DNS (Domain Name System)

DNS(Domain Name System)는 사람이 기억하기 쉬운 도메인 이름을 컴퓨터가 통신에 사용하는 IP 주소로 변환해 주는 분산 계층형 이름 해석 시스템이다. 전 세계의 네임 서버(name server)가 트리 구조로 역할을 나누어 갖고 있으며, 캐싱(caching)을 통해 매 요청마다 전체 트리를 탐색하지 않고도 빠르게 응답한다. 웹 브라우저 주소창에 도메인을 입력하는 순간 가장 먼저 동작하는 인터넷의 기반 인프라이다.

왜 DNS가 필요한가

인터넷 통신은 결국 IP 주소로 이루어지지만, 숫자 주소는 외우기 어렵고 서버 이전이나 증설 때마다 바뀔 수 있다. DNS는 이름과 주소를 분리해서, 서비스 운영자가 뒤에서 IP를 바꾸더라도 사용자는 같은 도메인으로 접속할 수 있게 한다. 또한 하나의 도메인에 여러 IP를 매핑해 트래픽을 분산하거나, 지역별로 다른 응답을 돌려주는 지리 기반 라우팅에도 활용된다. 초기 인터넷은 hosts 파일 하나에 모든 매핑을 적어 배포했지만, 호스트 수가 폭증하면서 중앙 파일 방식이 한계에 부딪혔고 그 해법으로 분산 데이터베이스인 DNS가 등장했다.

계층 구조와 서버의 역할

DNS는 도메인 이름을 점 단위로 쪼갠 계층 구조를 그대로 서버 조직에 반영한다. www.example.com이라는 이름은 오른쪽부터 루트, com, example.com 순서의 트리 경로로 읽는다.

• 루트 네임 서버(root name server): 트리의 최상단으로, 각 최상위 도메인을 담당하는 서버의 위치를 알려준다. 전 세계에 13개의 논리 주소가 있고 애니캐스트(anycast)로 수백 대가 분산 운영된다.
• TLD 네임 서버(Top-Level Domain name server): com, org, kr 같은 최상위 도메인을 관리하며, 각 도메인의 권한 서버 위치를 알려준다.
• 권한 네임 서버(authoritative name server): 특정 도메인의 실제 레코드를 보유한 서버로, 최종 답을 줄 수 있는 유일한 주체이다.
• 재귀 리졸버(recursive resolver): 사용자를 대신해 위 서버들을 차례로 질의하고 결과를 캐싱하는 서버이다. 통신사 DNS나 8.8.8.8, 1.1.1.1 같은 공개 리졸버가 여기에 해당한다.

도메인 해석 과정

브라우저에 www.example.com을 입력했을 때의 해석 절차는 다음과 같다.

1. 브라우저 캐시와 운영체제 캐시, hosts 파일을 순서대로 확인하고, 있으면 즉시 그 값을 사용한다.
2. 캐시에 없으면 운영체제가 설정된 재귀 리졸버에 질의를 보낸다.
3. 리졸버는 자체 캐시를 확인한 뒤, 없으면 루트 서버에 물어 com TLD 서버 주소를 받는다.
4. 리졸버가 TLD 서버에 물어 example.com의 권한 서버 주소를 받는다.
5. 리졸버가 권한 서버에 물어 www.example.com의 IP가 담긴 최종 응답을 받는다.
6. 리졸버는 응답을 TTL(Time To Live) 동안 캐싱하고 클라이언트에 돌려주며, 브라우저는 그 IP로 TCP 또는 QUIC 연결을 시작한다.

이때 클라이언트가 리졸버에 보내는 질의를 재귀 질의(recursive query), 리졸버가 루트부터 권한 서버까지 단계별로 묻는 방식을 반복 질의(iterative query)라고 부른다. 클라이언트는 완성된 답을 요구하고, 리졸버는 각 서버에게서 "다음으로 물어볼 곳"을 안내받아 내려가는 구조다. 실제 운영 환경에서는 TLD 서버 주소나 자주 찾는 도메인의 답이 리졸버 캐시에 이미 있으므로 루트까지 올라가는 경우는 드물고, 대부분의 질의는 캐시에서 밀리초 단위로 끝난다. TTL이 짧으면 변경이 빨리 전파되는 대신 캐시 적중률이 떨어지고, 길면 그 반대가 되므로 서버 이전을 앞두고는 미리 TTL을 줄여 두는 것이 실무 관행이다.