大型運(yùn)營商DNS智能解析關(guān)鍵技術(shù)及方案

彭巍，曹維華，賀曉東

(中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630)

大型運(yùn)營商DNS智能解析關(guān)鍵技術(shù)及方案

彭巍，曹維華，賀曉東

(中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630)

主要分析了DNS智能解析的原理與優(yōu)點(diǎn)、運(yùn)營商DNS智能解析的實(shí)現(xiàn)，對涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括緩存設(shè)備與遞歸設(shè)備智能解析技術(shù)、緩存視圖、智能遞歸服務(wù)器調(diào)度進(jìn)行了研究與分析，根據(jù)大型運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)智能化特點(diǎn)，分析并提出了DNS智能解析優(yōu)化的技術(shù)方案，可為運(yùn)營商DNS的優(yōu)化發(fā)展、建設(shè)提供參考。

域名系統(tǒng);智能解析;緩存;遞歸

1 引言

DNS(domain name system，域名系統(tǒng))作為承載全球億萬域名正常使用的系統(tǒng)，是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，是廣大用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)的入口，其服務(wù)質(zhì)量和解析準(zhǔn)確性對業(yè)務(wù)使用至關(guān)重要。如今較大ICP(internet content provider，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商)的站點(diǎn)通常在不同的地方設(shè)有鏡像，用戶需要能訪問離自己最近的服務(wù)器，方能獲得最好的服務(wù)體驗(yàn)。設(shè)置智能解析功能可以返回給用戶較優(yōu)的解析結(jié)果(即網(wǎng)絡(luò)距離最近的目的地址)，從而可以解決或者減輕由于流量長途穿越擁塞的網(wǎng)絡(luò)而造成的網(wǎng)站信息訪問質(zhì)量問題。為了可以向用戶提供高速、準(zhǔn)確的域名解析，大型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都會組建自身的DNS節(jié)點(diǎn)，為用戶提供直接服務(wù)，也需要構(gòu)建符合運(yùn)營商本身特點(diǎn)的智能解析方案。本文對大型運(yùn)營商如何在DNS節(jié)點(diǎn)的緩存、遞歸設(shè)備運(yùn)用的智能解析關(guān)鍵技術(shù)以及如何進(jìn)行優(yōu)化提升進(jìn)行了探討，以不斷完善DNS的智能解析效率。

2 運(yùn)營商實(shí)施智能解析的必要性

隨著移動、寬帶互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅猛發(fā)展，對于智能解析的準(zhǔn)確性、高速性要求進(jìn)一步提升。ICP的解析策略需要結(jié)合各個不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的用戶群IP地址歸類，在這方面ICP有可能存在信息不全、不夠準(zhǔn)確的問題。不同的運(yùn)營商有各自的網(wǎng)絡(luò)資源，如果中國電信集團(tuán)公司的用戶訪問了中國移動通信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的資源，用戶就會感覺訪問的網(wǎng)站變慢，有時候還會發(fā)生訪問不到的情況。因此對于大型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來說，如何結(jié)合ICP權(quán)威的解析，更好地給本網(wǎng)用戶返回更快、最優(yōu)的域名解析結(jié)果，即實(shí)現(xiàn)和提高DNS智能解析的準(zhǔn)確性和效率，對于提升用戶感知具有越來越重要的意義。運(yùn)營商有必要在本網(wǎng)DNS實(shí)施和優(yōu)化智能解析技術(shù)。

DNS智能解析可以智能判斷訪問網(wǎng)站的用戶，然后根據(jù)不同的訪問者把域名對應(yīng)解析成最優(yōu)的服務(wù)地址。例如中國電信股份有限公司廣東分公司(以下簡稱廣東電信)的某個用戶，訪問的域名是www.qq.com，智能解析系統(tǒng)會將該域名在廣東電信的服務(wù)器優(yōu)先返回給用戶，如果該域名在廣東電信沒有部署服務(wù)器或者服務(wù)器不可用，智能解析系統(tǒng)會將該域名在中國電信集團(tuán)公司網(wǎng)內(nèi)的其他服務(wù)器優(yōu)先返回給用戶。

