Was ist DNS-Caching?

Im Domain Name System (DNS) ist Caching die temporäre Speicherung von DNS-Datensätzen innerhalb eines Betriebssystems, Browsers, Geräts oder Netzwerks. DNS-Datensätze übersetzen menschenlesbare Domainnamen wie beispiel.de in die entsprechenden IP-Adressen wie 2001:db8:3e8:2a3::b63, die von Computern und Geräten verstanden werden können. Durch die lokale Speicherung von DNS-Informationen können Domains schneller übersetzt oder „aufgelöst“ werden. Zudem wird der Netzwerktraffic reduziert.

Das Domain Name System (DNS) wurde entwickelt, um Nutzern die Verwendung leicht zu merkender Domainnamen zu ermöglichen, während sie im Internet navigieren, anstatt sich bestimmte IP-Adressen merken zu müssen. Aus diesem Grund ist DNS wie GPS für das Internet. Wenn ein Endnutzer einen Domainnamen wie beispiel.de in einen Browser eingibt (oder wenn ein Nutzer auf einen Link klickt, oder wenn ein Computer oder eine Webanwendung mit einem anderen Gerät Kontakt aufnehmen muss) erstellt das Gerät des Nutzers eine DNS-Abfrage, um die entsprechende IP-Adresse in einem System von DNS-Servern zu finden, die diese Informationen enthalten. Autoritative DNS-Server speichern die offiziellen DNS-Datensätze. Rekursive DNS-Server beschleunigen die Antworten, indem sie Anfragen an den richtigen autoritativen Server weiterleiten oder die erforderlichen Informationen aus DNS-Datensätzen, die in ihrem Speicher oder Cache gespeichert sind, erstellen.

Als eine Form der temporären Speicherung ermöglicht das Caching dem DNS-System, DNS-Datensätze schneller und effizienter für einen bestimmten Zeitraum zu suchen und abzurufen. Weltweit gibt es eine begrenzte Anzahl von autoritativen DNS-Servern. Daher kann es etwas Zeit in Anspruch nehmen, DNS-Datensätze von diesen Servern abzurufen. Und mit Billionen von DNS-Anfragen pro Tag könnten autoritative Server leicht überlastet werden und nicht mehr funktionieren. Durch das Zwischenspeichern der DNS-Datensätze an verschiedenen Speicherorten zur späteren Wiederverwendung vereinfacht und beschleunigt das DNS-System das Abrufen von DNS-Informationen, minimiert den Netzwerktraffic und reduziert die Workload autoritativer Server.

Es gibt mehrere Arten von Caching im DNS-System. Wenn ein Nutzer oder Computer eine DNS-Anfrage initiiert, kann die Antwort im temporären Speicher oder Cache des Betriebssystems und Browsers des Nutzers oder auf einem der rekursiven Server gespeichert werden, die an der Suche beteiligt sind. Jeder DNS-Datensatz verfügt über einen TTL-Wert (Time to Live), der bestimmt, wie lange Datensätze in einem Cache gespeichert werden können, bevor sie gelöscht werden. Dies führt dazu, dass Server und Betriebssysteme nach einem aktualisierten Datensatz suchen.

Wenn ein Nutzer oder Computer eine DNS-Abfrage initiiert, prüft das Gerät des Nutzers zunächst den lokalen Cache im Betriebssystem oder Browser, um festzustellen, ob der Datensatz dort vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, leitet er die Anfrage an einen rekursiven DNS-Server weiter. Der rekursive Server löst die Anfrage entweder auf der Grundlage von Informationen auf, die in seinem eigenen Cache gespeichert sind, oder leitet sie an andere Nameserver und letztendlich an einen autoritativen DNS-Server weiter. Die Antwort vom autoritativen DNS-Server wird im Cache jedes Resolver-Schritts gespeichert und an das Gerät des Nutzers weitergeleitet, das die richtige Webseite lädt oder eine Verbindung zum richtigen Gerät herstellt.

