Domain Name System

Domain Name System（ドメイン・ネーム・システム、DNS）とは、コンピュータネットワーク上のホスト名や電子メールのアドレスに使われるドメイン名と、IPアドレスとの対応づけ（正引き、逆引き）を管理するために使用されているシステムである。後述の通りインターネットのシステムとして開発されているが、インターネットに限定したシステムではなく、それ以外のネットワークでも応用できる。
1983年に、インターネットを使った階層的な分散型データベースシステムとして、Information Sciences Institute（ISI）のポール・モカペトリスとジョン・ポステルにより開発された。
インターネットに接続されているすべてのコンピュータは、固有のIPアドレスを持っている。インターネット上のコンピュータにアクセスするためには、そのコンピュータの IPアドレスを知る必要がある。しかし、IPアドレスは0から255までの数値を4つ組み合わせ（IPv4の場合）で表現されるため、人間には記憶しにくい。そのため、IPアドレスを文字列で扱うことができるような機構として、インターネットドメイン名が考案された。そして、ドメイン名からIPアドレスを引き出す機能（正引き）が、DNSの代表的な機能である。このほか、ドメイン名に関連するメールサーバ情報なども取り扱っている。
動作.
DNSは、ホスト名（たとえばcodice_1）の入力に対して、DNSサーバと呼ばれるコンピュータを参照し、そのホストが持つIP アドレス（たとえばcodice_2）を検索するシステムである。喩えるならば、DNSは氏名から電話番号を自動で調べる電話帳のようなものである。
たとえば、ウェブブラウザにURIを入力してネットワークにアクセスする際、ブラウザはURIを解析して、アクセスすべきWebサーバのホスト名を取り出し、後述のリゾルバAPIに渡す。リゾルバAPI（通常はOS内部での働き）は、Webサーバのホスト名をDNSサーバに問い合わせて返ってきたIPアドレスにより、ホスト名をIPアドレスに変換してブラウザに返す。ブラウザは、得られたIPアドレスを使用して、Webサーバとの通信を開始する。このようにしてブラウザはインターネットにアクセスする。
ホスト名から、そのホストにアクセスするためのIPアドレスを得ることを、ホスト名の「解決」（resolve）と呼び、これを行うためのクライアント側のしくみやプログラムを「リゾルバ」（resolver）または「ネームリゾルバ」という。
DNSに格納されている情報を「レコード」（DNSレコード、リソースレコード）と呼ぶ。レコードは格納する情報によって種類が分類分けされている。レコードの種類は「DNSレコードタイプの一覧」を参照。
ただし現実の電話帳との違いは、この情報がインターネット上のいくつものコンピュータ（DNSサーバ）に分散して格納されているところにある。インターネットには莫大な数のコンピュータが接続されており、これらのホスト名と IPアドレスは日々更新されつづけているため、インターネット上のすべてのホスト名を一台のコンピュータで集中管理することは現実的ではなかった。そのためインターネット上のコンピュータをある単位で区分けして、それぞれのグループがもつデータをグループごとのコンピュータに別々に管理させるようにした。これが DNS の基本的なアイデアである。このグループをドメインと呼ぶ。各グループには英数字とハイフン（ codice_3 ）からなるラベル（ドメイン名）がつけられており、異なるドメインの情報は異なるコンピュータに格納される。
今でこそDNSはホスト名とIPアドレスの対応づけに使用されるのがほとんどだが、もともとは電子メールの配送方法やコンピュータの機種名を登録するなどといった用途も考えられていた。
ドメイン名は階層的な構造をもっている。たとえばcodice_1というホスト名はcodice_5、codice_6、codice_7という3つの階層に区切ることができる。codice_1というホストはcodice_9ドメインに所属しており、このドメインはさらにcodice_7ドメインに所属している。ドメイン名は一個の巨大な木構造をなしており、この構造をドメイン名前空間（Domain Name Space）と呼ぶ。ドメイン名前空間は頂点にcodice_11（ルート）ノードを持ち、そこからcodice_12、codice_13、codice_14 などの各トップレベルドメイン（TLD）が分かれている。
各ドメインはゾーンと呼ばれる管轄に分けて管理されている。ゾーンはドメイン名前空間上のある一部分に相当し、それぞれのゾーンは独立したDNSコンテンツサーバと呼ばれるコンピュータによって管理されている（ドメイン名の委譲）。DNSコンテンツサーバは、管理しているゾーンのホスト名とIPアドレスの組を記述したデータベースを持っており、クライアントマシン（あるいはDNSキャッシュサーバ）からの要求に応じて、あるホスト名に対応するIPアドレスを返す。DNSクライアントはルートサーバからいくつものDNSサーバをたどっていき、最終的なホスト名のIPアドレスを得る（DNSの再帰検索）。
DNSサーバの役割.
具体的な例として、codice_1というホスト名の IPアドレスを検索することを考えると、再帰検索は、トップレベルドメインをルートサーバに問い合わせることからはじまる。codice_1というホスト名はcodice_9ドメインに属し、またcodice_9ドメインはcodice_7ドメインに属するため、クライアントは最初にcodice_7ドメインのDNSサーバ（ネームサーバ）のIPアドレスを得なければならない。
まず、クライアントは適当なルートサーバをひとつ選ぶ。ここでは codice_21（codice_22）とする。現在、ルートサーバに登録されているcodice_7ドメインのネームサーバは9つあり、そのうちのひとつはcodice_24（codice_25）である。
つぎにクライアントは、このネームサーバにcodice_9ドメインのネームサーバの IPアドレスを問い合わせる。するとそのネームサーバのホスト名はcodice_27（codice_28）であることがわかる。
最後に、このネームサーバにcodice_1のIPアドレスを問い合わせる。するとこのサーバは最終的な答codice_2を返す。こうして目的とするホスト名のIPアドレスを検索できる。
権威サーバとキャッシュサーバ.
DNSはデータを分散して保持する多数の権威DNSサーバと、キャッシュサーバからなる。authoritativeネームサーバ（「権威DNSサーバ」、「権威あるDNS」とも）は自らが担当する一定の範囲のドメイン名の名前解決を内部のデータベースを使って行い、その結果のIPアドレスを送り返す。キャッシュDNSサーバは権威DNSサーバの回答結果を一定期間保存して代わりに回答する機能を持ち、権威DNSサーバの負荷を分散する。
DNS over HTTPS (DoH) / DNS over TLS (DoT).
DNS over HTTPS (DoH)は、リゾルバとのDNSクエリのやり取りをHTTPS上で行うことで、セキュリティとプライバシーを向上させる。これは RFC 8484 で定義され、MIMEタイプとしてcodice_31を使う。
DNS over TLS(DoT)は、TLSプロトコルを介してリゾルバとのDNSクエリをやり取りする。効果はDoHと同様である。
存在意義.
DNSは、ほとんどのインターネット利用者が普段意識していない透過的なシステムだが、その役割は非常に重要である。あるドメインを管理しているDNSサーバが停止してしまうと、そのドメイン内のホストを示すURLやメールアドレスの名前解決などができなくなり、ネットワークが利用者とつながっていてもそのドメイン内のサーバ類には事実上アクセスできなくなる。そのため、重要なDNSサーバは二重化されていることが多い。
またDNS偽装を行うと、情報を容易に盗聴・偽装することができてしまう。情報レコードの不正な書き換えを防止するため、コンテンツサーバのマスタ（プライマリ）はインターネット（外部）から隠匿し、インターネットには特定のマスタのコピー（ゾーン転送）を受け取るスレーブ（セカンダリ）を公開するなどの構成を組んで、防衛手段を講じる。