運(yùn)營商進(jìn)行智能解析系統(tǒng)的策略配置靈活，主要有以下優(yōu)點(diǎn):

· 根據(jù)就近原則配置解析策略，可以直接給用戶返回距離用戶自己最近的服務(wù)器或CDN(content delivery network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò))機(jī)房的資源，提升用戶的訪問速度，提升用戶體檢;

· 根據(jù)不同運(yùn)營商配置解析策略，可以有效減少網(wǎng)間結(jié)算，降低運(yùn)營成本;

· 可以方便、靈活地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)資源的負(fù)載均衡，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)資源的綜合調(diào)度。

3 運(yùn)營商DNS智能解析關(guān)鍵技術(shù)

3.1 智能解析功能

智能解析應(yīng)包括以下技術(shù)及功能:

·基于IP地址段智能遞歸查詢選擇，即記錄基于不同IP地址段智能選擇遞歸查詢設(shè)備的過程，實(shí)現(xiàn)對遞歸查詢請求的分流、減荷和引導(dǎo);

·基于區(qū)域智能域名解析，記錄DNS請求根據(jù)不同區(qū)域返回最優(yōu)解析結(jié)果的過程;

·基于用戶群智能域名解析，記錄DNS請求根據(jù)不同用戶群返回最優(yōu)解析結(jié)果的過程;

·基于網(wǎng)絡(luò)智能域名解析，記錄當(dāng)一個域名有多個結(jié)果IP地址的情況下，使用基于網(wǎng)絡(luò)的智能解析，能把屬于本網(wǎng)的結(jié)果IP地址優(yōu)先返回給用戶。

運(yùn)營商的DNS服務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)包括DNS緩存設(shè)備、DNS遞歸設(shè)備兩種服務(wù)器設(shè)備。其中，緩存服務(wù)器緩存互聯(lián)網(wǎng)域名解析結(jié)果，直接面向用戶提供解析結(jié)果;在緩存設(shè)備系統(tǒng)中未查找到緩存應(yīng)答結(jié)果的DNS請求，就會將其透傳給遞歸設(shè)備，遞歸服務(wù)器向ICP權(quán)威服務(wù)器進(jìn)行域名查詢并將解析結(jié)果存入DNS緩存服務(wù)器。DNS服務(wù)節(jié)點(diǎn)智能解析的邏輯功能如圖1所示。

3.2 緩存設(shè)備的智能解析關(guān)鍵技術(shù)

運(yùn)營商的DNS緩存設(shè)備面向訪問用戶，為其提供直接的DNS基本解析服務(wù)，按照服務(wù)對象的類型劃分緩存視圖分區(qū)，不同的視圖提供不同的解析結(jié)果。服務(wù)對象通常有以下類型:固網(wǎng)用戶、移動網(wǎng)用戶、高質(zhì)量用戶、特定的區(qū)域用戶。服務(wù)用戶的屬性目前以用戶的IP地址段進(jìn)行區(qū)分，即事先根據(jù)用戶IP地址段劃分不同的分組，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者進(jìn)行分組定義，以IP地址段區(qū)分固網(wǎng)用戶、移動用戶、某地市區(qū)域用戶等。

緩存設(shè)備主要通過緩存視圖實(shí)現(xiàn)智能解析技術(shù)。在不同的視圖中，可以再將用戶細(xì)化到不同的分組中，不同的分組返回不同的智能解析結(jié)果。例如，對于普通的固網(wǎng)用戶，可以按照省份或者所屬運(yùn)營商等不同的維度，細(xì)化到不同的分組，不同的分組按照智能解析策略優(yōu)先返回不同的解析結(jié)果。

圖1 智能解析示意

主要技術(shù)方案如下。

(1)基于區(qū)域智能域名解析

可以對某域名的DNS請求按照不同的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域范圍，返回最優(yōu)的解析結(jié)果，以提高解析速度及用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

(2)基于用戶群智能域名解析

可以對某域名的DNS請求按照用戶群返回不同的結(jié)果，例如:QQ等網(wǎng)站為基本寬帶用戶群和4G用戶群設(shè)置不同的網(wǎng)站，系統(tǒng)可以基于基本寬帶用戶群和4G用戶群返回不同的服務(wù)地址，以提高用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