Durch das Speichern von DNS-Antworten im Speicher von Betriebssystemen, Browsern oder Servern bietet DNS-Caching mehrere enorme Vorteile.

• Schnellere Auflösung. Wenn eine DNS-Antwort zwischengespeichert wird, können nachfolgende Abfragen für dieselbe Domain direkt aus dem Cache abgerufen werden. Dadurch wird die Latenz minimiert, da keine zusätzlichen Nameserver oder autoritativen Server mehr abgefragt werden müssen.
• Bessere Online-Erlebnisse. Kürzere Reaktionszeiten von Cache-Servern ermöglichen effizientere Ladezeiten und ein hochwertigeres Erlebnis für Nutzer.
• Optimierung des Traffics. Das Zwischenspeichern hilft dabei, die Anzahl und das Volumen der DNS-Abfragen zu reduzieren, die über das Netzwerk übertragen werden müssen. Dadurch wird die Netzwerkeffizienz gesteigert und die Belastung der DNS-Server verringert.
• Mehr Bandbreite. Durch die Reduzierung des DNS-Traffics im Netzwerk trägt das Caching dazu bei, Bandbreite zu sparen, Kosten zu senken und Bandbreite für geschäftskritische Funktionen zu reservieren.
• Offlinezugriff. Wenn DNS-Anfragen im lokalen Speicher zwischengespeichert werden, können Geräte möglicherweise auch dann auf Websites und Online-Ressourcen zugreifen, wenn sie nicht mit dem Internet verbunden sind.
• Optimale Verteilung. DNS-Caching kann als Load Balancer dienen und dabei helfen, DNS-Traffic gleichmäßig auf Server und Infrastruktur zu verteilen, um die Skalierbarkeit und Ausfallsicherheit der DNS-Infrastruktur zu verbessern.

DNS-Caching bietet zwar erhebliche Vorteile, kann das DNS-System aber auch einem Risiko aussetzen. Zu den Bedrohungen, die DNS-Caching ausnutzen, zählen:

• DNS Cache Poisoning. DNS Cache Poisoning, auch bekannt als DNS-Spoofing, ist ein schädlicher Angriff, bei dem legitime DNS-Datensätze in einem Cache durch falsche Informationen ersetzt werden, sodass Nutzer und Geräte auf die falschen Websites weitergeleitet werden. Angreifer nutzen Cache Poisoning, um Nutzer dazu zu verleiten, vertrauliche Informationen auf Websites preisgeben oder um Malware zu verbreiten. Dies erreichen sie, indem sie einen Nutzer dazu bringen, auf einen schädlichen Link zu klicken.
• Abgelaufene Datensätze. Angreifer können Nutzer auch auf eine betrügerische Website umleiten, indem sie DNS-Datensätze ausnutzen, die abgelaufen sind oder nicht aktualisiert wurden. Dies kann vorkommen, wenn ein rekursiver Resolver seinen Cache nicht aktualisiert oder die TTL-Werte, die angeben, wie lange ein DNS-Datensatz zwischengespeichert werden soll, nicht berücksichtigt.

Um die Auswirkungen von Angriffen auf DNS-Caches und zwischengespeicherte Inhalte zu mindern, können Unternehmen mit einem End-to-End-DNS-Sicherheitsanbieter zusammenarbeiten, der DNS-Filtertechnologie mit einer globalen Präsenz kombiniert und so DNS-basierte DDoS-Angriffe abwehren kann.

Beim Leeren des Cache wird ein DNS-Cache aller gespeicherten Daten und DNS-Datensätze gelöscht, wobei sowohl gültige als auch ungültige Datensätze gelöscht werden. Das Leeren des Cache zwingt den Computer oder Server, zukünftige DNS-Anfragen durch Kontaktaufnahme mit rekursiven oder autoritativen Servern aufzulösen.