説明
gTLD（汎用） .com, .org, .net 用途を問わない
ccTLD（国別） .jp, .uk, .de 国・地域に紐づく
sTLD（スポンサー付き） .edu, .gov, .mil 特定組織向け
新gTLD .app, .dev, .tokyo 2012年以降に追加

権威DNSサーバー

特定のドメインのDNSレコードを実際に保持しているサーバーです。example.com のIPアドレスなどの最終的な回答を返します。

リカーシブリゾルバ（キャッシュDNSサーバー）

クライアントからのクエリを受け取り、必要に応じて上位のサーバーに問い合わせを行うサーバーです。ISPやGoogle Public DNS（8.8.8.8）、Cloudflare DNS（1.1.1.1）などがこれにあたります。

DNSレコードの種類

DNSサーバーには、さまざまな種類のレコードが格納されています。

レコード 正式名称 内容 例
A Address ドメイン → IPv4アドレス example.com → 93.184.216.34
AAAA Quad-A ドメイン → IPv6アドレス example.com → 2606:2800:220:1:...
CNAME Canonical Name ドメインの別名 www.example.com → example.com
MX Mail Exchange メールサーバー指定 example.com → mail.example.com
NS Name Server 権威DNSサーバー指定 example.com → ns1.example.com
TXT Text テキスト情報（SPF等） "v=spf1 include:..."
SOA Start of Authority ゾーンの管理情報 シリアル番号、TTL等
PTR Pointer IPアドレス → ドメイン（逆引き） 34.216.184.93 → example.com

主要レコードの詳細

Aレコードは最も基本的なレコードで、ドメイン名をIPv4アドレスにマッピングします。

example.com.    IN    A    93.184.216.34

CNAMEレコードは、あるドメイン名を別のドメイン名のエイリアス（別名）として設定します。

www.example.com.    IN    CNAME    example.com.
blog.example.com.   IN    CNAME    example.com.

MXレコードは、メールの配送先を指定します。優先度（数値が小さいほど高い）を持ちます。

example.com.    IN    MX    10    mail1.example.com.
example.com.    IN    MX    20    mail2.example.com.

TXTレコードは、テキスト情報を格納します。SPF（メール送信元認証）やドメイン所有権の確認などに使われます。

example.com.    IN    TXT    "v=spf1 include:_spf.google.com ~all"

DNS名前解決の流れ

ブラウザでURLを入力してからWebページが表示されるまでの間に、DNS名前解決が行われています。

再帰クエリと反復クエリ

sequenceDiagram
    participant Client as クライアント
    participant Resolver as リカーシブリゾルバ
    participant Root as ルートサーバー
    participant TLD as TLDサーバー
    participant Auth as 権威サーバー

    Client->>Resolver: www.example.com は？（再帰クエリ）
    Note over Resolver: キャッシュ確認 → なし
    Resolver->>Root: www.example.com は？（反復クエリ）
    Root-->>Resolver: .com のTLDサーバーはこちら
    Resolver->>TLD: www.example.com は？（反復クエリ）
    TLD-->>Resolver: example.com の権威サーバーはこちら
    Resolver->>Auth: www.example.com は？（反復クエリ）
    Auth-->>Resolver: 93.184.216.34 です
    Note over Resolver: 結果をキャッシュ
    Resolver-->>Client: 93.184.216.34 です
クエリの種類 動作 使用場面
再帰クエリ リゾルバが最終回答を返すまで責任を持つ クライアント → リゾルバ
反復クエリ 次の問い合わせ先を教えて段階的に解決 リゾルバ → 各DNSサーバー

名前解決の全体の流れ

  1. ブラウザがローカルキャッシュを確認
  2. OSのDNSキャッシュを確認
  3. hostsファイルを確認
  4. リカーシブリゾルバに問い合わせ（再帰クエリ）
  5. リゾルバがキャッシュを確認
  6. キャッシュになければ、ルート → TLD → 権威の順に問い合わせ（反復クエリ）
  7. 結果をキャッシュして返答

DNSキャッシュとTTL

TTL（Time To Live）

TTLは、DNSレコードがキャッシュに保持される時間（秒）です。

example.com.    3600    IN    A    93.184.216.34
                ^^^^
                TTL = 3600秒（1時間）
TTL設定 秒数 メリット デメリット
短い（60秒） 60 変更が素早く反映 DNSクエリが増加
中程度（1時間） 3600 バランスが良い 変更反映に最大1時間
長い（24時間） 86400 DNSクエリ減少 変更反映が遅い

キャッシュの階層

flowchart TB
    subgraph Cache["DNSキャッシュの階層"]
        A["ブラウザキャッシュ"]
        B["OSキャッシュ"]
        C["ルーターキャッシュ"]
        D["ISPのリゾルバキャッシュ"]
    end
    A -->|miss| B -->|miss| C -->|miss| D
    style Cache fill:#3b82f6,color:#fff

キャッシュを利用することで、DNSの問い合わせ回数が削減され、名前解決が高速化されます。

digとnslookupコマンド

nslookup

nslookupは、DNS問い合わせを行う基本的なコマンドです。

# Basic A record lookup
nslookup example.com

# Specify record type
nslookup -type=MX example.com

# Use a specific DNS server
nslookup example.com 8.8.8.8

出力例：

Server:     8.8.8.8
Address:    8.8.8.8#53

Non-authoritative answer:
Name:   example.com
Address: 93.184.216.34

dig

dig（Domain Information Groper）は、より詳細なDNS情報を取得できるコマンドです。

# Basic query
dig example.com

# Query specific record type
dig example.com MX

# Short output format
dig +short example.com

# Trace the full resolution path
dig +trace example.com

# Query a specific DNS server
dig @8.8.8.8 example.com

# Reverse DNS lookup
dig -x 93.184.216.34

digの出力の読み方

;; QUESTION SECTION:
;example.com.                   IN      A

;; ANSWER SECTION:
example.com.            3600    IN      A       93.184.216.34

;; AUTHORITY SECTION:
example.com.            86400   IN      NS      a.iana-servers.net.

