Root-Nameserver

Root-Nameserver (kurz: Root-Server) sind Server zur Namensauflösung an der Wurzel (Root) des Domain Name Systems im Internet. Die Root-Zone umfasst Namen und IP-Adressen der Nameserver aller Top-Level-Domains (TLD).

Praktisch jeder ans Internet angeschlossene Rechner bekommt einen Nameserver zugewiesen, der Namen wie „de.wikipedia.org“ auf technische Nummern (IP-Adressen) übersetzen kann. Hat der Nameserver keine Information zur angefragten TLD (in diesem Fall „org“), wendet er sich an die Root-Server. Dort werden die für „org“ zuständigen Nameserver abgefragt. Bei den org-Nameservern wiederum werden die für „wikipedia.org“ verantwortlichen Nameserver erfragt und dort schließlich die IP-Adresse von „de.wikipedia.org“. Damit der Nameserver diese Kette nicht jedes Mal neu durchlaufen muss, speichert er die Antworten für eine gewisse Zeit.

Root-Server werden von verschiedenen Institutionen betrieben. Die Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) koordiniert den Betrieb.

Es gibt 13 Root-Nameserver, die fortlaufend nach dem Schema <Buchstabe>.root-servers.net benannt sind. Jeder Root-Nameserver ist unter einer IPv4-Adresse und einer IPv6-Adresse erreichbar. Alle Root-Nameserver setzen Anycast zur Lastverteilung ein, sodass die 13 Adressen gleichzeitig von verschiedenen Orten der Welt bedient werden. Stand August 2024 gibt es zusammen mit allen Anycast-Instanzen 1865 Root-Server.^[1]

Historisch lag die Aufsicht über die Verwaltung der Root-Zone und weiterer IANA-Aufgaben bei der US-Regierung. Die Telekommunikationsbehörde NTIA, die dem US-Handelsministerium unterstellt ist, beauftragte die ICANN mit den IANA-Aufgaben. Kritiker erachteten das Mitspracherecht der US-Regierung als problematisch. Neben der vertraglichen Bindung wurde auch kritisiert, dass die ICANN als kalifornische Organisation dem Risiko einer politischen Einflussnahme ausgesetzt ist.^[2]

Seit 2016 trägt die ICANN die Verantwortung selbst, da die NTIA auf ihre Aufsichtsrolle verzichtet hat. Die ICANN gab die IANA-Aufgaben an ihre neu gegründete Tochterfirma Public Technical Identifiers (PTI) ab, um technische und strategische Funktionen organisatorisch zu trennen.

Änderungsanträge an der Root-Zone werden zunächst von der PTI entgegengenommen, auf technische und formale Korrektheit geprüft^[3] und anschließend an Verisign weitergeleitet. Verisign führt die Änderung durch, signiert die geänderte Root-Zone mit DNSSEC und verteilt die neue Zonendatei über dedizierte Verteilungs-Server an die Root-Server-Betreiber.^[4] Bis 2002 erfolgte die Verteilung direkt über Zonentransfers vom A-Root-Server, was aus Sicherheitsgründen aufgegeben wurde.^[5]

Die Root-Server bearbeiten eine sehr große Anzahl von Anfragen, ein erheblicher Teil davon verursacht durch fehlerhafte Software oder Netzwerkkonfiguration.^[6] Eine Filterung auf DNS-Ebene findet nicht statt, da dies aufgrund der Einfachheit einer DNS-Anfrage mehr Ressourcen aufwenden würde, als alle Anfragen zu beantworten.

Gemäß RFC 2870^[7] muss jeder Root-Server mit dem dreifachen Peak des am stärksten belasteten Root-Servers umgehen können. Das bedeutet, dass ein Root-Server im Normalbetrieb nur maximal ein Drittel seiner Kapazität ausnutzen darf. Fallen zwei Drittel der Root-Server aus, soll das noch betriebsfähige Drittel die Anfragen beantworten können.

Der Angriff mit der größten Wirkung auf die Root-Server fand am 21. Oktober 2002 statt. Ein DDoS erfolgte 75 Minuten lang mit zusammen 900 MBit/s (1,8 Mpkts/s) auf alle 13 Root-Server. Alle Root-Server blieben zwar lauffähig, da die vorgeschalteten Firewalls den Angriffsverkehr verwarfen, allerdings waren etwa neun Root-Server durch die überfluteten Leitungen schlecht bis gar nicht erreichbar. Root-Server-Lookups wurden dadurch deutlich verzögert, durch das Caching gab es jedoch kaum Störungen bei den Anwendern. Ausgelöst durch den DDoS-Angriff wurde die Umsetzung von Anycast beschleunigt.