(3)基于網(wǎng)絡(luò)智能域名解析

當(dāng)解析一個域名返回多個結(jié)果時，可能包括外省或其他運(yùn)營商的IP地址，這時希望總是把本網(wǎng)的IP地址返回給用戶，那么可以使用基于網(wǎng)絡(luò)的智能解析，把本網(wǎng)的IP地址優(yōu)先返回給用戶。

(4)全局或IP地址段強(qiáng)制域名解析

強(qiáng)制域名解析功能 (分為全局強(qiáng)制域名解析和IP地址段強(qiáng)制域名解析兩種)可以實(shí)現(xiàn)對源為全局IP地址或特定IP地址段的在查詢某些特殊的域名，返回預(yù)設(shè)的解析結(jié)果，既不從緩存中查詢，也不進(jìn)行后端查詢和 proxy查詢，從而加快服務(wù)器的解析速度，提高了服務(wù)器的有效負(fù)載，解決了安全隱患問題。

(5)泛地址域名解析

泛地址域名解析功能將前綴不確定的域名統(tǒng)一解析成預(yù)設(shè)的地址，為DNS網(wǎng)管人員提供了一種便捷、高效的方法，能對相應(yīng)部門發(fā)現(xiàn)的有問題域名進(jìn)行封堵(如不法分子利用DNS發(fā)布對國家有害的信息、網(wǎng)上賭博、域名攻擊行為等)。

3.3 遞歸設(shè)備的智能解析關(guān)鍵技術(shù)

在電信運(yùn)營商的DNS節(jié)點(diǎn)中，緩存設(shè)備和遞歸設(shè)備是緊耦合的方式，遞歸設(shè)備為本地緩存設(shè)備服務(wù)，在緩存設(shè)備系統(tǒng)中未查找到緩存應(yīng)答結(jié)果的DNS請求，就會將其透傳給遞歸設(shè)備。遞歸服務(wù)器負(fù)責(zé)查詢ICP權(quán)威服務(wù)器或聯(lián)系其他 DNS服務(wù)器，并隨后將返回的查詢結(jié)果存入DNS緩存服務(wù)器。遞歸設(shè)備智能解析實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)功能主要如下。

(1)基于IP地址段智能遞歸選擇

緩存設(shè)備根據(jù)域名查詢的用戶屬性，將不同用戶的DNS請求智能調(diào)度到相關(guān)的遞歸設(shè)備中。實(shí)現(xiàn)對遞歸查詢請求進(jìn)行分流和引導(dǎo)，遞歸服務(wù)器采用特定的服務(wù)地址向權(quán)威服務(wù)器進(jìn)行遞歸域名查詢，從而獲取最優(yōu)的解析結(jié)果。

(2)遞歸設(shè)備間的智能調(diào)度

應(yīng)用遞歸服務(wù)器的智能調(diào)度，除了可以很好地實(shí)現(xiàn)各個遞歸服務(wù)器之間的負(fù)載均衡外，還可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)距離、運(yùn)營商等策略，實(shí)現(xiàn)用戶DNS請求的就近遞歸解析或者本網(wǎng)遞歸解析等。

4 運(yùn)營商DNS的智能解析優(yōu)化方案

4.1 利用緩存模塊化視圖技術(shù)進(jìn)行智能解析的優(yōu)化

面對日益復(fù)雜的全網(wǎng)資源按需調(diào)度需要以及高質(zhì)量用戶所需求的高質(zhì)量用戶體驗(yàn)，采用模塊化圖技術(shù)，以用戶屬性為維度，劃分緩存模塊視圖，不同維度的用戶群可以獲取不同的DNS應(yīng)答結(jié)果，每個維度單獨(dú)維護(hù)自己的DNS緩存結(jié)果。用戶屬性識別通過用戶的DNS查詢報文的源IP地址進(jìn)行區(qū)分。在定制智能解析策略前，首先需要定義用戶屬性的分組，以不同用戶的源IP地址段為依據(jù)進(jìn)行分組，例如分組1為廣州市用戶、分組2為深圳市用戶、分組N為高質(zhì)量用戶等。

