Schuba DNS Msthesis

8/6/2019 Schuba DNS Msthesis

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A D D R E S S I N G W E A K N E S S E S I N T H E D O M A I N N A M E S Y S T E M P R O T O C O L

A T h e s i s

S u b m i t t e d t o t h e F a c u l t y

o f

P u r d u e U n i v e r s i t y

b y

C h r i s t o p h S c h u b a

I n P a r t i a l F u l l l m e n t o f t h e

R e q u i r e m e n t s f o r t h e D e g r e e

o f

M a s t e r o f S c i e n c e

A u g u s t 1 9 9 3


2/99

i i

i n m e m o r y o f m y f a t h e r D r . p h i l . h . c . L u d w i g S c h u b a


3/99

i i i

A C K N O W L E D G M E N T S

I t h a n k a l l t h o s e i n d i v i d u a l s w h o h a v e c o n t r i b u t e d , b o t h p e r s o n a l l y a n d p r o f e s -

s i o n a l l y , s o m e t h i n g v a l u a b l e a n d i r r e p l a c e a b l e t o m y p a t h t h r o u g h P u r d u e a n d t o t h e

c o m p l e t i o n o f t h i s w o r k .

I t h a n k m y m a j o r p r o f e s s o r , D r . S p a o r d , f o r h i s i d e a s , s u g g e s t i o n s , c o m m e n t s ,

p r o f o u n d p r o f e s s i o n a l i n s i g h t , a n d t h e t i m e h e s h a r e d w i t h m e . M a n y t h a n k s t o

S t e v e n B e l l o v i n , w h o s e v a l u a b l e c o m m e n t s i m p r o v e d t h e q u a l i t y o f t h i s t h e s i s . M a r i a

L e e a n d D r . S p a o r d g u i d e d m e t h r o u g h o u t m y s t u d i e s a t P u r d u e a s m y a c a d e m i c

a d v i s o r s . I v e r y m u c h a p p r e c i a t e t h e p a r t i c i p a t i o n o f t h e o t h e r m e m b e r s o f m y t h e s i s

c o m m i t t e e : D r . R e g o , D r . R u s s o , a n d D r . W a g s t a .

M y t h a n k s t o t h e s t a a n d f a c u l t y o f t h e d e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e s a t

P u r d u e U n i v e r s i t y w h o w e r e e x t r e m e l y a c c e s s i b l e a n d n e v e r f e l t s h o r t o f h e l p , a d v i c e ,

o r a n a n s w e r .

M y h e a r t f e l t t h a n k s t o D r . G o r m a n w h o p r o v e d h i m s e l f s e v e r a l t i m e s t h e v e r y

r i g h t p e r s o n i n h o p e l e s s s i t u a t i o n s , a n d t o M a r y J o M a s l i n { t h e y a r e a g r e a t t e a m .

M a n y t h a n k s t o m y f r i e n d s A n k e G r o k o p f a n d J o c h e n P s t e r , w h o h e l p e d m e

s o m u c h i n s i m p l y b e l i e v i n g i n m y c a p a b i l i t y t o a c h i e v e t h i s d e g r e e , a n d t o J u s t i n e

A l c o c e r a n d M a r t i n E n g e l h a r d t , w h o s u c c e e d e d i n b e i n g s o m e o f m y c l o s e s t f r i e n d s

d e s p i t e l i v i n g t h o u s a n d s o f m i l e s a w a y .

I t h a n k t h e m e m b e r s o f t h e P u r d u e N i g h t P r o g r a m m e r s ' C l u b : S t e f a n D r e s l e r f o r

b e i n g a g o o d l i s t e n e r w h e n I n e e d e d i t , J u a n - C a r l o s G o m e z f o r h i s c l e a r j u d g e m e n t ,

C a r l o s G o n z a l e z f o r a l w a y s k n o w i n g h o w t o p u t a s m i l e o n m y f a c e , a n d I v a n K r s u l

f o r t h e s t i m u l a t i n g d i s c u s s i o n s f r o m w h i c h b o t h o f u s g r e w . I t h a n k t h e m f o r t h e i r

f r i e n d s h i p , t h e f r u i t f u l c o m p e t i t i v e a t m o s p h e r e , a n d t h e i r j o i n t e o r t i n r e l i e v i n g t h e

s t r e s s , w h i c h i s a n i n e s c a p a b l e p a r t o f l i f e i n g r a d u a t e s c h o o l .


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i v

L a s t , b u t b y n o m e a n s l e a s t , t h a n k s t o m y f a m i l y f o r s u p p o r t i n g m e i n a l l m y

p u r s u i t s . T h e a w a r e n e s s t h a t t h e i r l o v e a n d t h o u g h t s w e r e w i t h m e f r o m b e g i n n i n g

t o e n d h e l p e d i m m e n s e l y i n t h e c o m p l e t i o n o f t h i s t h e s i s . I t i s e x t r e m e l y u n f o r t u n a t e

t h a t m y f a t h e r i s n o t a n y m o r e i n t h i s w o r l d t o s e e m e c o m p l e t e m y w o r k . I t w a s h e

w h o e n c o u r a g e d m e t o p u r s u e h i g h e r s t u d i e s , a n d I w a n t e d t o e a r n h i s a p p r e c i a t i o n .

I h a v e p r o b a b l y l e f t o u t m a n y o t h e r s , w h o d e s e r v e b e i n g m e n t i o n e d h e r e , t o w h o m

I a p o l o g i z e f o r t h e l a c k o f s p a c e a n d m y m o m e n t a r y l a p s e o f m e m o r y .

M y m a s t e r ' s s t u d i e s a t P u r d u e w e r e s p o n s o r e d b y t h e b i { n a t i o n a l G e r m a n A m e r -

i c a n F u l b r i g h t C o m m i s s i o n u n d e r t h e F u l b r i g h t { H a y e s A c t . I t h a n k t h e m f o r t h e

n a n c i a l s u p p o r t a n d t h e g r e a t p r o f e s s i o n a l o p p o r t u n i t i e s t h a t a r o s e f o r m e .


5/99

D I S C A R D T H I S P A G E


6/99

v

T A B L E O F C O N T E N T S

P a g e

L I S T O F T A B L E S : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : v i i i

L I S T O F F I G U R E S : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : i x

A B S T R A C T : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : x

1 . I N T R O D U C T I O N : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1

2 . T H E D O M A I N N A M E S Y S T E M : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5

2 . 1 I n t r o d u c t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5

2 . 1 . 1 T h e T C P / I P P r o t o c o l S u i t e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6

2 . 1 . 2 I n t e r n e t S e r v i c e s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6

2 . 1 . 3 P a c k e t R o u t i n g : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7

2 . 1 . 4 N a m e R e s o l u t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7

2 . 2 H i s t o r i c a l D e v e l o p m e n t : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8

2 . 3 D e s i g n G o a l s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 9

2 . 3 . 1 D a t a C o n s i s t e n c y : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 0

2 . 3 . 2 E c i e n c y : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 0

2 . 3 . 3 D i s t r i b u t e d C h a r a c t e r : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 1

2 . 3 . 4 G e n e r a l i t y : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 1

2 . 3 . 5 I n d e p e n d e n c e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 1

2 . 4 D N S E n t i t i e s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 2

2 . 4 . 1 D o m a i n N a m e S p a c e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 2

2 . 4 . 2 D N S M e s s a g e s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 4

2 . 4 . 3 R e s o u r c e R e c o r d s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 7

2 . 4 . 4 N a m e S e r v e r s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 8

2 . 4 . 5 R e s o l v e r s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 9

2 . 5 F o r w a r d a n d I n v e r s e M a p p i n g T r e e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 0

2 . 6 R e c u r s i o n a n d I t e r a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 2

2 . 7 F i l l i n g i n t h e B l a n k s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 2


7/99

v i

P a g e

2 . 7 . 1 R o l e o f C a c h e s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 3

2 . 7 . 2 R o l e o f A u t h o r i t i e s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 3

2 . 7 . 3 O c c u r r e n c e o f E r r o r s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 4

2 . 8 E x a m p l e : N a m e R e s o l u t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 4

2 . 9 T h e D o m a i n N a m e S y s t e m P r o t o c o l : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 6

2 . 9 . 1 D a t a S t r u c t u r e s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 6

2 . 9 . 2 N a m e S e r v e r A l g o r i t h m : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 7

2 . 9 . 3 R e s o l v e r A l g o r i t h m : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 0

2 . 1 0 I n t e r a c t i o n o f N a m e S e r v e r a n d R e s o l v e r : : : : : : : : : : : : : : : : 3 1

2 . 1 0 . 1 D a t a F l o w : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 2

2 . 1 0 . 2 S h a r e d I n f o r m a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 3

3 . D E S C R I P T I O N A N D D E M O N S T R A T I O N O F W E A K N E S S E S : : : : : : 3 5

3 . 1 S t a t e m e n t o f t h e P r o b l e m : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 5

3 . 2 T h e P r o b l e m i n t h e D N S : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 6

3 . 3 W e a k n e s s e s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 8

3 . 3 . 1 A s s u m p t i o n s t o F a c i l i t a t e B r e a k { i n s : : : : : : : : : : : : : : : 3 8

3 . 3 . 2 A u t h e n t i c a t i o n v i a H o s t N a m e s : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 9

3 . 3 . 3 T r u s t i n g a N o t T r u s t w o r t h y S o u r c e : : : : : : : : : : : : : : : 4 0

3 . 3 . 4 B e l i e v i n g A d d i t i o n a l , N o t A u t h o r i t a t i v e I n f o r m a t i o n : : : : : 4 0

3 . 4 E x p l o i t i n g t h e F l a w s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 1

3 . 4 . 1 R e g u l a r A c c e s s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 1

3 . 4 . 2 T h e \ D a t a b a s e M o d i c a t i o n " A p p r o a c h : : : : : : : : : : : : 4 2

3 . 4 . 3 T h e \ C a c h e P o i s o n i n g " A p p r o a c h : : : : : : : : : : : : : : : : 4 2

3 . 4 . 4 T h e \ A s k M e ! " A p p r o a c h : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 3

3 . 5 I m p l e m e n t a t i o n a n d E x p e r i m e n t s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 5

3 . 5 . 1 D o m a i n a n d Z o n e S e t u p : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 5

3 . 5 . 2 N a m e S e r v e r a n d R e s o l v e r S e t u p : : : : : : : : : : : : : : : : 4 5

3 . 5 . 3 T r u s t i n g H o s t s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 6

3 . 5 . 4 A u t h e n t i c a t i o n i n B e r k e l e y \ r { C o m m a n d s " : : : : : : : : : : : 4 7

3 . 5 . 5 R e v e r s e L o o k u p T r e e M a n i p u l a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : 4 8

3 . 5 . 6 C a c h e C o r r u p t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 8

3 . 6 E x p e r i e n c e s G a i n e d : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 0

3 . 6 . 1 A c q u i r i n g I n f o r m a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 1

3 . 6 . 2 C o m p l e x i t y o f M o d i c a t i o n s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 2

3 . 6 . 3 D e t e c t i n g a D N S b a s e d B r e a k { i n : : : : : : : : : : : : : : : : 5 3

4 . S E C U R I T Y A N A L Y S I S A N D S O L U T I O N S : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 5

4 . 1 S e c u r i t y C o n s i d e r a t i o n s i n t h e R F C 1 0 3 5 : : : : : : : : : : : : : : : : 5 5

4 . 2 A n a l y s i s o f t h e N a m e S e r v e r A l g o r i t h m : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 7


8/99

v i i

P a g e

4 . 3 A n a l y s i s o f t h e R e s o l v e r A l g o r i t h m : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 8

4 . 4 E v a l u a t i o n C r i t e r i a : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6 0

4 . 5 T h e B e r k e l e y P a t c h : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6 1

4 . 6 E x a m i n i n g B e r k e l e y \ r { C o m m a n d s " : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6 2

4 . 7 R e s t r i c t i n g P u b l i c I n f o r m a t i o n A c c e s s : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6 4

4 . 8 A d j u s t i n g D N S U p d a t e I n t e r v a l s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6 6

4 . 9 A b a n d o n i n g t h e D o m a i n N a m e S y s t e m : : : : : : : : : : : : : : : : : 6 7

4 . 1 0 H a r d e n i n g N a m e S e r v e r s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6 8

4 . 1 0 . 1 P r o b l e m s N o t E x p l o i t i n g C a c h e P o i s o n i n g : : : : : : : : : : : 6 8