Ein weiterer Angriff fand am 15. Februar 2006 statt, einige Tage, nachdem die Nameserver einer von der ICANN nicht genannten Top-Level-Domain angegriffen worden waren.^[8] Dieser DDoS-Angriff wurde als DNS Amplification Attack durchgeführt, wodurch sich das aufgekommene Datenvolumen vervielfachte. Zwei der lediglich drei angegriffenen Root-Server waren 15 Minuten lang nicht erreichbar.

Am 6. Februar 2007 fand ein weiterer DDoS-Angriff auf die Root-Server und gleichzeitig auf einige TLD-Nameserver statt. Zwei Root-Server waren nicht erreichbar.^[9]

Neben den ICANN-Root-Servern gibt es alternative Root-Server-Netzwerke, die aus politischen oder kommerziellen Gründen entstanden sind. In der Regel bezwecken die Anbieter eine Autonomie gegenüber dem etablierten Root-Server-Netzwerk. Vereinzelt werden Domains unterhalb eigener Top-Level-Domains verkauft. Diese TLDs sind ausschließlich Nutzern des jeweiligen Anbieters zugänglich, da sie in der ICANN-Root-Zone nicht vorhanden sind. Durch die Einführung neuer Top-Level-Domains besteht das Risiko von Kollisionen für die Nutzer alternativer Root-Server.

Aktive Anbieter:

• OpenNIC ist ein DNS-Root, der nach eigener Aussage von Freiwilligen ohne kommerzielle Interessen betrieben wird. Neben den Top-Level-Domains der ICANN löst OpenNIC auch einige eigene TLDs auf.
• Yeti DNS ist ein offenes Testbed zur Durchführung technischer Experimente an einem DNS-Root.^[10][11]

Ehemalige Anbieter:

• Bis 2019 existierte das Open Root Server Network (ORSN), um den Einfluss der ICANN auf das Domain Name System zu senken.
• Public-Root war ein Anbieter, der sich als unabhängige Non-Profit-Alternative verstand. Seit 2011 wird die Website nicht mehr gepflegt und die DNS-Server sind außer Betrieb.
• Cesidian ROOT
• Open Root Server Confederation
• Enhanced Domain Name Service (eDNS) bot bis zur Außerbetriebnahme 1998 die zusätzlichen Top-Level-Domains .biz, .corp, .fam, .k12, .npo, .per und .web an.

Historisch wurde die Anzahl der Server auf 13 beschränkt:^[12][13]

• Die maximale Größe (MTU) eines Datenpaketes, welches das Internet zuverlässig passieren kann, wurde konservativ angenommen (brutto 576 Byte, abzüglich Verwaltungsdaten).
• Da aus Leistungsgründen das verbindungslose UDP das bevorzugte Transport-Protokoll für DNS-Anfragen ist, musste die Antwort in nur einem Paket untergebracht werden.
• So wurde die maximale Größe einer DNS-Antwort auf 512 Byte festgelegt, damit konnten Informationen über maximal 13 Server übermittelt werden.
• Aktuelle Software kann mit größeren DNS-Datenpaketen umgehen.

Bevor Anycast eingesetzt wurde, befanden sich 10 der 13 Root-Server in den USA. Dies wurde hinsichtlich der Ausfallsicherheit kritisiert, da eine geografische Zentrierung dem Dezentralisierungsgedanken des Internets entgegenläuft.

• 
  Historische Root-Server-Karte vor dem Einsatz von Anycast
• 
  Historische Karte mit 123 Anycast-Instanzen (Stand 2006)

• root-servers.org
• iana.org – Root Zone Management
• Internet in Deutschland bekommt eigenen DNS-Rootserver. heise online
• Daniel Karrenberg: The Internet Domain Name System Explained for Non-Experts. internetsociety.org (englisch).

1. ↑ Root Server Technical Operations Association. Abgerufen am 14. Mai 2024. 
2. ↑ ICANN Strategy Committee. ICANNWatch
3. ↑ Root Zone Change Request Process. IANA.
4. ↑ iana.org (PDF)
5. ↑ gao.gov (PDF; 0,5 MB) S. 6.
6. ↑ News Release. University of California, San Diego, External Relations: News & Information
7. ↑ RFC:2870 – Root Name Server Operational Requirements. Juni 2000 (englisch).
8. ↑ icann.org (PDF)
9. ↑ Großangriff auf DNS-Rootserver. heise Netze
10. ↑ RFC:8483 – Yeti DNS Testbed. Oktober 2018 (englisch).
11. ↑ yeti-dns.org
12. ↑ dns extension mechanism for enum. IETF (englisch)
13. ↑ RFC:3226 – DNSSEC, IPv6 requirements. (englisch).