徐東 趙琦 冷峰

摘 要： 遞歸域名系統(tǒng)是域名體系的重要組成部分，直接面向用戶提供域名查詢服務(wù)。遞歸域名系統(tǒng)的查詢時(shí)效直接關(guān)系互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的訪問(wèn)時(shí)延和用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)。為提高遞歸域名系統(tǒng)的查詢時(shí)間效率，縮短域名查詢時(shí)延，提出一種基于共享緩存的三層遞歸域名系統(tǒng)，在理論研究基礎(chǔ)上，搭建了系統(tǒng)模型，并使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)查詢?nèi)罩具M(jìn)行了性能測(cè)試。該三層遞歸域名系統(tǒng)的提出，為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)搭建高效的遞歸域名系統(tǒng)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞： 共享緩存； 遞歸域名系統(tǒng)； 域名查詢； 查詢時(shí)效； 訪問(wèn)時(shí)延； 系統(tǒng)模型

中圖分類號(hào)： TN711?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）22?0042?03

Abstract： The recursive domain name system （DNS） is one important part of the DNS， directly providing domain name query service for users. The query time efficiency of the recursive DNS has a direct relationship with the access delay of Internet network applications and users′ experiences of suffering Internet. Therefore， a three?tier recursive DNS based on the shared cache is studied and proposed， so as to improve the query time efficiency of the DNS， and reduce the time delay of domain name query. On the basis of theoretical research， a system model was established， and a performance test was carried out by using the query logs of the service system. The results show that the proposed three?tier recursive DNS can provide technical references for future Internet companies to build high?efficient recursive DNSs.

Keywords： shared cache； recursive DNS； domain name query； query time efficiency； access delay； system model

0 引 言

域名系統(tǒng)是互聯(lián)網(wǎng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，提供域名和IP地址的轉(zhuǎn)換翻譯服務(wù)。域名體系由權(quán)威域名系統(tǒng)和遞歸域名系統(tǒng)兩個(gè)層次構(gòu)成。其中，遞歸域名系統(tǒng)直接面向終端用戶提供域名查詢服務(wù)。出于提升域名解析性能的考慮，遞歸域名系統(tǒng)通常均采用“轉(zhuǎn)發(fā)”和“緩存”相分離的兩層部署架構(gòu)，即由一組直接面向用戶提供查詢服務(wù)的緩存服務(wù)器和一組用于進(jìn)行遞歸迭代查詢的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器構(gòu)成。然而，在實(shí)際域名解析過(guò)程中，位于前端的緩存服務(wù)器采用“分別查詢、各自響應(yīng)”的工作機(jī)制，緩存服務(wù)器之間缺乏緩存記錄共享，導(dǎo)致在一定程度上整體的域名緩存命中率較低，域名查詢時(shí)延較大。對(duì)此，為提高遞歸域名系統(tǒng)的查詢效率，縮短域名查詢時(shí)延，本文研究提出了一種基于共享緩存的三層遞歸域名系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

相比傳統(tǒng)的二層遞歸域名系統(tǒng)，基于共享緩存的三層遞歸域名系統(tǒng)包括一級(jí)緩存服務(wù)器、二級(jí)共享緩存服務(wù)器以及轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，增加了二級(jí)共享緩存服務(wù)器，如圖1所示。實(shí)際查詢過(guò)程中，一級(jí)緩存服務(wù)器接收用戶查詢請(qǐng)求后，如果域名緩存未命中，則其轉(zhuǎn)發(fā)給后端的二級(jí)共享緩存服務(wù)器。如二級(jí)共享緩存服務(wù)器未命中，則進(jìn)一步請(qǐng)查詢請(qǐng)求發(fā)送給后端的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器。為了提高域名查詢命中率，二級(jí)共享緩存服務(wù)器通過(guò)一致性緩存共享機(jī)制匯集前端所有一級(jí)緩存服務(wù)器的緩存記錄，建立一個(gè)相對(duì)較大的域名資源記錄緩存區(qū)。三層遞歸域名系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.2 主要功能模塊

二級(jí)共享緩存服務(wù)器在實(shí)現(xiàn)上需三個(gè)功能模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、同步控制模塊和驗(yàn)證加載模塊，如圖2所示。

1） 數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊部署在一級(jí)緩存服務(wù)器上，負(fù)責(zé)一級(jí)緩存服務(wù)器緩存區(qū)資源記錄的導(dǎo)出以及本地服務(wù)器緩存資源記錄文件的維護(hù)管理工作。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)定期（如每30 min執(zhí)行1次）發(fā)送請(qǐng)求，將本地服務(wù)器DNS解析進(jìn)程的內(nèi)存緩存記錄導(dǎo)出并寫(xiě)入本地硬盤，最后對(duì)導(dǎo)出的緩存區(qū)資源記錄進(jìn)行預(yù)處理，將TTL（Time to Live）馬上到期的資源記錄刪除。