4 . 1 0 . 2 P r o b l e m s E x p l o i t i n g C a c h e P o i s o n i n g : : : : : : : : : : : : : : 6 9

4 . 1 0 . 3 K e e p i n g A d d i t i o n a l I n f o r m a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 0

4 . 1 0 . 4 P r e v e n t i o n o f C a c h e P o i s o n i n g : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 0

4 . 1 0 . 5 C o n t e x t C a c h e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 1

4 . 1 0 . 6 A u t h o r i t y C a c h e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 2

4 . 1 0 . 7 C o n d i t i o n a l C a c h e U s e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 2

4 . 1 0 . 8 D i s c u s s i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 3

4 . 1 1 C r y p t o g r a p h i c M e t h o d s f o r S t r o n g A u t h e n t i c a t i o n : : : : : : : : : : : 7 3

4 . 1 1 . 1 D a t a I n t e g r i t y : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 4

4 . 1 1 . 2 O r i g i n a t o r A u t h e n t i c a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 5

4 . 1 1 . 3 P a s s i n g C r e d e n t i a l s t o P r o v e A u t h o r i t y : : : : : : : : : : : : : 7 7

4 . 1 1 . 4 E x a m p l e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 8

4 . 1 1 . 5 D i s c u s s i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8 1

5 . C O N C L U S I O N S A N D O U T L O O K : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8 3

B I B L I O G R A P H Y : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8 5


9/99

v i i i

L I S T O F T A B L E S

T a b l e P a g e

2 . 1 S u b s e t o f Q T Y P E s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 9

2 . 2 E x a m p l e s t e p s i n n a m e r e s o l u t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 6

3 . 1 R e g u l a r a c c e s s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 1

3 . 2 T h e \ D a t a b a s e M o d i c a t i o n " a p p r o a c h : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 2

3 . 3 T h e \ C a c h e P o i s o n i n g " a p p r o a c h : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 3

4 . 1 E x a m p l e : c e r t i c a t e v a l i d a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 9

4 . 2 E x a m p l e : l e g e n d o f a b b r e v i a t i o n s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 9


10/99

i x

L I S T O F F I G U R E S

F i g u r e P a g e

2 . 1 D o m a i n p u r d u e . e d u : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 2

2 . 2 D o m a i n v s . z o n e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 3

2 . 3 D N S m e s s a g e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 4

2 . 4 T h e i n - a d d r . a r p a d o m a i n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 1

2 . 5 D e g r e e o f s p e c i c a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 1

2 . 6 E x a m p l e n a m e r e s o l u t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 5

2 . 7 N a m e s e r v e r a l g o r i t h m : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2 8

2 . 8 R e s o l v e r a l g o r i t h m : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 0

2 . 9 D a t a o w b e t w e e n D N S e n t i t i e s : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 2

3 . 1 E x p e r i m e n t a l s e t u p : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3 6

3 . 2 A l g o r i t h m o f t h e B e r k e l e y p a t c h : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 9

3 . 3 A d d i t i o n a l f a l s e r e s o u r c e r e c o r d : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 0

3 . 4 M o d i c a t i o n s i n n a m e s e r v e r c o d e : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 1

4 . 1 A p p l i c a t i o n o f a m e s s a g e d i g e s t a l g o r i t h m : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 4

4 . 2 D i g i t a l s i g n a t u r e g e n e r a t i o n a n d v a l i d a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : 7 6

4 . 3 E x a m p l e : c e r t i c a t e v a l i d a t i o n : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8 0


11/99

x

A B S T R A C T

S c h u b a , C h r i s t o p h . M . S . , P u r d u e U n i v e r s i t y , A u g u s t 1 9 9 3 . A d d r e s s i n g W e a k n e s s e s

i n t h e D o m a i n N a m e S y s t e m P r o t o c o l . M a j o r P r o f e s s o r : E u g e n e H . S p a o r d .

T h e D o m a i n N a m e S y s t e m ( D N S ) i s a w i d e l y i m p l e m e n t e d d i s t r i b u t e d d a t a b a s e

s y s t e m u s e d t h r o u g h o u t t h e I n t e r n e t , p r o v i d i n g n a m e r e s o l u t i o n b e t w e e n h o s t n a m e s

a n d I n t e r n e t P r o t o c o l a d d r e s s e s .

T h i s t h e s i s d e s c r i b e s p r o b l e m s w i t h t h e D N S a n d o n e o f i t s i m p l e m e n t a t i o n s t h a t

a l l o w t h e a b u s e o f n a m e b a s e d a u t h e n t i c a t i o n . T h i s l e a d s t o s i t u a t i o n s w h e r e t h e

n a m e r e s o l u t i o n p r o c e s s c a n n o t b e t r u s t e d , a n d s e c u r i t y m a y b e c o m p r o m i s e d .

T h i s t h e s i s o u t l i n e s t h e c u r r e n t d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e D N S . I t s t a t e s

t h e m a i n p r o b l e m b o t h o n a h i g h l e v e l a n d a s a p p l i e d t o t h e D N S i n a m o r e c o n c r e t e

f a s h i o n . W e e x a m i n e t h e w e a k n e s s e s i n t h e D N S a n d e x p l o i t a m e t h o d t o a b u s e t h e

D N S f o r s y s t e m b r e a k { i n s .

W e d e m o n s t r a t e t h e s e w e a k n e s s e s b y d e s c r i b i n g t h e n e c e s s a r y m o d i c a t i o n s i n

a u t h o r i t a t i v e D N S d a t a a n d D o m a i n N a m e S y s t e m c o d e . W e l i s t e x p e r i e n c e s g a i n e d

d u r i n g e x p e r i m e n t s w i t h s e v e r a l s e t u p s o f n a m e s e r v e r s a n d t r u s t i n g h o s t s i n a l o c a l

a r e a n e t w o r k .

T o o w e a k a s s u m p t i o n s d u r i n g t h e a u t h e n t i c a t i o n p r o c e s s e s c a u s e m a n y s e c u r i t y

b r e a c h e s . W e s t a t e t h e s e c u r i t y c o n s i d e r a t i o n s i n t h e o c i a l d e s i g n d o c u m e n t s a n d

a n a l y z e t h e a l g o r i t h m s u s e d i n t h e D N S p r o t o c o l l o o k i n g f o r w e a k a s s u m p t i o n s . U s i n g

a w i d e v a r i e t y o f c r i t e r i a , w e d i s c u s s s e v e r a l a p p r o a c h e s t o s o l v e t h e m a i n p r o b l e m

i n t h e D o m a i n N a m e S y s t e m p r o t o c o l . T w o o f t h e s e s o l u t i o n s , h a r d e n i n g t h e n a m e

s e r v e r a n d u s i n g c r y p t o g r a p h i c m e t h o d s f o r s t r o n g a u t h e n t i c a t i o n , r e c e i v e m o r e a t -

t e n t i o n t h a n t h e o t h e r s o l u t i o n s .


12/99

1

1 . I N T R O D U C T I O N

T h e I n t e r n e t i s a w i d e s p r e a d c o n g l o m e r a t i o n o f h u n d r e d s o f t h o u s a n d s o f i n t e r -

c o n n e c t e d h e t e r o g e n e o u s n e t w o r k s a n d h o s t s . T h e d e s i g n o f t h e I n t e r n e t i s b a s e d o n

a p r o t o c o l h i e r a r c h y . T h e r e e x i s t m u l t i p l e i m p l e m e n t a t i o n s o f t h e s e p r o t o c o l s .

C o m p u t e r s c o m m u n i c a t e w i t h e a c h o t h e r o n t h e b a s i s o f d i e r e n t t y p e s o f a d -

d r e s s e s ; o n t h e p h y s i c a l l a y e r u s i n g l o w { l e v e l p h y s i c a l a d d r e s s e s l i k e E t h e r n e t

1

c a r d

a d d r e s s e s , o n t h e d a t a l i n k t o p r e s e n t a t i o n l a y e r u s i n g h o s t a d d r e s s e s s u c h a s I P

a d d r e s s e s

2

, a n d o n t h e a p p l i c a t i o n l a y e r u s i n g h i g h { l e v e l , p r o n o u n c e a b l e h o s t n a m e s .

O n e o f t h e m a n a g e m e n t t a s k s i n t h e I n t e r n e t i s t h e m a p p i n g o f l o w e r l e v e l a d -

d r e s s e s t o h o s t n a m e s . A r s t n a i v e a p p r o a c h i s t o c o l l e c t a l l n a m e { t o { a d d r e s s m a p -

p i n g s i n a s i n g l e l e . T h a t w a s a l s o t h e r s t a p p r o a c h t a k e n i n t h e I n t e r n e t . T h e l e

\ H O S T S . T X T " c o n t a i n e d t h e n a m e { t o { a d d r e s s m a p p i n g f o r e v e r y h o s t c o n n e c t e d t o

t h e A R P A N E T .

T h e t a s k o f n a m i n g h o s t s a n d n e t w o r k d o m a i n s i s a d d r e s s e d b y c r e a t i n g a h i e r -

a r c h i c a l r e l a t i o n b e t w e e n d o m a i n s , w i t h h o s t s a s t h e f u r t h e s t d e s c e n d a n t s f r o m a n

a r t i c i a l r o o t d o m a i n . B y a p p e n d i n g t h e d o m a i n l a b e l s o n e a f t e r t h e o t h e r t o t h e

h o s t l a b e l s o n t h e p a t h u p t o t h e r o o t i n t h e h i e r a r c h i c a l t r e e , a u n i q u e , m e m o r i z a b l e ,

a n d u s u a l l y p r o n o u n c e a b l e i d e n t i e r i s c r e a t e d : t h e h o s t n a m e .

T h e m a p p i n g , o r b i n d i n g , o f I P a d d r e s s e s t o h o s t n a m e s b e c a m e a m a j o r p r o b l e m

i n t h e r a p i d l y g r o w i n g I n t e r n e t . T h i s t h e s i s d o e s n o t d e a l w i t h t h e m a p p i n g b e t w e e n

a d d r e s s e s o n t h e p h y s i c a l l a y e r a n d t r a n s p o r t l a y e r , w h i c h i s s o l v e d b y A R P

3

i n t h e

U N I X

4

p r o t o c o l s u i t e , b u t w i t h t h e m a p p i n g b e t w e e n h o s t n a m e s a n d I P a d d r e s s e s .

1

E t h e r n e t i s a r e g i s t e r e d t r a d e m a r k o f X e r o x C o r p o r a t i o n

2

\ 3 2 - b i t a d d r e s s e s a s s i g n e d t o h o s t s t h a t w a n t t o p a r t i c i p a t e i n a T C P / I P i n t e r n e t " [ C o m 9 1 ]

3

\ A d d r e s s R e s o l u t i o n P r o t o c o l { u s e d t o d y n a m i c a l l y b i n d a h i g h l e v e l I P a d d r e s s t o a l o w l e v e l

p h y s i c a l h a r d w a r e a d d r e s s " [ C o m 9 1 ]

4

U N I X i s a t r a d e m a r k o f A T & T B e l l L a b o r a t o r i e s


13/99

2

T h i s h i g h e r l e v e l b i n d i n g e o r t w e n t t h r o u g h d i e r e n t s t a g e s o f d e v e l o p m e n t u p t o

t h e c u r r e n t l y u s e d D o m a i n N a m e S y s t e m . T h e D o m a i n N a m e S y s t e m , w i t h i t s B e r k e -

l e y U N I X i m p l e m e n t a t i o n c a l l e d B I N D

5

, i s a d i s t r i b u t e d n a m i n g r e s o l u t i o n s y s t e m

u s e d b y m o s t n e t w o r k s e r v i c e s a v a i l a b l e t h r o u g h o u t t h e I n t e r n e t . I t w o r k s t r a n s p a r -

e n t l y f o r t h e u s e r w h o s e n d s e m a i l , a c c e s s e s a n o t h e r h o s t v i a \ t e l n e t " o r \ r l o g i n , "

o r t r a n s f e r s s o m e l e s v i a \ f t p " f r o m a n o t h e r s i t e t o h i s o w n m a c h i n e . T h e D o m a i n

N a m e S y s t e m p r o v i d e s n a m e b i n d i n g i n b o t h d i r e c t i o n s : g i v e n a h o s t n a m e , i t r e t u r n s

t h e a p p r o p r i a t e I P a d d r e s s e s , a n d v i c e v e r s a .