DNS模塊化緩存視圖原理如圖2所示，用戶識別模塊將DNS域名記錄數(shù)據(jù)以用戶屬性為維度劃分不同的組，DNS緩存設(shè)備接收到用戶的報文即可從源IP地址判斷其所屬分組;DNS緩存同樣以用戶分組為維度，對應(yīng)不同的分片緩存，相同域名的分片緩存以紅黑樹的形式關(guān)聯(lián)在一起。不同的分片緩存存儲對應(yīng)用戶屬性的最優(yōu)DNS應(yīng)答結(jié)果，保證每個不同用戶都能夠得到最優(yōu)的應(yīng)答結(jié)果，提高用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)。

模塊化緩存視圖技術(shù)的主要優(yōu)勢如下。

(1)簡單性

每一種屬性的用戶群有對應(yīng)的視圖進(jìn)行服務(wù)，在緩存服務(wù)器的功能實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)管理方面都具有可操作性、易于管理等特點(diǎn)。

圖2 模塊化緩存視圖原理

(2)安全性

通過視圖，用戶只能看到和查詢它所對應(yīng)的視圖及域名數(shù)據(jù)，對于其他視圖，用戶無法獲取結(jié)果。

(3)不同模塊可以匹配不同的對外DNS服務(wù)地址

為了進(jìn)一步提升緩存視圖的不同維度分組服務(wù)能力，運(yùn)營商所應(yīng)用的緩存視圖技術(shù)，不但可以匹配用戶源地址段所對應(yīng)的不同分組，也可以匹配用戶所訪問的不同DNS服務(wù)地址，進(jìn)行不同的分組劃分，即同一個DNS緩存服務(wù)器，可以配置多個不同的對外服務(wù)地址，多個不同的服務(wù)器地址可以關(guān)聯(lián)對應(yīng)的模塊化視圖(例如兩個不同的模塊化視圖可分別配置118.118.118.1和118.118.118.2的服務(wù)地址)，不同的用戶群可能會訪問不同的服務(wù)器地址，緩存服務(wù)器可以根據(jù)用戶訪問的服務(wù)地址匹配對應(yīng)的視圖。

4.2 利用遞歸服務(wù)器進(jìn)行按需智能遞歸調(diào)度的智能解析優(yōu)化

為了配合緩存設(shè)備模塊視圖的解析精確性，需要對本地遞歸服務(wù)器進(jìn)行按需智能遞歸算法調(diào)度，將DNS請求按需地調(diào)度到不同的遞歸服務(wù)器上，得到不同的應(yīng)答結(jié)果。

傳統(tǒng)的DNS轉(zhuǎn)發(fā)策略都是采用輪詢調(diào)度算法，輪詢調(diào)度算法的原理是每一次把來自用戶的請求輪流分配給DNS遞歸服務(wù)器，從第1個開始，直到第N(內(nèi)部服務(wù)器個數(shù))個，然后重新開始循環(huán)。輪詢調(diào)度算法的優(yōu)點(diǎn)是簡潔，無需記錄當(dāng)前所有連接的狀態(tài)，所以是一種無狀態(tài)調(diào)度。

輪詢調(diào)度算法前提是所有服務(wù)器的處理性能都相同，不關(guān)注每臺服務(wù)器的當(dāng)前連接數(shù)和響應(yīng)速度。當(dāng)請求服務(wù)間隔時間變化比較大時，輪詢調(diào)度算法容易導(dǎo)致服務(wù)器間的負(fù)載不平衡。所以，此種均衡算法適合于服務(wù)器組中的所有服務(wù)器都有相同的軟硬件配置并且平均服務(wù)請求相對均衡的情況。

DNS智能遞歸算法考慮到不同DNS遞歸服務(wù)器有不同的處理性能，采用了基于權(quán)重的輪詢調(diào)度算法。由于每臺服務(wù)器的配置、安裝的業(yè)務(wù)應(yīng)用等不同，其處理能力會不一樣。所以，根據(jù)服務(wù)器的不同處理能力，給每個服務(wù)器分配不同的權(quán)值，使其能夠接受相應(yīng)權(quán)值數(shù)的服務(wù)請求。