2） 同步控制模塊。該模塊部署在一級(jí)緩存服務(wù)器和二級(jí)共享緩存服務(wù)器上，用于同步一級(jí)和二級(jí)共享緩存服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)。該模塊包括客戶端進(jìn)程和服務(wù)器端進(jìn)程兩部分，客戶端進(jìn)程負(fù)責(zé)與服務(wù)器端進(jìn)行通信交互。在每次數(shù)據(jù)同步前，雙方進(jìn)行通信確認(rèn)是否執(zhí)行數(shù)據(jù)同步。如果同步控制模塊的服務(wù)器端進(jìn)程允許數(shù)據(jù)同步傳輸，則客戶端進(jìn)程會(huì)與服務(wù)器端進(jìn)程建立TCP連接，并傳輸數(shù)據(jù)。服務(wù)器端進(jìn)程在接收完數(shù)據(jù)后，會(huì)進(jìn)行正確性校驗(yàn)。

3） 數(shù)據(jù)加載模塊。該模塊部署在二級(jí)共享緩存服務(wù)器上，負(fù)責(zé)驗(yàn)證資源記錄格式的正確性，以及合并資源記錄并加載至服務(wù)器內(nèi)存。

2 性能測(cè)試

為驗(yàn)證三層遞歸域名系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)，將通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的兩層遞歸服務(wù)模型和三層遞歸服務(wù)模型進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試通過(guò)模擬用戶端向不同架構(gòu)的遞歸域名系統(tǒng)發(fā)送域名查詢請(qǐng)求，分別記錄域名解析響應(yīng)時(shí)間并最終進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。

2.1 測(cè)試用例

實(shí)驗(yàn)測(cè)試使用的樣本取自實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)，包括來(lái)自中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心公共遞歸服務(wù)平臺(tái)（對(duì)外服務(wù)地址為1.2.4.8）的12萬(wàn)條域名查詢記錄，以及來(lái)自國(guó)家“.CN”頂級(jí)域名服務(wù)平臺(tái)的10萬(wàn)條域名查詢記錄，資源記錄類型包括A，AAAA，TXT，NS，PTR，MX等。

2.2 測(cè)試結(jié)果

2.2.1 第一組數(shù)據(jù)的測(cè)試對(duì)比結(jié)果

本輪測(cè)試采用12萬(wàn)條的公共遞歸服務(wù)平臺(tái)查詢?nèi)罩緸闇y(cè)試樣本。測(cè)試結(jié)果顯示，二層遞歸服務(wù)模型和三層遞歸服務(wù)模型的平均域名解析響應(yīng)時(shí)間分別為406.94 ms和294.52 ms，如圖3所示。

進(jìn)一步對(duì)兩種遞歸服務(wù)模型的域名查詢時(shí)間進(jìn)行疊加對(duì)比如圖4所示?？梢钥闯?，三層遞歸服務(wù)模型在采用了二級(jí)共享緩存服務(wù)器后，域名的平均查詢時(shí)延縮短27.63%，域名解析時(shí)間有了較大提升。

2.2.2 第一組數(shù)據(jù)的測(cè)試對(duì)比結(jié)果

本輪測(cè)試采用10萬(wàn)條的國(guó)家CN頂級(jí)域名服務(wù)平臺(tái)查詢記錄為測(cè)試樣本。測(cè)試結(jié)果顯示，二層遞歸服務(wù)模型和三層遞歸服務(wù)模型的平均域名解析響應(yīng)時(shí)間分別為294.53 ms和199.92 ms，如圖5所示。

進(jìn)一步地對(duì)兩種遞歸服務(wù)模型的域名查詢時(shí)間進(jìn)行疊加對(duì)比，如圖6所示?？梢钥闯?，三層遞歸服務(wù)模型比二層遞歸服務(wù)模型的域名平均查詢時(shí)延縮短47.23%。

從上述兩組測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，相較傳統(tǒng)的二層遞歸服務(wù)模型，三層遞歸服務(wù)模型在采用了二級(jí)共享緩存服務(wù)器后，整體的域名查詢時(shí)延有了較大程度的改善。

3 結(jié) 語(yǔ)

為提高遞歸域名系統(tǒng)的查詢時(shí)間效率，縮短域名查詢時(shí)延，本文研究提出了一種基于共享緩存的三層遞歸域名系統(tǒng)，搭建了原型系統(tǒng)并進(jìn)行了性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，采用共享緩存機(jī)制可以有效改善域名系統(tǒng)的查詢效率。該系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和基礎(chǔ)電信企業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)快速、高效的遞歸域名系統(tǒng)提供了技術(shù)參考。

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