B e f o r e h o s t s g r a n t n e t w o r k s e r v i c e s t o u s e r s , a n a u t h e n t i c a t i o n p r o c e s s t a k e s p l a c e ,

w h e r e t h e u s e r s ' a c c e s s r i g h t s , a n d t h e i d e n t i t y o f c o n n e c t i n g h o s t s g e t s c r u t i n i z e d ,

a c c o r d i n g t o p r o v i d e r p o l i c i e s . T h e s e e x a m i n a t i o n s a r e u s u a l l y b a s e d u p o n i d e n t i c a -

t i o n b y l o g i n n a m e , p a s s w o r d a n d h o s t n a m e . I n s o m e c a s e s i t i s s u c i e n t t o p r o v i d e

t h e r i g h t n a m e s , a n d a c c e s s i s g r a n t e d w i t h o u t s p e c i f y i n g a n y p a s s w o r d a t a l l .

S o m e B e r k e l e y \ r { c o m m a n d s " o e r n e t w o r k s e r v i c e s f o r w h i c h i t i s s u c i e n t t o

v e r i f y u s e r n a m e a n d h o s t n a m e t o g r a n t c o m p l e t e a c c e s s . A s t h e r e m o t e u s e r n a m e

i s s p e c i e d b y t h e c o n n e c t i n g s i t e , t h e a u t h e n t i c a t i o n i s b a s e d u p o n t h e n a m e o f t h e

c o n n e c t i n g m a c h i n e . A m a c h i n e t h a t o e r s s e r v i c e s c a n a c q u i r e i n f o r m a t i o n a b o u t

t h e s o c k e t t h a t i s u s e d b y t h e c o n n e c t i n g s i t e . A s o c k e t i s a t u p l e c o n s i s t i n g o f I P

a d d r e s s , p o r t , a n d p r o t o c o l u s e d b y t h e r e m o t e s i t e . T o v e r i f y t h e h o s t n a m e , i t i s

t h e t a s k o f t h e D o m a i n N a m e S y s t e m t o m a p t h e I P a d d r e s s o n t h e h o s t n a m e . W e

e x a m i n e t h i s c a s e m o r e c l o s e l y l a t e r i n t h i s t h e s i s .

B e c a u s e t h e D o m a i n N a m e S y s t e m i s d i s t r i b u t e d a m o n g m a n y t h o u s a n d s o f h o s t s ,

i t c a n b e a c r i t i c a l m i s t a k e t o b l i n d l y t r u s t t h e r e s o l v e d b i n d i n g . T h i s t h e s i s s h o w s t h a t

u n d e r s o m e a s s u m p t i o n s i t i s n o m a j o r e o r t t o f a l s i f y t h e h o s t n a m e a n d a u t h o r i z a t i o n

f o r a s y s t e m .

A l t h o u g h t h i s p r o b l e m h a s b e e n k n o w n f o r s o m e y e a r s n o w , n o t m a n y p u b l i c a -

t i o n s d e a l w i t h i t . [ B e l 9 0 b ] i s t h e m a i n p a p e r w e c a n m e n t i o n a s r e l a t e d w o r k . I t

d e m o n s t r a t e s t h e s u b v e r s i o n o f s y s t e m s e c u r i t y u s i n g t h e D o m a i n N a m e S y s t e m a n d

5

B e r k e l e y I n t e r n e t N a m e D o m a i n


14/99

3

d i s c u s s e s p o s s i b l e d e f e n s e s a g a i n s t t h e a t t a c k a n d l i m i t a t i o n s o n t h e i r a p p l i c a b i l i t y .

A n e a r l i e r p a p e r b y S t e v e n B e l l o v i n ( [ B e l 8 9 ] ) h a s a l r e a d y m e n t i o n e d t h e p o s s i b i l i t y

o f a b u s e o f t h e D o m a i n N a m e S y s t e m . T h a t p a p e r f o l l o w s s u g g e s t i o n s f r o m P a u l V .

M o c k a p e t r i s , t h e d e s i g n e r o f t h e D o m a i n N a m e S y s t e m .

T h e m a i n b o d y o f t h i s t h e s i s c o n s i s t s o f t h r e e c h a p t e r s f o l l o w e d b y a n a l c h a p t e r

d r a w i n g c o n c l u s i o n s a n d g i v i n g s u g g e s t i o n s f o r f u t u r e w o r k .

T h e r s t o f t h e s e t h r e e c h a p t e r s , C h a p t e r 2 , d e s c r i b e s t h e p o s i t i o n a n d r o l e o f t h e

D o m a i n N a m e S y s t e m i n i t s f r a m e , t h e I n t e r n e t . I t g i v e s a s h o r t h i s t o r i c a l s k e t c h o f

t h e I n t e r n e t a n d d e s c r i b e s t h e D o m a i n N a m e S y s t e m o n a h i g h l e v e l . I n t h a t s e c t i o n

w e g o i n t o a s m u c h d e t a i l a s n e c e s s a r y t o b u i l d u p t h e n e c e s s a r y b a c k g r o u n d f o r t h e

s u c c e e d i n g c h a p t e r s . W e i n t r o d u c e t h e t e c h n i c a l t e r m s a n d e x p l a i n t h e m e c h a n i s m s

c e n t r a l t o t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e D o m a i n N a m e S y s t e m a n d t h e e x p l o i t a t i o n o f i t s

w e a k n e s s e s . W e g i v e a n e x a m p l e o f a n a m e r e s o l u t i o n a n d t h e d e s c r i p t i o n o f t h e d a t a

s t r u c t u r e s a n d a l g o r i t h m s u s e d b y n a m e s e r v e r s a n d r e s o l v e r s .

C h a p t e r 3 s t a t e s p r e c i s e l y t h e m a i n p r o b l e m w e a r e a d d r e s s i n g . W e e x p l a i n t h e

m a i n p r o b l e m i n s e v e r a l s t a g e s , g i v i n g m o r e d e t a i l s f r o m s e c t i o n t o s e c t i o n . F i r s t w e

d e s c r i b e t h e p r o b l e m a t a h i g h l e v e l . T h e n w e s h o w t h e e x i s t e n c e o f t h e p r o b l e m w i t h

t h e D o m a i n N a m e S y s t e m . W e e x p r e s s t h e a s s u m p t i o n s a n d e x a m i n e t h e w e a k n e s s e s

i n t h e D o m a i n N a m e S y s t e m t h a t l e a d t o t h e p o s s i b i l i t y o f g a i n i n g u n a u t h o r i z e d a c c e s s

t o a c e r t a i n t y p e o f r e m o t e h o s t . I n C h a p t e r 3 w e d e m o n s t r a t e t h e e x p l o i t a t i o n o f

t h e s e c u r i t y a w s b y g i v i n g d e t a i l s o f a n a r t i c i a l s e t u p t h a t l e a d s s t e p w i s e t o a n

u n a u t h o r i z e d l o g i n o n a n o t h e r h o s t . W e c l o s e t h e c h a p t e r w i t h e x p e r i e n c e s g a i n e d

d u r i n g o u r e x p e r i m e n t s .

C o n c l u d i n g t h e m a i n b o d y o f t h i s t h e s i s , C h a p t e r 4 a n a l y z e s t h e c u r r e n t s e c u r i t y

f e a t u r e s i n t h e D o m a i n N a m e S y s t e m a n d p r e s e n t s s o l u t i o n s t o t h e g i v e n p r o b l e m .

T h e r s t p a r t c o n t a i n s t h e s e c u r i t y c o n s i d e r a t i o n s i n t h e R F C a n d a s e c u r i t y a n a l y s i s

o f t h e n a m e s e r v e r a n d r e s o l v e r a l g o r i t h m s . S o m e o f t h e s o l u t i o n s i n t h e s e c o n d p a r t

a r e a l r e a d y i m p l e m e n t e d a n d r u n n i n g i n p a t c h e d v e r s i o n s o f s y s t e m s o f t w a r e , o r a r e

f o l l o w e d b y o r g a n i z a t i o n a l p o l i c i e s ; o t h e r s a r e s t i l l i n a n e a r l y s t a g e o f d e v e l o p m e n t .


15/99

4

E a c h o f t h e s o l u t i o n s p r e s e n t e d i s d i s c u s s e d i n t h i s c h a p t e r a n d e v a l u a t e d u s i n g a

w i d e v a r i e t y o f c r i t e r i a .

T h e a p p r o a c h , a n d i t s d i s c u s s i o n , o f c o m b i n i n g p a r t i a l s o l u t i o n s t o a d e n s e n e t -

w o r k , a r e p a r t o f t h e c o n c l u d i n g c h a p t e r . E v e n i f t h e s e i n t e r w o v e n s o l u t i o n s d o n o t

g u a r a n t e e t h e s e c u r i t y o f a s y s t e m , a t l e a s t t h e y i n c r e a s e t h e c o n d e n c e i n i t .


16/99

5

2 . T H E D O M A I N N A M E S Y S T E M

T h i s c h a p t e r d e s c r i b e s t h e p o s i t i o n a n d r o l e o f t h e D o m a i n N a m e S y s t e m i n i t s

f r a m e , t h e I n t e r n e t . W e s t a r t o b y t a l k i n g a b o u t t h e I n t e r n e t , t h e T C P / I P p r o t o c o l

s u i t e , I n t e r n e t s e r v i c e s , r o u t i n g , a n d n a l l y t h e n e e d f o r n a m e r e s o l u t i o n . I t f o l l o w s

a n o u t l i n e o f t h e h i s t o r i c a l d e v e l o p m e n t o f t h e D o m a i n N a m e S y s t e m t h a t l e d t o

t h e c u r r e n t s y s t e m . W e d e s c r i b e t h e d e s i g n g o a l s o f t h e c u r r e n t s y s t e m f o r n a m e

r e s o l u t i o n i n t h e I n t e r n e t a n d i t s i n t e r a c t i n g e n t i t i e s . W e a l s o t a l k a b o u t f o r w a r d a n d

r e v e r s e m a p p i n g t r e e s , a n d r e c u r s i v e a n d i t e r a t i v e r e s o l v i n g t e c h n i q u e s . T h e f o l l o w i n g

s e c t i o n c o n t a i n s s o m e a d d i t i o n a l r e m a r k s a b o u t t o p i c s t h a t w e r e a l r e a d y m e n t i o n e d

b u t d e s e r v e a m o r e d e t a i l e d t r e a t m e n t .

B e f o r e d e s c r i b i n g t h e c o n c r e t e d a t a s t r u c t u r e s a n d a l g o r i t h m s u s e d b y n a m e

s e r v e r s a n d r e s o l v e r s w e g i v e a n e x a m p l e o f a n a m e r e s o l u t i o n . T h i s e x a m p l e s h o u l d

p r o v i d e a g o o d u n d e r s t a n d i n g o f t h e a l g o r i t h m s a n d t h e i n t e r a c t i o n o f a l l p a r t i c i p a t i n g

e n t i t i e s i n t h e d i s t r i b u t e d D o m a i n N a m e S y s t e m .

W h e r e v e r i t i s n e c e s s a r y t o p r o v i d e m o r e s p e c i c d e s c r i p t i o n s o f c o n c e p t s o r t h e

i m p l e m e n t a t i o n o f t h e D o m a i n N a m e S y s t e m , w e c o v e r t h e r e s p e c t i v e t o p i c s i n g r e a t e r

d e t a i l .

2 . 1 I n t r o d u c t i o n

T o u n d e r s t a n d t h e r o l e t h a t t h e D N S p l a y s , w e s t a r t b y i n t r o d u c i n g t h e I n t e r n e t

i n g e n e r a l ( s e e [ C o m 9 1 , P r e f a c e a n d c h a p t e r 1 ] ) .

D a t a c o m m u n i c a t i o n h a s b e c o m e a f u n d a m e n t a l p a r t o f c o m p u t i n g . H o s t s g a t h e r

i n f o r m a t i o n w o r l d w i d e a n d t h e i r u s e r s w a n t t o e x c h a n g e d a t a a n d u s e r e m o t e s e r -

v i c e s f o r d i e r e n t p u r p o s e s . C o m m o n i n t e r e s t s , s h a r e d b y p e o p l e t h a t l i v e a n d w o r k

t h o u s a n d s o f m i l e s a w a y f r o m e a c h o t h e r , c r e a t e d t h e n e e d f o r e c i e n t a n d r e l i a b l e


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6

d a t a c o m m u n i c a t i o n . W h a t s t a r t e d b e f o r e 1 9 6 0 w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f i n f o r m a -

t i o n t h e o r y , t h e s a m p l i n g t h e o r e m , a n d t h e e l d o f s i g n a l p r o c e s s i n g , b e c a m e a r o u n d

t h e m i d 1 9 6 0 s t h e q u e s t i o n o f h o w t o t r a n s m i t d a t a p a c k e t s i n l o c a l a r e a n e t w o r k s .