假設(shè)有一組服務(wù)器 S= ｛S0，S1，…，Sn-1｝，W(Si)表示服務(wù)器Si的權(quán)值，一個指示變量i表示上一次選擇的服務(wù)器，指示變量cw表示當(dāng)前調(diào)度的權(quán)值，max(S)表示集合S中所有服務(wù)器的最大權(quán)值，gcd(S)表示集合S中所有服務(wù)器權(quán)值的最大公約數(shù)。變量i初始化為-1，cw初始化為零。

主要算法流程如圖3所示。

通過智能遞歸技術(shù)，可以有效調(diào)動不同能力的服務(wù)器資源向外進(jìn)行DNS遞歸查詢，并結(jié)合緩存分片視圖的聯(lián)動，進(jìn)一步提高了智能解析的準(zhǔn)確性、高效性、高速性。

4.3 現(xiàn)網(wǎng)智能解析優(yōu)化的效果

緩存模塊化視圖技術(shù)及智能化遞歸調(diào)度技術(shù)已經(jīng)在廣東電信的DNS上得以應(yīng)用，根據(jù)廣東電信現(xiàn)網(wǎng)的DNS服務(wù)節(jié)點(diǎn)的域名設(shè)備智能解析技術(shù)應(yīng)用情況來看，對于用戶域名解析的主要指標(biāo)(包括緩存命中率、解析成功率、解析時延)都保持了較高的水平，具體數(shù)值見表1。

圖3 遞歸輪詢調(diào)度算法流程

表1 域名解析的主要指標(biāo)

相關(guān)指標(biāo)說明，智能解析技術(shù)的應(yīng)用有力地保證了廣大用戶的域名解析質(zhì)量，進(jìn)而確保了用戶上網(wǎng)業(yè)務(wù)感知。

5 結(jié)束語

本文對運(yùn)營商DNS的智能解析方式進(jìn)行了闡述和分析，并且為了適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)流量迅猛發(fā)展的需求，結(jié)合已有DNS智能解析關(guān)鍵技術(shù)，提出了運(yùn)營商DNS(包括緩存設(shè)備、遞歸設(shè)備)智能解析創(chuàng)新優(yōu)化的方案。主要核心技術(shù)在于針對不同設(shè)備之間的功能聯(lián)系，應(yīng)用模塊化緩存分片視圖技術(shù)、按需遞歸設(shè)備智能調(diào)度等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)按區(qū)域、用戶群、網(wǎng)絡(luò)等多維度的精細(xì)化智能解析，從而為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)、高質(zhì)量客戶等差異化服務(wù)奠定基礎(chǔ)。該方案有效地實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)DNS的智能化、精細(xì)化，確保了用戶就近訪問ICP站點(diǎn)的要求和差異化服務(wù)要求，進(jìn)而提升了互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)訪問的可靠性、高安全性和高服務(wù)質(zhì)量。

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Key technology and solution of intelligent resolution for the huge carrier DNS

PENG Wei，CAO Weihua，HE Xiaodong
Guangzhou Research Institute of China Telecom Co.，Ltd.，Guangzhou 510630，China

The principles and advantages of intelligent DNS resolution were mainly analyzed.The carrier DNS's intelligent resolution was studied，such as the key intelligent resolution techniques of cache server，recursion server and cache view.According to the characteristics of huge telecom carrier's network，a solution of intelligent resolution，which can provide reference for the development and optimization of huge telecom carrier DNS was proposed.

domain name system，intelligent resolution，cache，recursion

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016025

2015-08-31;

2015-12-03

彭巍(1975-)，男，中國電信股份有限公司廣州研究院工程師，主要研究方向?yàn)镮P網(wǎng)絡(luò)相關(guān)領(lǐng)域。

曹維華(1976-)，女，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要研究方向?yàn)镮P網(wǎng)絡(luò)、移動互聯(lián)網(wǎng)等。

賀曉東(1975-)，男，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要研究方向?yàn)镮P網(wǎng)絡(luò)、寬帶接入網(wǎng)等。