;; Query time: 25 msec
;; SERVER: 8.8.8.8#53(8.8.8.8)
セクション 内容
QUESTION 問い合わせた内容
ANSWER 回答（IPアドレス等）
AUTHORITY 権威サーバーの情報
ADDITIONAL 追加情報
Query time 応答にかかった時間

DNSセキュリティ

DNSの脆弱性

従来のDNSには、いくつかのセキュリティ上の問題があります。

flowchart TB
    subgraph Threats["DNSの脅威"]
        A["DNSスプーフィング<br/>偽の応答を返す"]
        B["DNSキャッシュポイズニング<br/>キャッシュに偽情報を注入"]
        C["DNS増幅攻撃<br/>DDoSに悪用"]
        D["盗聴<br/>クエリ内容の傍受"]
    end
    style Threats fill:#ef4444,color:#fff

DNSSEC（DNS Security Extensions）

DNSSECは、DNS応答にデジタル署名を追加することで、応答の改ざんを検知する仕組みです。

要素 説明
RRSIG リソースレコードのデジタル署名
DNSKEY 署名検証に使う公開鍵
DS 子ゾーンの鍵のハッシュ（信頼の連鎖）
NSEC/NSEC3 レコード不存在の証明 
flowchart TB
    subgraph DNSSEC["DNSSECの信頼の連鎖"]
        Root["ルートゾーン<br/>トラストアンカー"]
        TLD[".com ゾーン<br/>DS + DNSKEY"]
        Domain["example.com ゾーン<br/>DS + DNSKEY"]
        Record["Aレコード<br/>RRSIG で署名"]
    end
    Root -->|DS| TLD -->|DS| Domain -->|RRSIG| Record
    style DNSSEC fill:#22c55e,color:#fff

DNS over HTTPS（DoH）とDNS over TLS（DoT）

従来のDNSクエリは平文で送信されるため、盗聴のリスクがあります。DoHとDoTは、DNSクエリを暗号化する技術です。

項目 従来のDNS DoT DoH
ポート 53（UDP/TCP） 853（TCP） 443（TCP）
暗号化 なし TLS HTTPS
ブロック検知 容易 可能（専用ポート） 困難（HTTPS混在）
対応サービス 全DNS Cloudflare, Google等 Cloudflare, Google等

まとめ

今日学んだことの整理

トピック キーポイント
DNSの役割 ドメイン名をIPアドレスに変換する「電話帳」
階層構造 ルート → TLD → 権威サーバーの分散構造
レコード種類 A、AAAA、CNAME、MX、NS、TXT、SOA、PTR
名前解決 再帰クエリ（クライアント→リゾルバ）と反復クエリ（リゾルバ→各サーバー）
キャッシュとTTL TTLで保持期間を制御、複数階層でキャッシュ
コマンド dig（詳細）とnslookup（基本）
セキュリティ DNSSEC（改ざん検知）、DoH/DoT（暗号化）

重要ポイント

  1. DNSはインターネットの基盤：ほぼすべての通信がDNSの名前解決から始まる
  2. 階層的で分散的：単一障害点を避け、スケーラブルな設計
  3. キャッシュが性能の鍵：TTLの設定は運用面で重要な判断
  4. セキュリティの進化：DNSSEC、DoH、DoTにより安全性が向上

練習問題

基礎レベル

  1. DNSの主な役割を説明し、なぜIPアドレスではなくドメイン名を使うのか理由を3つ挙げてください。
  2. 以下のDNSレコードの種類と用途を答えてください：A、CNAME、MX、TXT
  3. 再帰クエリと反復クエリの違いを説明してください。

中級レベル

  1. dig +trace example.com の出力を読み、名前解決の各ステップで何が起きているかを説明してください。
  2. TTLを60秒に設定した場合と86400秒に設定した場合のメリット・デメリットを比較してください。
  3. CNAMEレコードとAレコードの使い分けについて、CDNを利用する場合の例を挙げて説明してください。

上級レベル

  1. DNSSECの信頼の連鎖（Chain of Trust）の仕組みを、ルートゾーンから末端のレコードまで説明してください。
  2. DNS over HTTPSがネットワーク管理者にとって問題となる理由と、その対策を議論してください。
  3. 実際のドメイン（例：google.com）について、dig コマンドを使ってA、MX、NS、TXTレコードをすべて調べ、その結果を分析してください。

参考リンク

次回予告

Day 7: HTTPとWebの仕組み では、Webブラウジングの裏側で動いているHTTPプロトコルを学びます。HTTPメソッド、ステータスコード、ヘッダーの役割を理解し、HTTP/1.1からHTTP/3までの進化を追います。