T h e I n t e r n e t c o n t a i n s a n d p r o v i d e s e v e n m o r e : i n t e r n e t w o r k t e c h n o l o g i e s , p r o t o c o l

l a y e r i n g m o d e l s , a n d d a t a g r a m a n d s t r e a m t r a n s p o r t s e r v i c e s b e t w e e n h o s t s o n p o s -

s i b l y d i e r e n t n e t w o r k s , t h a t t o g e t h e r c o n s t i t u t e a n i n t e r c o n n e c t e d a r c h i t e c t u r e t h a t

f u n c t i o n s a s a s i n g l e u n i e d c o m m u n i c a t i o n s y s t e m .

2 . 1 . 1 T h e T C P / I P P r o t o c o l S u i t e

T h e n e e d a n d i m p o r t a n c e o f i n t e r n e t t e c h n o l o g y w a s r e c o g n i z e d b y g o v e r n m e n t

a g e n c i e s , w h i c h r e s u l t e d i n i t s d e v e l o p m e n t b y D A R P A

1

. T h e D A R P A t e c h n o l o g y

i n c l u d e s n e t w o r k s t a n d a r d s t h a t s p e c i f y d e t a i l s a n d c o n v e n t i o n s o f c o m p u t e r c o m m u -

n i c a t i o n , n e t w o r k i n t e r c o n n e c t i o n , a n d t r a c r o u t i n g . \ T C P / I P

2

, " a n a b b r e v i a t i o n

o f t h e o c i a l n a m e \ T C P / I P I n t e r n e t P r o t o c o l S u i t e , " c a n b e u s e d t o s e t u p c o m -

m u n i c a t i o n b e t w e e n a n y s e t o f i n t e r c o n n e c t e d h o s t s o r n e t w o r k s . I t i s n o t e w o r t h y

t h a t T C P / I P i s o n e o f m a n y p o s s i b l e t e c h n o l o g i e s t h a t c o u l d b e u s e d t o c o m p o s e

i n t e r c o n n e c t e d n e t w o r k s ; o n e t h a t h a s d e m o n s t r a t e d i t s v i a b i l i t y o n a l a r g e s c a l e .

2 . 1 . 2 I n t e r n e t S e r v i c e s

U s e r s a r e u s u a l l y n o t i n t e r e s t e d i n t h e u n d e r l y i n g t e c h n o l o g i e s o f t h e I n t e r n e t {

t h e i r i n t e r e s t i s t h e u t i l i z a t i o n o f n e t w o r k s e r v i c e s . T h e l a y e r e d d e s i g n o f T C P / I P

p r o v i d e s t h e n e c e s s a r y m e a n s f o r t r a n s p a r e n c y i n c o m m u n i c a t i o n a n d h i d i n g d e t a i l s

f r o m t h e h i g h l e v e l a p p l i c a t i o n s . S e r v i c e s c a n b e p a r t i t i o n e d i n t o a p p l i c a t i o n l e v e l

i n t e r n e t s e r v i c e s a n d n e t w o r k l e v e l i n t e r n e t s e r v i c e s . E x a m p l e s o f a p p l i c a t i o n l e v e l

s e r v i c e s a r e e l e c t r o n i c m a i l , l e t r a n s f e r , a n d r e m o t e l o g i n . T h e n e t w o r k l e v e l s e r v i c e s

\ c o n n e c t i o n l e s s p a c k e t d e l i v e r y s e r v i c e " a n d \ r e l i a b l e s t r e a m t r a n s p o r t s e r v i c e " a r e

u s e d b y t h e n e t w o r k a p p l i c a t i o n p r o g r a m m e r a n d r e m a i n h i d d e n f r o m t h e a p p l i c a t i o n

1

D e f e n s e A d v a n c e d R e s e a r c h P r o j e c t s A g e n c y

2

n a m e d a f t e r i t s m a j o r s t a n d a r d s T C P ( T r a n s m i s s i o n C o n t r o l P r o t o c o l ) a n d I P ( I n t e r n e t

P r o t o c o l )


18/99

7

e n d u s e r . T h e s e t w o s e r v i c e s a r e b a s e d o n t h e t r a n s m i s s i o n o f d a t a p a c k e t s , u n i t s o f

d a t a s e n t a c r o s s a p a c k e t s w i t c h i n g n e t w o r k . T h e c o l l e c t i o n o f p a c k e t s t h a t b e l o n g s

t o o n e c o n n e c t i o n c o m p o s e s t h e d a t a c o m m u n i c a t i o n .

2 . 1 . 3 P a c k e t R o u t i n g

P a c k e t s t h a t a r e s e n t f r o m o n e h o s t t o a n o t h e r u s u a l l y h a v e t o t r a v e r s e m o r e t h a n

o n e p h y s i c a l l i n k b e t w e e n t h e s e h o s t s . I n a c o m p l e x n e t w o r k w i t h m a n y t h o u s a n d s o f

m a c h i n e s i t i s n o t a t r i v i a l t a s k t o d i r e c t a p a c k e t f r o m i t s s o u r c e t o i t s d e s t i n a t i o n .

I n a n i n t e r n e t

3

t h e r e a r e s p e c i a l l y d e d i c a t e d m a c h i n e s t h a t a t t a c h t w o o r m o r e

n e t w o r k s a n d t r a n s m i t p a c k e t s f r o m o n e t o t h e o t h e r . T h e s e m a c h i n e s a r e c a l l e d

\ g a t e w a y s . " W h i l e t r a v e r s i n g t h e n e t w o r k f r o m s o u r c e t o d e s t i n a t i o n h o s t , a m e s s a g e

i s l i k e l y t o p a s s t h r o u g h o n e o r m o r e g a t e w a y s . I f t h e t o p o l o g y o f t h e n e t w o r k a l l o w s

s e v e r a l p a t h s f o r t h e m e s s a g e t o r e a c h i t s d e s t i n a t i o n , t h e s e g a t e w a y s h a v e t o m a k e

d e c i s i o n s a b o u t w h i c h r o u t e t o c h o o s e f o r t h e p a c k e t .

I n a T C P / I P i n t e r n e t t h e b a s i c u n i t o f d a t a t r a n s m i s s i o n i s t h e I P d a t a g r a m . T h e

p r o c e s s o f c h o o s i n g a p a t h o v e r w h i c h t o s e n d a d a t a g r a m f r o m s o u r c e t o d e s t i n a t i o n

i s r e f e r r e d t o a s r o u t i n g ; a n y c o m p u t e r m a k i n g s u c h a d e c i s i o n i s c a l l e d a r o u t e r .

G a t e w a y s i n t h e f u n c t i o n o f r o u t e r s c o m p o s e a c o o p e r a t i v e , i n t e r c o n n e c t e d s t r u c -

t u r e . D a t a g r a m s o r i g i n a t e d a t t h e s o u r c e a r e p a s s e d f r o m r o u t e r t o r o u t e r u n t i l t h e y

r e a c h a g a t e w a y t h a t c a n d e l i v e r t h e d a t a g r a m d i r e c t l y t o i t s d e s t i n a t i o n .

2 . 1 . 4 N a m e R e s o l u t i o n

E a r l y s y s t e m s s u p p o r t e d p o i n t { t o { p o i n t c o n n e c t i o n s b e t w e e n c o m p u t e r s a n d u s e d

l o w l e v e l h a r d w a r e a d d r e s s e s t o s p e c i f y m a c h i n e s . I n t e r n e t w o r k i n g i n t r o d u c e d u n i v e r -

s a l a d d r e s s i n g a s w e l l a s p r o t o c o l s o f t w a r e t o m a p u n i v e r s a l a d d r e s s e s i n t o l o w - l e v e l

h a r d w a r e a d d r e s s e s . T h e r e i s a l s o t h e n o t i o n o f a h o s t n a m e | a h i g h l e v e l a d d r e s s

3

\ P h y s i c a l l y , a c o l l e c t i o n o f p a c k e t s w i t c h i n g n e t w o r k s i n t e r c o n n e c t e d b y g a t e w a y s a l o n g w i t h

p r o t o c o l s t h a t a l l o w t h e m t o f u n c t i o n l o g i c a l l y a s a s i n g l e , l a r g e , v i r t u a l n e t w o r k . W h e n w r i t t e n

i n u p p e r c a s e , I n t e r n e t r e f e r s s p e c i c a l l y t o t h e c o n n e c t e d I n t e r n e t a n d t h e T C P / I P p r o t o c o l s i t

u s e s . " [ C o m 9 1 ]


19/99

8

| a p r o n o u n c e a b l e i d e n t i e r f o r h o s t s . T h e u n i v e r s a l a d d r e s s e s c a n b e m a p p e d i n t o

h o s t n a m e s .

M a p p i n g p r o c e s s e s c a n a l s o b e c a l l e d \ n a m e b i n d i n g " o r \ n a m e r e s o l u t i o n . " T h i s

t h e s i s i s b a s e d o n t h e n a m e r e s o l u t i o n p r o c e s s b e t w e e n h i g h l e v e l a d d r e s s e s , t h e h o s t

n a m e s , a n d u n i v e r s a l l y a s s i g n e d l o w e r l e v e l I P a d d r e s s e s .

N a m e r e s o l u t i o n i s a g e n e r a l c o n c e p t . T h e c u r r e n t p r o t o c o l i n t h e T C P / I P p r o t o -

c o l s u i t e d e a l i n g w i t h t h i s c o n c e p t a n d s o l v i n g t h e p r o b l e m s t h a t a r i s e f r o m i t i s t h e

D o m a i n N a m e S y s t e m .

2 . 2 H i s t o r i c a l D e v e l o p m e n t

A r o u n d 1 9 7 0 , t h e A R P A N E T a n d t h e T Y M N E T w e r e i n t r o d u c e d . T h e y w e r e

t h e r s t l a r g e { s c a l e , g e n e r a l { p u r p o s e d a t a n e t w o r k s t h a t c o n n e c t e d g e o g r a p h i c a l l y

d i s t r i b u t e d c o m p u t e r s y s t e m s .

A s t h e c o m m u n i t y c o n t a i n e d o n l y a f e w h u n d r e d h o s t s , n a m e r e s o l u t i o n w a s m a n -

a g e d u s i n g a s i n g l e t e x t l e : H O S T S . T X T . T h i s l e c o n t a i n e d n a m e { t o { a d d r e s s m a p -

p i n g f o r e v e r y c o n n e c t e d h o s t . T h e a d m i n i s t r a t i o n , m a i n t e n a n c e , a n d d i s t r i b u t i o n w a s

d o n e b y t h e S R I

4

{ N I C

5

W h e n e v e r s o m e a p p l i c a t i o n h a d t o r e s o l v e a h o s t n a m e a n d g e t t h e c o r r e s p o n d i n g

I P a d d r e s s , o r v i c e v e r s a , t h e r e s o l v e r f u n c t i o n c a l l e d s i m p l y l o o k e d u p t h e n a m e ( o r

I P a d d r e s s ) i n a l o c a l c o p y o f t h e m a s t e r H O S T S . T X T l e a n d r e t u r n e d t h e a s s o c i a t e d

v a l u e .

T h e e n o r m o u s g r o w t h r a t e o f t h e I n t e r n e t w a s b y n o m e a n s p r e d i c t a b l e . T h e r e f o r e

i t t o o k s e v e r a l y e a r s u n t i l s e r i o u s p r o b l e m s b e c a m e a p p a r e n t :

S y s t e m a d m i n i s t r a t o r s u s e d t o e { m a i l c h a n g e s t o t h e N I C a n d p e r i o d i c a l l y c o n -

t a c t t h e S R I - N I C t o o b t a i n t h e l a t e s t c o p y o f H O S T S . T X T . N e t w o r k t r a c a n d

p r o c e s s o r l o a d b e c a m e u n a c c e p t a b l y h i g h f o r t h e N I C .

4

S t a n f o r d R e s e a r c h I n s t i t u t e i n M e n l o P a r k , C a l i f o r n i a

5

N e t w o r k I n f o r m a t i o n C e n t e r


20/99

9

N a m e s a s s i g n e d t o h o s t s h a v e t o b e u n i q u e . A s t h e N I C h a d n o a u t h o r i t y o v e r

h o s t n a m e a s s i g n m e n t s , n a m e c o l l i s i o n s b e c a m e a p r o b l e m .

