域名系统(domain name system,DNS)是一项基础的网络服务。它的主要作用是完成域名到IP地址的转换,实现互联网绝大多数应用的实际寻址。域名系统可以划分成两大类,4个环节。一类是权威域名系统,包括根域名系统、顶级域名系统,二级及以...
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域名系统(domain name system,DNS)是一项基础的网络服务。它的主要作用是完成域名到IP地址的转换,实现互联网绝大多数应用的实际寻址。域名系统可以划分成两大类,4个环节。一类是权威域名系统,包括根域名系统、顶级域名系统,二级及以下各级权威域名系统。权威域名系统由各级域名所有者运行管理域名和IP地址的相关信息,并负责应答递归服务器的请求;另一类是递归域名系统,它通常由互联网络服务提供商(ISP)运行管理,并负责直接对用户提供域名解析服务。在域名系统的结构和解析机制中,以上4个环节具有很强的内在联系。递归服务器一般会缓存一部分资源记录(RR),以便有效地减轻根服务器以及其他权威服务器的负担。这些RR带有时间标签,称为生存时间(TTL),它决定了该RR在递归服务器缓存中的存在时间。RR的TTL初始值由RR的权威服务器在返回给递归服务器应答结果的时候指定。随着时间的推移,该生存时间会从TTL的初始值逐渐减小,当减小到0时,RR的缓存失效,缓存的记录不再能够直接对外提供解析,递归需要重新向权威服务器获取查询的应答。例如,当用户向递归服务器发起请求时,服务器会首先检查本地缓存。如果缓存中相应RR的TTL仍然有效(TTL还没有减小到0),递归将会直接将相应的RR返回给用户,否则,递归需要从根服务器开始逐级向各级权威服务器发出查询请求。考虑到可能存在这样一种情况:由于网络拥塞或者其他某些因素,如权威域名服务器的性能不好或者不可达,导致递归服务器与权威服务器之间的通信中断(这个情况将作为本文研究的前提假设),此时域名系统的解析服务质量完全依赖于递归服务器中缓存的资源记录RR。同时随着时间的推移,该缓存的RR的TTL逐渐减小,缓存的RR也逐渐失效,此时由于通信中断,递归服务器将不再可能重新从权威域名服务器获得域名解析的应答,因此越来越多的用户查询请求将得不到正常地响应。一旦递归服务器缓存中所有的RR最后都过期,域名解析服务将彻底陷入瘫痪,所有基于DNS解析的互联网应用也将完全失效。也就是说,在这种情况下,递归缓存中RR失效的过程导致了域名系统解析服务质量(QoRS)逐渐下降。那么,递归服务器的QoRS是如何下降的?是什么因素影响了QoRS的下降过程?为了探究这个问题,本文引入了最能反映用户体验的递归服务器解析成功率(SRR)来衡量域名系统的解析服务质量,并通过理论分析与数学建模对这一过程进行描述。本文对域名系统解析服务质量下降的分析思路为:从用户的角度来看,域名解析服务质量取决于两个因素:递归服务器成功解析域名查询的数量和用户发起域名查询的数量,也即两者的比值。在正常的域名查询行为中,因素1与一段时间内失效的缓存记录的数目相关,而这又与各个缓存记录的TTL的取值分布有关,因此本文需要探寻各个缓存记录的TTL的取值分布规律;因素2即可概括为一段时间内域名查询到达递归服务器的数量,同样的,本文需要探寻该数量的规律。本文采用的数学建模方法为:根据以上分析的思路,本文利用泊松过程对域名查询数目进行统计计算,并基于常识性分析以及对以往一定规模数据的经验分析获得二级域名资源记录的分布规律。特别的是,本文在进行变量之间关系推导的过程中,引入了一个示性函数,该函数大大了简化了变量间关系的推导过程。此外,本文还从点到面的角度,对单个递归服务器曲线规律以及多个递归服务器曲线规律进行了讨论,并提出本文的分析思路和建模方法可以扩展应用到其他各级权威域名以及其他顶级域名。这将成为笔者下一步的工作。本文的理论分析和数学建模是启发式地研究,虽然并不完善,但是依然具有重要的意义。这些研究不但可以加深对于整个域名系统解析及其缓存机制的理解,特别的,对于优化DNS系统配置以及在特殊情况下及时采取有效措施以应对QORS下降具有重要的参考意义。
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