W i t h t h e g r o w t h o f t h e I n t e r n e t a n d t h e i r r e g u l a r i t y o f d a t a b a s e u p d a t e s t h e

c o n s i s t e n c y o f t h e n a m e s p a c e w a s n o l o n g e r g u a r a n t e e d .

A l l o f t h e s e p r o b l e m s a r o s e b e c a u s e t h e o r i g i n a l a p p r o a c h s c a l e d p o o r l y .

I n 1 9 8 4 t h e n e t w o r k c o m m u n i t y s w i t c h e d t o t h e D o m a i n N a m e S y s t e m . P a u l

M o c k a p e t r i s w a s r e s p o n s i b l e f o r t h e d e s i g n o f t h e a r c h i t e c t u r e o f t h e n e w s y s t e m .

T h e o r i g i n a l R F C s

6

d e s c r i b i n g t h e D o m a i n N a m e S y s t e m a r e [ M o c 8 3 a ] a n d [ M o c 8 3 b ] .

T h e y h a v e b e e n o b s o l e t e s i n c e t h e r e l e a s e o f t h e c u r r e n t s p e c i c a t i o n s [ M o c 8 7 a ] a n d

[ M o c 8 7 b ] i n N o v e m b e r 1 9 8 7 ( [ L R 9 3 ] a n d [ B G 9 2 ] ) .

2 . 3 D e s i g n G o a l s

T h e e o r t o f d e s i g n i n g t h e D o m a i n N a m e S y s t e m w a s d i r e c t e d t o w a r d s s e v e r a l

g o a l s , w h i c h h a d t h e m a i n i n u e n c e o n d e t e r m i n i n g t h e c u r r e n t s t r u c t u r e . T h e a i m

w a s t o c r e a t e a s y s t e m w i t h t h e f o l l o w i n g o b j e c t i v e s i n m i n d :

D a t a C o n s i s t e n c y

E c i e n c y

D i s t r i b u t e d C h a r a c t e r

G e n e r a l i t y

I n d e p e n d e n c e

P . M o c k a p e t r i s s t a t e s i n [ M o c 8 7 a ] t h e d e s i g n o b j e c t i v e s t h a t l e d t o t h e c u r r e n t s y s t e m :

6

R F C s a r e a s e r i e s o f t e c h n i c a l r e p o r t s c a l l e d R e q u e s t s f o r C o m m e n t s


21/99

1 0

2 . 3 . 1 D a t a C o n s i s t e n c y

T h e p r i m a r y g o a l w a s t o p r o v i d e a c o n s i s t e n t n a m e s p a c e t o b e u s e d t o r e f e r t o

r e s o u r c e s . I n p a r t i c u l a r , t h e n a m e s p a c e s h o u l d n o t d e p e n d o n a n y n e t w o r k i d e n t i e r s ,

a n d t h e r e f o r e b e t o t a l l y i n d e p e n d e n t o f r o u t i n g i n f o r m a t i o n o r n e t w o r k t o p o l o g y .

2 . 3 . 2 E c i e n c y

T h e g r o w t h o f t h e I n t e r n e t i n n u m b e r o f m a c h i n e s a n d s u b n e t w o r k s c a l l e d f o r t h e

i n t r o d u c t i o n o f a n a m i n g r e s o l u t i o n s y s t e m t h a t c o u l d h a n d l e n o t o n l y t h e i m m e n s e

v o l u m e o f m a c h i n e s a n d r e s o l u t i o n r e q u e s t s , b u t c o u l d a l s o r e s p o n d e c i e n t l y . T o

o b t a i n t h e s e d e s i r e d e e c t s , t h e s y s t e m w a s b u i l t i n a h i e r a r c h i c a l , d i s t r i b u t e d m a n n e r

u s i n g t h e t e c h n o l o g y o f c a c h i n g .

I n a n i n t e r n e t , a c c e s s t o m a c h i n e s i n l o c a l n e t w o r k s i s m o r e l i k e l y t h a n r e m o t e

a c c e s s v i a m a n y l i n k s . T h e r e f o r e , f a r m o r e n a m e r e s o l u t i o n r e q u e s t s a r e m a d e l o c a l l y .

T h e k n o w l e d g e a b o u t t h e r e q u e s t e d b i n d i n g s i n t h e l o c a l n e t w o r k i s a v a i l a b l e i n t h e

f o r m o f t h e l o c a l d a t a b a s e . T h e s e f a c t s s u g g e s t s t h e u s e o f t h e h i e r a r c h i c a l o r g a n i -

z a t i o n a l f o r m a t i n w h i c h l o c a l r e s o l u t i o n r e q u e s t s a r e r e s o l v e d e c i e n t l y b y a l o c a l

e n t i t y , a n d i n f r e q u e n t r e s o l u t i o n r e q u e s t s a b o u t r e m o t e m a p p i n g s a r e d e a l t w i t h b y

a n i n t e r a c t i o n o f l o c a l a n d r e m o t e e n t i t i e s . T h e c l e a r a n d c l e a n s t r u c t u r e t h a t r e s u l t s

i n s e e i n g t h e n a m e s p a c e a s a t r e e a l s o f a v o r s t h i s a p p r o a c h .

T h e c r e a t i o n o f h o s t n a m e s b y a p p e n d i n g n o d e l a b e l s f r o m t h e l e a v e s t o t h e r o o t o f

t h i s t r e e s e r v e d t h e n e e d f o r p r o n o u n c e a b l e , e a s i l y r e m e m b e r a b l e n a m e s f o r m a c h i n e s .

T h e d i s t r i b u t e d a r r a n g e m e n t o f t h e s y s t e m c o n t r i b u t e s t o c u t t i n g t h e h u g e n a m e

s p a c e i n t o p i e c e s t h a t c a n b e m a n a g e d e c i e n t l y . C a c h i n g i n f o r m a t i o n l o c a l l y t h a t

w a s r e c e i v e d f r o m r e m o t e s i t e s i s a n o t h e r m e c h a n i s m t o o b t a i n e c i e n c y . B e c a u s e o f

t h e d y n a m i c s o f t h e s y s t e m , t h e c a c h e d i n f o r m a t i o n i s q u a l i e d w i t h a n a d d i t i o n a l

t i m e t o l i v e ( T T L ) p a r a m e t e r t o e n s u r e t h e g o a l o f d a t a c o n s i s t e n c y .


22/99

1 1

2 . 3 . 3 D i s t r i b u t e d C h a r a c t e r

T h e c h o i c e o f i m p l e m e n t i n g t h i s l a r g e s c a l e c l i e n t { s e r v e r p a r a d i g m i n a g e o g r a p h -

i c a l l y d i s t r i b u t e d s e t o f m a c h i n e s w a s s u p p o r t e d b y t h e n e e d f o r i n c r e a s e d r e l i a b i l i t y

t h r o u g h t h e e x i s t e n c e o f r e d u n d a n t d a t a b a s e s i n s e c o n d a r y n a m e s e r v e r s . I n t h e c a s e

o f a n y k i n d o f f a i l u r e i n o n e o f t h e n a m e s e r v e r s f o r a z o n e , t h e r e d u n d a n t b a c k u p

s e r v e r s w i l l s t i l l b e a b l e t o p r o v i d e t h e m a p p i n g s e r v i c e . T h e r e f o r e t h e o c c u r r e n c e o f

a f a i l u r e a t a s i n g l e s i t e c a n n o t l e a d t o t h e d e n i a l o f t h e r e s o l u t i o n s e r v i c e .

L o c a l a u t h o r i t i e s c o u l d a d m i n i s t e r t h e i r o w n d o m a i n s a n d z o n e s , k e e p i n g t h e d a t a

b a s e c o n s i s t e n t , p r o v i d i n g a u t o n o m o u s c o n t r o l o f n a m e a s s i g n m e n t , a n d t a k i n g a w a y

t h e l o a d f r o m c e n t r a l a u t h o r i t i e s . A u t h o r i t y p a s s e s d o w n t h e e d g e s o f t h e t r e e , w h e r e a s

i n f o r m a t i o n o w s a c r o s s t h e h i e r a r c h i e s f r o m o n e h o s t t o a n o t h e r . T h e c o n c e p t u a l

a r r a n g e m e n t o f d o m a i n n a m e s e r v e r s i n a t r e e r e s e m b l i n g t h e n a m e s t r u c t u r e i s i n

f a c t a m o r e r e a l i s t i c a r r a n g e m e n t , n a m e l y a s h a l l o w t r e e .

2 . 3 . 4 G e n e r a l i t y

P r a g m a t i c r e a s o n s c a l l e d f o r g e n e r a l i t y . I m p l e m e n t a t i o n c o s t s a n d t h e a m o u n t o f

a d m i n i s t r a t i v e e o r t i n s u p p o r t i n g t h e s y s t e m d i c t a t e d a g e n e r a l u s e f u l n e s s . T h e r e f o r e

t h e s y s t e m d o e s n o t c o n t a i n a n y u n n e c e s s a r y r e s t r i c t i o n s r e g a r d i n g i t s p u r p o s e o r

a p p l i c a t i o n s . T h i s g o a l c a n b e r e f o r m u l a t e d a s t h e d e s i r e t o a l l o w a u g m e n t a t i o n o f

t h e d a t a b a s i s b y n e w d a t a s t r u c t u r e s .

2 . 3 . 5 I n d e p e n d e n c e

T h e s y s t e m w a s d e s i g n e d t o b e i n d e p e n d e n t o f u n d e r l y i n g h a r d w a r e , b e i t o f t h e

l o c a l m a c h i n e o r t h e n e t w o r k i n t e r f a c e . F u r t h e r m o r e , t h e t r a n s a c t i o n s s h o u l d b e

i n d e p e n d e n t o f t h e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m t h a t c a r r i e s t h e m . T h e r e f o r e , a l l p o s s i b l e

k i n d s o f p a c k e t s w i t c h i n g a r e s u i t a b l e , s u c h a s s t o r e { a n d { f o r w a r d s w i t c h i n g u s i n g

d a t a g r a m s , v i r t u a l c i r c u i t s , o r p o s s i b l y h y b r i d a p p r o a c h e s .


23/99

1 2

2 . 4 D N S E n t i t i e s

T h e D o m a i n N a m e S y s t e m c o n s i s t s o f s e v e r a l e n t i t i e s : r e s o l v e r s , n a m e s e r v e r s , a n d

r e s o u r c e r e c o r d s ( R R ) . W e r s t d e s c r i b e t h e d o m a i n n a m e s p a c e a n d r e s o u r c e r e c o r d s

t h a t a r e s e c t i o n s i n D N S m e s s a g e s . T h e y s e r v e f o r t h e e x c h a n g e o f d a t a b e t w e e n t h e

i n t e r a c t i n g n a m e s e r v e r s a n d r e s o l v e r s . W e t h e n d e s c r i b e p u r p o s e s a n d f e a t u r e s o f

n a m e s e r v e r s a n d r e s o l v e r s .

2 . 4 . 1 D o m a i n N a m e S p a c e

T h e D o m a i n N a m e S p a c e i s t h e s p e c i c a t i o n o f a t r e e { s t r u c t u r e d n a m e s p a c e . T h e

r o o t o f t h e t r e e i s t h e r o o t d o m a i n f o l l o w e d b y i t s c h i l d r e n , t h e t o p { l e v e l d o m a i n s ,

w h i c h c a n c o n t a i n s e v e r a l l e v e l s o f s u b d o m a i n s . F i g u r e 2 . 1 s h o w s t h e s t r u c t u r e o f

s u c h a t r e e . H o s t n a m e s c o n s i s t o f a c o n c a t e n a t i o n o f t h e l a b e l s o f e a c h n o d e o n t h e

p a t h f r o m t h e l e a f t h a t r e p r e s e n t s t h e a c t u a l h o s t u p t o t h e r o o t . A d j a c e n t l a b e l s a r e

s e p a r a t e d b y a d o t . D o m a i n s a r e s i m p l y s u b t r e e s o f t h e D o m a i n N a m e S p a c e . I n o u r

e x a m p l e \ p u r d u e . e d u " i s a d o m a i n n a m e .

edu com org

" "

purdue

cs cc ecn

F i g u r e 2 . 1 D o m a i n p u r d u e . e d u


24/99

1 3

A p a r t o f t h e D o m a i n N a m e S p a c e t h a t i s c o n t r o l l e d c o m p l e t e l y b y a n a m e s e r v e r

i s c a l l e d a z o n e . T h e d e l i c a t e d i e r e n c e b e t w e e n a d o m a i n a n d a z o n e i s t h a t a

z o n e c o n t a i n s a l l t h e d o m a i n n a m e s a n d d a t a t h a t a d o m a i n c o n t a i n s , e x c e p t f o r t h e

d o m a i n n a m e s a n d d a t a t h a t a r e d e l e g a t e d e l s e w h e r e ( s e e F i g u r e 2 . 2 ) . V i e w i n g t h e

d o m a i n s ( n o d e s ) a n d h o s t s ( l e a v e s ) a s t h e c o n c e p t u a l a r r a n g e m e n t y i e l d s a t r e e w i t h

g r e a t e r h e i g h t t h a n v i e w i n g t h e z o n e s a s n o d e s . T h e l a t t e r i s a m o r e r e a l i s t i c l a y o u t

o f t h e t r e e i n t e r m s o f e c i e n c y .

A n e x a m p l e f o r t h e d i e r e n c e b e t w e e n d o m a i n a n d z o n e i s t h e f o l l o w i n g s c e n a r i o .

A l o c a l a u t h o r i t y m a n a g e s t h e d o m a i n \ a l p h a . d o m " . \ a l p h a . d o m " h a s t h r e e s u b d o -

m a i n s \ p h i , " \ c h i , " a n d \ p s i " t h a t c o n t a i n s e v e r a l h o s t s , b u t n o f u r t h e r s u b d o m a i n s .

I f t h e a u t h o r i t y f o r s u b d o m a i n \ p s i " i s t r a n s f e r r e d t o \ p s i . a l p h a . d o m , " t w o z o n e s a r e

t h e r e s u l t . T h e a u t h o r i t y f o r \ a l p h a . d o m " c o u l d a d d i t i o n a l l y t r a n s f e r t h e a u t h o r i t y

f o r \ c h i " t o t h e s a m e a u t h o r i t y t h a t a d m i n i s t e r s \ p s i " . T h i s e x a m p l e s h o w s t h a t

z o n e s d o n o t h a v e t o b e c o n n e c t e d b y e d g e s i n t h e t r e e s t r u c t u r e d d o m a i n t r e e .

domain

zone

F i g u r e 2 . 2 D o m a i n v s . z o n e


25/99

1 4

2 . 4 . 2 D N S M e s s a g e s

D N S m e s s a g e s a r e t h e d a t a u n i t s t h a t a r e t r a n s m i t t e d b e t w e e n n a m e s e r v e r s a n d

r e s o l v e r s . A D N S m e s s a g e c o n s i s t s o f t h e h e a d e r a n d u p t o f o u r s e c t i o n s ( s e e F i g u r e

2 . 3 ) . T h e h e a d e r c o n t a i n s t h e f o l l o w i n g e l d s :

QNAME

HEADER

QUESTION

ANSWER

AUTHORITY

ADDITIONAL

ID

QR/OPCODE/AA/TC/RD/RA/Z/RCODE

QDCOUNT

ANCOUNT

NSCOUNT

ARCOUNT

QTYPE

QCLASS

NAME

TYPE

CLASS

TTL

RDLENGTH

RDATA

F i g u r e 2 . 3 D N S m e s s a g e


26/99


27/99

1 6

{ 5 t o i n d i c a t e t h a t t h e n a m e s e r v e r \ R e f u s e d " t o p e r f o r m t h e s p e c i e d

o p e r a t i o n

{ 6 - 1 5 a r e r e s e r v e d f o r f u t u r e u s e

T h e f o l l o w i n g f o u r u n s i g n e d 1 6 b i t i n t e g e r v a l u e s s p e c i f y t h e n u m b e r o f e n t r i e s

i n t h e f o l l o w i n g q u e s t i o n , a n s w e r , a u t h o r i t y , a n d a d d i t i o n a l s e c t i o n s .

T h e c o n t e n t s o f t h e s e f o u r s e c t i o n s s e r v e d i e r e n t p u r p o s e s . T h e o r d e r o f t h e s e

s e c t i o n i s a l w a y s t h e s a m e . S o m e o f t h e s e c t i o n s c a n b e e m p t y i n a D N S m e s s a g e .

T h e f o r m a t o f t h e a n s w e r , a u t h o r i t y a n d a d d i t i o n a l s e c t i o n i s t h e s a m e .

T h e q u e s t i o n s e c t i o n c a r r i e s q u e r y n a m e , q u e r y t y p e a n d q u e r y c l a s s . V a l i d q u e r y

t y p e s a r e a l l t h e c o d e s f o r r e s o u r c e r e c o r d t y p e s , w h i c h w e w i l l e x p l a i n i n t h e f o l l o w i n g

S e c t i o n 2 . 4 . 3 , a n d s o m e m o r e g e n e r a l o n e s f o r z o n e t r a n s f e r , m a i l h a n d l i n g t a s k s , a n d

w i l d { c a r d i n g .

T h e f o l l o w i n g c l a s s m n e m o n i c s a n d v a l u e s a r e c u r r e n t l y d e n e d :

1 f o r \ I N " { I n t e r n e t

2 f o r \ C S " { C S N E T

3 f o r \ C H " { C H A O S

4 f o r \ H S " { H e s i o d

2 5 5 f o r w i l d { c a r d i n g

T h e a n s w e r s e c t i o n c a r r i e s r e s o u r c e r e c o r d s t h a t d i r e c t l y a n s w e r t h e q u e r y , t h e

a u t h o r i t y s e c t i o n c a r r i e s r e s o u r c e r e c o r d s t h a t d e s c r i b e o t h e r a u t h o r i t a t i v e s e r v e r s ,

a n d t h e a d d i t i o n a l s e c t i o n c a r r i e s r e s o u r c e r e c o r d s t h a t a r e n o t e x p l i c i t l y r e q u e s t e d

b u t m i g h t b e h e l p f u l i n u s i n g t h e r e s o u r c e r e c o r d s i n t h e o t h e r s e c t i o n s .

T h e a u t h o r i t a t i v e s e c t i o n c o n t a i n s n a m e s e r v e r d a t a i n t h e f o l l o w i n g c a s e : i f a

n a m e s e r v e r t r i e s t o r e s o l v e a n a m e a n d h e k n o w s o f a n a u t h o r i t a t i v e n a m e s e r v e r f o r

t h e d o m a i n i n w h i c h t h e n a m e l i e s t h a t h a s t o b e r e s o l v e d , h e p u t s t h e n a m e s e r v e r ' s


28/99

1 7

n a m e i n t o t h e a u t h o r i t y s e c t i o n o f t h e r e p l y . T h i s i s t h e a p p r o a c h i n t h e D N S t o r e f e r

c l i e n t s t o o t h e r s s e r v e r s i n t h e n o t r e c u r s i v e m o d e .

T h e a d d i t i o n a l s e c t i o n p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e s a m e c a s e . I f a n a m e s e r v e r

r e f e r s a r e s o l v e r t o a n o t h e r n a m e s e r v e r , h e b e t t e r a l s o p r o v i d e s t h e a d d r e s s o f t h e

o t h e r n a m e s e r v e r , b e c a u s e t h a t i s t h e n e x t i n f o r m a t i o n t h e r e s o l v e r n e e d s i n o r d e r

t o p r o c e e d w i t h h i s q u e r i e s . A n o t h e r r e a s o n t o h a v e t h e a d d i t i o n a l s e c t i o n i s t o h a v e

s p a c e f o r e x t r a , n o t r e q u e s t e d i n f o r m a t i o n . I f a r e s o l v e r r e c e i v e s a d d i t i o n a l r e c o r d s ,

a n d c a c h e s t h e m , h e m i g h t b e a b l e t o u s e t h e m l a t e r . T h a t w o u l d r e s u l t i n a n

i n c r e a s e d p e r f o r m a n c e o f t h e s y s t e m , b e c a u s e t h e r e s o l u t i o n o f d a t a t h a t i s a l r e a d y i n

t h e l o c a l c a c h e i s c o n s i d e r a b l y m o r e e c i e n t t h a n a r e m o t e r e s o l u t i o n t h a t r e q u i r e s

n e t w o r k t r a c .

T h e s e t h r e e t y p e s o f D N S m e s s a g e s e c t i o n s s h a r e t h e s a m e f o r m a t . T h e y h a v e :

a n a m e

a t y p e a s i n a q u e r y

a c l a s s a s i n a q u e r y

a 3 2 b i t t i m e t o l i v e e l d g i v e n i n s e c o n d s ( T T L )

a n u n s i g n e d 1 6 b i t i n t e g e r t h a t s p e c i e s t h e l e n g t h o f t h e R D A T A e l d i n b y t e s

a v a r i a b l e l e n g t h s t r i n g o f b y t e s t h a t d e s c r i b e s t h e r e s o u r c e .

2 . 4 . 3 R e s o u r c e R e c o r d s

D a t a t h a t i s a s s o c i a t e d w i t h t h e n o d e s a n d l e a v e s o f t h i s t r e e i s e x c h a n g e d i n t h e

R D A T A p o r t i o n o f t h e l a s t t h r e e s e c t i o n s i n a D N S m e s s a g e . T h e s e r e s o u r c e r e c o r d s

a r e t a g g e d a c c o r d i n g t o t h e t y p e o f d a t a t h e y c o n t a i n . W e m e n t i o n o n l y t h o s e t y p e s

t h a t p r o v i d e n e c e s s a r y i n f o r m a t i o n f o r u n d e r s t a n d i n g t h i s t h e s i s . A c o m p l e t e l i s t o f

t y p e s a n d c l a s s e s c a n b e f o u n d i n R F C 1 0 3 5 ( [ M o c 8 7 b ] ) .

a n \ A " r e c o r d c o n t a i n s a h o s t a d d r e s s ; a 3 2 - b i t I n t e r n e t a d d r e s s w h e n t h e c l a s s

i s \ I N "


29/99

1 8

a n \ N S " r e c o r d s p e c i e s a h o s t w h i c h s h o u l d b e a u t h o r i t a t i v e f o r t h e s p e c i e d

c l a s s a n d d o m a i n

a n \ S O A " r e c o r d i s t h e r s t e n t r y i n e a c h o f t h e d a t a b a s e l e s a n d s p e c i e s a

s e r v e r t o b e t h e a u t h o r i t a t i v e s o u r c e o f i n f o r m a t i o n w i t h i n t h e d o m a i n

a \ P T R " r e c o r d p r o v i d e s a p o i n t e r t o a n o t h e r l o c a t i o n i n t h e d o m a i n n a m e

s p a c e

a n \ H I N F O " r e c o r d i d e n t i e s t h e C P U t y p e a n d o p e r a t i n g s y s t e m t y p e u s e d

b y a h o s t

a \ C N A M E " r e c o r d s p e c i e s t h e c a n o n i c a l o r p r i m a r y n a m e f o r t h e o w n e r { t h e

o w n e r i s a n a l i a s

a \ M X " r e c o r d s p e c i e s a h o s t w i l l i n g t o a c t a s a m a i l e x c h a n g e f o r t h e o w n e r

n a m e a n d a p r e f e r e n c e g i v e n a m o n g o t h e r r e s o u r c e r e c o r d s a t t h e s a m e o w n e r

a n \ X 2 5 " r e c o r d c o n t a i n s a c h a r a c t e r s t r i n g w h i c h i d e n t i e s a p u b l i c s w i t c h e d

d a t a n e t w o r k a d d r e s s

a n \ I S D N " r e c o r d c o n t a i n s a c h a r a c t e r s t r i n g w h i c h i d e n t i e s a n I S D N

7

n u m b e r

o f t h e o w n e r a n d t h e D D I ( D i r e c t D i a l I n ) , i f a n y

2 . 4 . 4 N a m e S e r v e r s

T h e w h o l e d a t a b a s e i s d i v i d e d i n t o z o n e s t h a t a r e d i s t r i b u t e d a m o n g t h e n a m e

s e r v e r s . T h e e s s e n t i a l t a s k o f a n a m e s e r v e r i s t o a n s w e r q u e r i e s u s i n g d a t a i n i t s

z o n e . T o e n s u r e a h i g h e r d e g r e e o f r e l i a b i l i t y o f t h e s y s t e m , t h e d e n i t i o n o f t h e

D o m a i n N a m e S y s t e m r e q u i r e s t h a t a t l e a s t t w o n a m e s e r v e r s c o n t a i n a u t h o r i t a t i v e

d a t a f o r a g i v e n z o n e . S o m e s i t e s r u n m o r e t h a n t w o n a m e s e r v e r s : o n e o f t h e m

u s u a l l y o u t s i d e o f t h e a e c t e d n e t w o r k t o g u a r a n t e e n a m e s e r v i c e i f t h e n e t w o r k i s

u n r e a c h a b l e f o r s o m e r e a s o n . T h e m a i n n a m e s e r v e r i s c a l l e d t h e p r i m a r y n a m e s e r v e r ,

7

I n t e g r a t e d S e r v i c e s D i g i t a l N e t w o r k


30/99

1 9

T a b l e 2 . 1 S u b s e t o f Q T Y P E s

Q T Y P E v a l u e m e a n i n g

A 1 a h o s t a d d r e s s

N S 2 a n a u t h o r i t a t i v e n a m e s e r v e r

S O A 6 s t a r t o f a u t h o r i t y

P T R 1 2 a d o m a i n n a m e p o i n t e r

H I N F O 1 3 h o s t i n f o r m a t i o n C P U a n d O S

C N A M E 1 4 c a n o n i c a l n a m e ( a l i a s )

M X 1 5 m a i l e x c h a n g e

X 2 5 1 9 p u b l i c s w i t c h e d d a t a n e t w o r k a d d r e s s

I S D N 2 0 i n t e g r a t e d s e r v i c e s d i g i t a l n e t w o r k

a n d t h e b a c k u p s e r v e r s a r e c a l l e d s e c o n d a r y n a m e s e r v e r s . S e c o n d a r y a u t h o r i t a t i v e

n a m e s e r v e r s u p d a t e t h e d a t a b a s e f o r t h e i r z o n e p e r i o d i c a l l y w i t h d a t a p o l l e d f r o m

t h e i r p r i m a r y s e r v e r s . P r i m a r y n a m e s e r v e r s l o a d t h e d a t a b a s e l e s p r o v i d e d b y t h e

z o n e a d m i n i s t r a t o r a n d m a i n t a i n a c a c h e o f d a t a t h a t w a s a c q u i r e d t h r o u g h r e s o u r c e

r e c o r d s . S e r v e r s w a n t t o a d a p t d y n a m i c a l l y t o c h a n g e s i n t h e s e t u p o f t h e n a m e

s p a c e o f o t h e r a u t h o r i t i e s . T h e r e f o r e , e a c h r e s o u r c e r e c o r d c o n t a i n s a t i m e t o l i v e

e l d w h i c h e n s u r e s t h a t n a m e s e r v e r s d o n o t c a c h e d a t a w i t h o u t t i m e b o u n d .

T h e a c t u a l a l g o r i t h m n a m e s e r v e r s u s e d e p e n d s o n t h e l o c a l o p e r a t i n g s y s t e m

a n d d a t a s t r u c t u r e s u s e d t o s t o r e r e s o u r c e r e c o r d s . A b a s i c o u t l i n e c a n b e f o u n d i n

[ M o c 8 7 a , s e c t i o n 4 . 3 . 2 ] a n d i n s e c t i o n 2 . 9 . 2 o f t h i s t h e s i s .

2 . 4 . 5 R e s o l v e r s

T h e i n t e r f a c e b e t w e e n t h e D o m a i n N a m e S y s t e m a n d u s e r p r o g r a m s i s t h e n a m e

r e s o l v e r . I n t h e s i m p l e s t c a s e , a r e s o l v e r r e c e i v e s a r e q u e s t f r o m a u s e r p r o g r a m i n

t h e f o r m o f a s y s t e m c a l l o r s u b r o u t i n e c a l l a n d r e t u r n s t h e d e s i r e d i n f o r m a t i o n . T h e


31/99

2 0

r e s o l v e r i s l o c a t e d o n t h e s a m e m a c h i n e a s t h e u s e r p r o g r a m , b u t c o n t a c t s o n e o r m o r e

n a m e s e r v e r s o n ( u s u a l l y ) r e m o t e m a c h i n e s i f t h e r e q u e s t e d d a t a i s n o t o b t a i n a b l e

f r o m t h e l o c a l c a c h e .

T h e t y p i c a l r e s o l v e r { c l i e n t i n t e r f a c e h a s a t r i p l e f u n c t i o n a l i t y : h o s t n a m e t o I P

a d d r e s s t r a n s l a t i o n , I P a d d r e s s t o h o s t n a m e t r a n s l a t i o n , a n d a l o o k u p o f g e n e r a l

i n f o r m a t i o n s p e c i f y i n g q u e r y n a m e , t y p e , a n d c l a s s . T h e f o l l o w i n g r e s u l t s c a n b e

o b t a i n e d a f t e r t h e r e s o l v e r p e r f o r m e d t h e i n d i c a t e d f u n c t i o n : t h e d a t a r e q u e s t e d , a

n a m e e r r o r i n c a s e t h e r e f e r e n c e d n a m e d o e s n o t e x i s t , o r a d a t a n o t f o u n d e r r o r .

T o o b t a i n h i g h e r e c i e n c y , i t i s r e a s o n a b l e t o h a v e a l l r e s o l v e r s o n o n e m a c h i n e

s h a r e t h e i r c a c h e . A n a l g o r i t h m o u t l i n e f o r t h e r e s o l v e r c a n b e f o u n d i n [ M o c 8 7 a ,

s e c t i o n 5 . 3 . 3 ] a n d i n s e c t i o n 2 . 9 . 3 o f t h i s t h e s i s .

2 . 5 F o r w a r d a n d I n v e r s e M a p p i n g T r e e

T h e D o m a i n N a m e S p a c e c o n s i s t s o f a h i e r a r c h y o f d o m a i n n a m e s . A s t h e d e c i m a l

n u m b e r s i n t h e d o t t e d q u a d n o t a t i o n f o r I P a d d r e s s e s c a n b e v i e w e d a s n a m e s , i t i s

o n l y o n e s t e p t o c o n s t r u c t a t r e e t h a t c o n s i s t s o f t h e s e n u m b e r s a s d o m a i n n a m e s .

T h i s i n v e r s e m a p p i n g t r e e i s m o u n t e d o n t h e d o m a i n i n - a d d r . a r p a . T h e I P a d d r e s s

1 2 8 . 4 6 . 1 5 2 . 7 8 f o r z o o . e c n . p u r d u e . e d u h a s t h e c o r r e s p o n d i n g n a m e 7 8 . 1 5 2 . 4 6 . 1 2 8 . i n -

a d d r . a r p a w h i c h m a p s b a c k t o z o o . e c n . p u r d u e . e d u ( s e e F i g u r e 2 . 4 ) .

T h e r e a s o n f o r t h e n u m b e r s o f t h e I P a d d r e s s a p p e a r i n g i n r e v e r s e o r d e r i n t h e

r e v e r s e m a p p i n g t r e e i s t h e f o l l o w i n g : D o m a i n n a m e s r e a d f r o m l e f t t o r i g h t g e t l e s s

s p e c i c , w h e r e a s I P a d d r e s s e s g e t m o r e s p e c i c f r o m l e f t t o r i g h t ( s e e F i g u r e 2 . 5 ) . T h e

t a s k o f d e l e g a t i n g a u t h o r i t y f o r i n - a d d r . a r p a d o m a i n s t o z o n e a d m i n i s t r a t o r s w o u l d

b e i m p o s s i b l e i f t h e e n t r i e s a p p e a r e d i n t h e o r i g i n a l o r d e r .

I n c a s e s o m e o n e w a n t e d t o i n d e x a n a r b i t r a r y p i e c e o f d a t a i n t h e d o m a i n s p a c e

( s o m e t h i n g a s i d e f r o m I P a d d r e s s e s o r h o s t n a m e s ) , a n a d d i t i o n a l s u b d o m a i n s u c h

a s t h e i n - a d d r . a r p a d o m a i n i s n e c e s s a r y . A s o c a l l e d i n v e r s e l o o k u p ( a n e x h a u s t i v e

s e a r c h o f t h e w h o l e d o m a i n n a m e s p a c e ) , i s a l s o p o s s i b l e , b u t n o t f e a s i b l e f o r r e g u l a r

u s a g e . A n y o n e n a m e s e r v e r o n l y k n o w s a b o u t p a r t o f t h e o v e r a l l d o m a i n n a m e s p a c e .


32/99

2 1

128

152

78

46

zoo.ecn.purdue.edu

edu in-addr.arpaca

IP address 128.46.152.78

F i g u r e 2 . 4 T h e i n - a d d r . a r p a d o m a i n

uther.cs.purdue.edu128.10.4.20

more specific

more specific

F i g u r e 2 . 5 D e g r e e o f s p e c i c a t i o n

T h e r e f o r e , a n i n v e r s e q u e r y i s n e v e r g u a r a n t e e d t o r e t u r n a n a n s w e r . I f a n a m e s e r v e r

r e c e i v e s a n i n v e r s e q u e r y f o r a n I P a d d r e s s i t k n o w s n o t h i n g a b o u t , i t c a n n o t r e t u r n

a n a n s w e r ; b u t i t a l s o d o e s n o t k n o w i f t h e I P a d d r e s s d o e s n o t e x i s t , b e c a u s e i t h a s

o n l y i t s p a r t o f t h e D N S d a t a b a s e t o w o r k w i t h . A d d i t i o n a l l y , t h e i m p l e m e n t a t i o n o f

i n v e r s e q u e r i e s i s o p t i o n a l a c c o r d i n g t o t h e D N S s p e c i c a t i o n .


33/99

2 2

2 . 6 R e c u r s i o n a n d I t e r a t i o n

W h e n t h e r e i s t h e n e e d f o r r e s o l v i n g a n a m e i n t h e D o m a i n N a m e S y s t e m , t h e

f o l l o w i n g s t e p s a r e t a k e n . W h o e v e r w a n t s t o r e s o l v e a n a m e i n v o k e s a l o c a l c l i e n t

p r o g r a m , t h e r e s o l v e r . T h e r e s o l v e r f o r m u l a t e s a q u e r y a c c o r d i n g t o t h e D N S p r o t o c o l

a n d c o n t a c t s i t s l o c a l n a m e s e r v e r .

T h e s e q u e r i e s c a n c o m e i n t w o d i e r e n t a v o r s : \ r e c u r s i v e " a n d \ i t e r a t i v e " .

I n r e c u r s i v e r e s o l u t i o n , a r e s o l v e r s e n d s a r e c u r s i v e q u e r y t o a n a m e s e r v e r . T h e

q u e r i e d n a m e s e r v e r t h e n h a s t h e o b l i g a t i o n t o r e s p o n d w i t h t h e a n s w e r t o t h a t q u e r y

o r w i t h a n e r r o r c o d e . T h e n a m e s e r v e r c a n n o t r e f e r t h e r e s o l v e r t o a n o t h e r n a m e

s e r v e r . I n c a s e t h e q u e r i e d n a m e s e r v e r i s n o t a u t h o r i t a t i v e f o r t h e r e q u e s t e d d a t a ,

i t h a s t o r e s o l v e t h e q u e r y a g a i n ; r e c u r s i v e o r i t e r a t i v e . C u r r e n t i m p l e m e n t a t i o n s

r e s o l v e t h e q u e r y i t e r a t i v e a n d d o n o t p a s s t h e w o r k t o a n o t h e r s e r v e r .

I t e r a t i v e r e s o l u t i o n d o e s n o t r e q u i r e n e a r l y a s m u c h w o r k o n t h e p a r t o f t h e q u e r i e d

n a m e s e r v e r . I n i t e r a t i v e r e s o l u t i o n a n a m e s e r v e r s i m p l y r e t u r n s t h e b e s t a n s w e r i t

i s c a p a b l e o f g i v i n g . N o a d d i t i o n a l q u e r y i n g o f o t h e r n a m e s e r v e r s i s r e q u i r e d . T h e

q u e r i e d n a m e s e r v e r o n l y c o n s u l t s i t s l o c a l d a t a l o o k i n g f o r t h e d a t a r e q u e s t e d . I f t h e

d a t a i s n o t t h e r e , i t m a k e s i t s b e s t a t t e m p t t o g i v e t h e q u e r i e r d a t a t h a t w i l l h e l p i t

c o n t i n u e t h e r e s o l u t i o n p r o c e s s . T h i s d a t a u s u a l l y c o n t a i n s n a m e s a n d a d d r e s s e s o f

n a m e s e r v e r s t h a t a r e \ c l o s e r " t o t h e d a t a i t s s e e k i n g .

A f t e r p o s s i b l y m a n y r e f e r r a l s , t h e l o c a l n a m e s e r v e r q u e r i e s t h e a u t h o r i t a t i v e n a m e

s e r v e r , w h i c h r e t u r n s a n a n s w e r o r a n e r r o r c o d e .

2 . 7 F i l l i n g i n t h e B l a n k s

T h i s s e c t i o n c o n t a i n s f e a t u r e s t h a t w e r e b r i e y t o u c h e d i n t h e p r e v i o u s s e c t i o n s ,

b u t t h a t n e e d f u r t h e r e x p l a n a t i o n s : t h e c e n t r a l r o l e o f c a c h e s f o r s y s t e m p e r f o r m a n c e

e n h a n c e m e n t , t h e r o l e o f a d m i n i s t r a t i v e a u t h o r i t i e s , a n d t h e t y p e s o f e r r o r s t h a t c a n

o c c u r d u r i n g n a m e s e r v e r o p e r a t i o n .


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2 3

2 . 7 . 1 R o l e o f C a c h e s

T h e w h o l e r e s o l u t i o n p r o c e s s m a y s e e m c o n v o l u t e d a n d c u m b e r s o m e c o m p a r e d t o

s i m p l e s e e k s t h r o u g h a h o s t t a b l e d a t a b a s e . H o w e v e r , i t i s f a s t , s p e e d e d u p c o n s i d e r -

a b l y b y c a c h i n g .

A s o u r e x a m p l e i n S e c t i o n 2 . 8 s h o w s , n a m e s e r v e r s m a y n e e d s e v e r a l D N S m e s s a g e s

t o n d t h e a n s w e r t o a q u e r y . D u r i n g s u c c e s s i v e r e s o l u t i o n a t t e m p t s n a m e s e r v e r s

d i s c o v e r i n f o r m a t i o n a b o u t t h e D o m a i n N a m e S p a c e . T h i s i n f o r m a t i o n c a n b e u s e d

f o r f u t u r e r e s o l u t i o n s . I f a n a m e s e r v e r c a c h e s t h e d a t a , i t b u i l d s u p a d a t a b a s e t h a t

h e l p s s p e e d u p t h e p r o c e s s i n g o f f u r t h e r q u e r y i n g . T h e n e x t t i m e a r e s o l v e r q u e r i e s

t h e n a m e s e r v e r f o r d a t a a b o u t a d o m a i n n a m e t h e n a m e s e r v e r k n o w s s o m e t h i n g

a b o u t , t h e p r o c e s s i s s h o r t e n e d c o n s i d e r a b l y . E v e n i f a n a m e s e r v e r d o e s n o t h a v e t h e

a n s w e r t o t h e q u e r y i n i t s c a c h e i t m i g h t h a v e l e a r n e d t h e i d e n t i t i e s o f t h e a u t h o r i t a t i v e

n a m e s e r v e r s f o r t h e z o n e t h e d o m a i n n a m e i s i n , a n d i t m i g h t b e a b l e t o r e s o l v e t h e m

d i r e c t l y .

I t i s d i c u l t t o d e t e r m i n e t h e o p t i m a l t i m e t o l i v e v a l u e f o r d a t a t h a t i s t o b e

c a c h e d . T h e r e i s a t r a d e - o b e t w e e n e n h a n c e d p e r f o r m a n c e o n c e d a t a i s c a c h e d a n d

t h e p o s s i b i l i t y t h a t t h e c a c h e d d a t a m i g h t b e o u t o f d a t e b y t h e t i m e i t i s u s e d .

2 . 7 . 2 R o l e o f A u t h o r i t i e s

M a n a g e a b i l i t y o f t h e a d m i n i s t r a t i o n o f t h e D o m a i n N a m e S p a c e i s a n i m p o r t a n t

i s s u e b e c a u s e o f t h e l a r g e n u m b e r o f h o s t s i n t h e I n t e r n e t . T h e k e y c o n c e p t t o s o l v e

t h i s p r o b l e m i s t h e d e l e g a t i o n o f a u t h o r i t y a l o n g t h e e d g e s o f t h e D o m a i n N a m e

S p a c e t r e e . L o c a l a u t h o r i t i e s a d m i n i s t e r t h e i r o w n z o n e s . T h e y k e e p t h e d a t a b a s e

c o n s i s t e n t a n d h a v e a u t o n o m o u s c o n t r o l o f n a m e a s s i g n m e n t s . T h i s d e l e g a t i o n s c h e m e

t a k e s a w a y t h e l o a d f r o m c e n t r a l a u t h o r i t i e s .

I t i s i m p o r t a n t t o u n d e r s t a n d t h a t t h e o r g a n i z a t i o n a l t o o l o f d e l e g a t i o n o f a u t h o r -

i t y i n c l u d e s t h e r e s p o n s i b i l i t y f o r t h e d e l e g a t e d e n t i t y . T h e r e i s n o d e l e g a t i o n w i t h o u t

r e s p o n s i b i l i t y .


35/99

2 4

2 . 7 . 3 O c c u r r e n c e o f E r r o r s

S e v e r a l e r r o r s i t u a t i o n s c a n o c c u r d u r i n g n a m e s e r v e r a n d r e s o l v e r o p e r a t i o n . T h e

h e a d e r s e c t i o n o f e v e r y D N S m e s s a g e c o n t a i n s t h e e l d \ R C O D E , " a 4 b i t e l d t h a t i s

p a r t o f a r e s p o n s e ( s e e s e c t i o n 2 . 4 . 2 ) . T h e c o n t e n t s o f t h e \ R C O D E " e l d d e t e r m i n e s

w h i c h e r r o r h a s o c c u r r e d w h i l e p r o c e s s i n g t h e q u e r y :

i f a n a m e s e r v e r i s u n a b l e t o i n t e r p r e t a q u e r y , i t a g s a \ F o r m a t E r r o r "

i f a n a m e s e r v e r i s u n a b l e t o p r o c e s s a q u e r y b e c a u s e o f a p r o b l e m w i t h t h a t

s e r v e r , i t a g s a \ S e r v e r F a i l u r e "

i f a n a u t h o r i t a t i v e n a m e s e r v e r f o r a z o n e d e t e r m i n e s t h a t t h e r e f e r e n c e d n a m e

d o e s n o t e x i s t , a \ N a m e E r r o r " i s a g g e d .

i f a s e r v e r d o e s n o t s u p p o r t t h e r e q u e s t e d k i n d o f q u e r y , i t r e t u r n s a \ N o t

I m p l e m e n t e d " e r r o r

i f a n a m e s e r v e r d o e s n o t w a n t t o p r o v i d e t h e i n f o r m a t i o n a r e s o l v e r a s k e d f o r

i n a q u e r y , i t r e t u r n s t h e \ R e f u s e d " c o d e . T h i s i s o n e e x a m p l e o f t h e s e r v e r

r e f u s i n g t o p e r f o r m a s p e c i e d o p e r a t i o n f o r p o l i c y r e a s o n s

2 . 8 E x a m p l e : N a m e R e s o l u t i o n

T h i s s e c t i o n c o n t a i n s a s i m p l e e x a m p l e f o r a n a m e r e s o l u t i o n u s i n g a m e c h a n i s m

b a s e d o n t h e c l i e n t { s e r v e r p a r a d i g m . A g e n e r i c r e s o l u t i o n e x a m p l e i s s h o w n i n F i g u r e

2 . 6 w i t h a s h o r t e x p l a n a t i o n o f t h e s t e p s i n t a b l e 2 . 2 .

A r e s o l v e r f o r m s a q u e r y o f s o m e k i n d a n d w a n t s t o r e t r i e v e t h e r e s p o n s e c o n t a i n i n g

t h e a n s w e r t o i t s q u e r y f r o m t h e n a m e s e r v e r A . T h i s n a m e s e r v e r A c o u l d b e r u n n i n g

o n t h e s a m e h o s t w i t h t h e r e s o l v e r s o f t w a r e , o n a h o s t i n t h e l o c a l n e t w o r k o f t h e

r e s o l v e r , o n a h o s t s o m e w h e r e i n t h e n e t , o r o n o n e o f t h e h o s t s s e r v i n g t h e r o o t

d o m a i n s . A s s u m i n g t h a t A d o e s n o t k n o w t h e r e q u e s t e d i n f o r m a t i o n , i t t r i e s t o

r e t r i e v e i t f r o m o t h e r n a m e s e r v e r s . T h e s e l e c t i o n o f w h i c h n a m e s e r v e r s t o c o n t a c t


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2 5

A

C

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3

4

6

8

5

7

1

F i g u r e 2 . 6 E x a m p l e n a m e r e s o l u t i o n

d e p e n d s o n t h e n a m e t o b e r e s o l v e d . T h e d e c i s i o n p r o c e s s a b o u t t h i s c h o i c e i s g i v e n

i n s e c t i o n s 2 . 9 . 2 a n d 2 . 9 . 3 w h e r e w e e x p l a i n t h e a l g o r i t h m s u s e d b y n a m e s e r v e r s a n d

r e s o l v e r s .

T h e c o n t a c t e d n a m e s e r v e r s r e t u r n a n a n s w e r t o t h e q u e r y t o t h e r e q u e s t i n g n a m e

s e r v e r , o r t h e y r e t u r n a r e f e r r a l t o a n o t h e r n a m e s e r v e r t h a t i s m o r e l i k e l y t o k n o w t h e

a n s w e r . W e n e i t h e r c o n s i d e r t h e o c c u r r e n c e o f e x c e p t i o n s o r e r r o r s i n t h i s e x a m p l e ,

n o r c a c h i n g i s s u e s . P o s s i b l e r e t u r n c o d e s i n r e s p o n s e s a r e g i v e n i n s e c t i o n 2 . 4 . 2 a n d

a r e f u r t h e r e x p l a i n e d i n s e c t i o n 2 . 7 . 3 .

A s s o o n a s o n e o f t h e c o n t a c t e d n a m e s e r v e r s r e t u r n s a n a n s w e r t o A , A r e s p o n d s

t o t h e o r i g i n a l q u e r y o f t h e r e s o l v e r w i t h t h e r e t r i e v e d a n s w e r .


37/99

2 6

T a b l e 2 . 2 E x a m p l e s t e p s i n n a m e r e s o l u t i o n

S t e p A c t i o n

1 N a m e s e r v e r A r e c e i v e s a q u e r y f r o m t h e r e s o l v e r

2 A q u e r i e s B

3 B r e f e r s A t o o t h e r n a m e s e r v e r s , i n c l . C

4 A q u e r i e s C

5 C r e f e r s A t o o t h e r n a m e s e r v e r s , i n c l . D

6 A q u e r i e s D

7 D a n s w e r s

8 D r e t u r n s t h e a n s w e r t o t h e r e s o l v e r

2 . 9 T h e D o m a i n N a m e S y s t e m P r o t o c o l

T h e o c i a l d e s i g n d o c u m e n t s [ M o c 8 7 a ] a n d [ M o c 8 7 b ] s t a t e a n d d e s c r i b e c o n c e p t s

a n d f a c i l i t i e s , i m p l e m e n t a t i o n a n d s p e c i c a t i o n . I n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s , w e w i l l

d i s c u s s t o p i c s r e l a t e d t o t h e d a t a s t r u c t u r e s a n d d a t a o r g a n i z a t i o n , a n d p r e s e n t t h e

n a m e s e r v e r a n d t h e r e s o l v e r a l g o r i t h m o n a f a i r l y h i g h l e v e l . W e g e t i n t o m o r e d e t a i l

w h e r e i t i s n e c e s s a r y t o e x a m i n e t h e w e a k p o i n t s o f t h e p r o t o c o l .

T h e d a t a s t r u c t u r e s a n d t h e a l g o r i t h m s a r e t h e b a s i s f o r t h e a n a l y s i s o f t h e p r o t o c o l

l a t e r i n t h i s t h e s i s .

2 . 9 . 1 D a t a S t r u c t u r e s

T w o p r i n c i p a l k i n d s o f d a t a a p p e a r i n t h e D o m a i n N a m e S y s t e m : z o n e d a t a a n d

c a c h e d a t a .

A z o n e c o n t a i n s a c o m p l e t e d a t a b a s e f o r a p a r t i c u l a r p r u n e d s u b t r e e o f t h e d o m a i n

n a m e s p a c e . T h i s d a t a c a n b e a u t h o r i t a t i v e i f i t i s t h e o r i g i n a l d a t a b a s e m a n a g e d

f o r t h i s p a r

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