CN100419729C

CN100419729C - 一种内容服务器系统及其处理过程

Info

Publication number: CN100419729C
Application number: CNB2003101082918A
Authority: CN
Inventors: 陈惠芳; 赵问道
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: CN1540543A

Abstract

本发明属于网络技术领域，尤其涉及一种基于IPv6任意播送地址的内容服务器系统及其处理过程。现有技术中权威名字路由器记录表规模大、记录查找麻烦、负载均衡效果不好。本发明的内容服务器系统是基于IPv6任意播送地址的；在该内容服务器系统中，把一个域名对应的所有内容服务器入口都设置成为同一个任意播送地址。该内容服务器系统处理过程包括初始化、DNS过程、最“近”内容服务器的选择和内容服务器服务的提供。该内容服务器系统基于IPv6协议，采用了新的处理过程，有效地提高了系统工作效率，能够为用户提供更快捷的服务。

Description

一种内容服务器系统及其处理过程

技术领域

本发明属于网络技术领域，尤其涉及一种基于IPv6任意播送地址的内容服务器系统及其处理过程。

背景技术

目前，人们对Internet内容和应用的需要正在飞速增长。根据Forester的调查，1999年有1亿个Web用户，而在1998年只有6800万。1999年，Web站点的总量达到了360万个，到2006年这个数字将达到5100万。虽然网络用户的数量在急剧增长，网络上分布的内容在迅速膨胀，但是网络用户对内容的访问率却提升很慢，网络上应用业务的种类仍然比较单一。造成这种局面的根本原因是：用户访问网站的响应速度太慢。不良的网络性能会导致应用的开展过于缓慢，增加新应用所面临的有限网络容量，网络升级面临的种种困难，以及租用线路过于昂贵等，这对用户和服务提供商都是不利的。其实，带宽不是导致互联网连接速度慢的唯一因素，如果没有良好的流量管理策略，不论网站有多大的带宽，用户对网站的访问连接同样会很慢。同时，日益扩大的服务器数量、越来越多的访问流量，都要求网站对Internet流量进行精心规划和管理。此外，随着电子商务的迅猛发展，使得网络系统的可靠性、一致性、安全性和高可用性也显得越来越重要。因此，当前网站的管理除了必要的内容服务外，提高网站的扩展能力、服务能力以及可用性也成了不可缺少的环节。而要很好地解决所有这些问题，必须要有新技术的支持。为了能提高用户访问网站的响应速度、优化现有Internet中信息的流动、提高网站的安全性和可用性，在现有的Internet网络中建立一个完善全面的中间层——内容分送网络(Content DeliveryNetwork，简称CDN)，使用户能以最快的速度，从最接近用户的地方获得所需的信息，彻底解决网络拥塞，提高响应速度，是目前流行的应用方案。

在Internet中，域名系统DNS(Domain Name System)是一种用于TCP/IP应用程序的分布式数据库，它提供主机名字和IP地址之间的映射及有关电子邮件的选路信息。

客户端的一个应用程序请求打开一个连接或发送数据报文之前，必须将一个主机名转换为一个IP地址，因此客户端对DNS的访问必不可少，应用程序通过一个地址解析器(resolver)来完成对DNS的访问。被称为名字服务器(name server)的程序则构成DNS客户-服务器机制的服务器一端，名字服务器包含数据库中的某些部分信息，使得解析器能访问到这些信息。Intetnet被划分为许多部分(partition)，每个部分可以划出更多部分，DNS中称为子域(subdomain)。例如com、cn、org等域我们称其为顶级域，其下可划分出许多子域如hp.com、isc.org、zju.edu.cn等等。一个独立管理的DNS子域称为一个区(zone)。一旦一个区域的授权机构被委派后，由它负责向该区域提供名字服务器，当一个新系统加入到一个区域中时，该区域的DNS管理者为该新系统申请一个域名和一个IP地址，将它们加入到名字服务器的数据库中。一台名字服务器相对于本地数据库中的域名地址来说是权威名字服务器，即当它收到来自客户端对于它管辖的域名查询时，它不必向上检索即可给出权威解析结果。当一个名字服务器没有查询所需信息时，它必须与其它名字服务器联系(体现DNS的分布特性)，当然并不是每个名字服务器都知道如何同其它名字服务器联系，但是每个名字服务器都知道如何同根名字服务器联系，现在一共存在13个根名字服务器，所有的主名字服务器(辅名字服务器为备份数据防止主名字服务器崩溃用)都知道这些根名字服务器的IP地址，而根名字服务器上有每个顶级域名字服务器的地址信息。名字查询有两种模式，一种为反复查询，本地名字服务器最终返回权威名字服务器的IP而由客户端向权威名字服务器发出名字查询获取查询结果，另一种为递归查询，本地名字服务器通过与其它名字服务器通信，最终会将查询结果返回到客户端。

DNS采用高速缓存，当一个名字服务器收到有关映射的信息时，它会将信息存放在高速缓存中，这样若以后收到相同的查询请求时就能直接使用缓存中的结果而无需通过其它服务器查询。缓存机制可以大大减轻根名字服务器的负荷，节省映射时间。一个缓存记录的有效生命周期是由权威名字服务器决定的，但在一个记录的有效期内如果内容服务器出现意外，会影响服务质量；CDN中缓存技术会降低重定向的有效性。

内容分送网络的概念中有多于一个的内容服务器，这些提供相同服务的内容服务器是分布式的，以使得内容靠近客户端，可以大大缩短服务时间，节省网络带宽。利用DNS来将用户导向最近的内容服务器是目前应用较为广泛的内容路由方案。

在传统的DNS中，名字服务器的数据库中一个域名对应一个单一的IP记录。当收到名字查询请求时，名字服务器将此记录返回给客户端。CDN内容分送网络提出设立分布式的内容服务器，即将源服务器的内容分送到不同地理位置的内容服务器上(或者也称它们为镜像服务器)。基于DNS的内容路由即在现有的域名解析基础上完成上述的重定向工作，当一个域名加入CDN服务后，仍以一个单一域名作为服务接口，这个域的权威名字服务器上对应此域名有多于一个的内容服务IP记录。当查询请求到来时，此名字服务器由一定的算法，根据客户端位置来返回最合适的内容服务器IP实现最佳内容路由。

在现有基于DNS的CDN网络中，一个域名在权威名字服务器中有多个IP地址记录与它对应，则当网络上的服务器增多，尤其是一个权威名字服务器管辖的范围内的服务器增多时，需要有一个很大的记录表来记录这些服务器域名入口与IP地址之间的对应关系；同样的，当一个名字服务器的对等服务器增多时，记录表也会随着增大。因此，随着内容服务器数量的增加，权威名字服务器的记录表中记录条目的数量往往会呈指数关系增加。而且，一个用户访问一个域名时，要经过DNS解析为一个实际访问的IP地址，记录表越大，域名搜索匹配的时间就越长，则DNS所需时间就越长。从用户发起请求到DNS解析出用户所要访问域名对应的IP地址所需的这部分时间对用户而言都是服务的开销，时间越长，用户对网络的不满意程度就越高，即服务质量就越差。现有网络上通常是用缓存机制来解决时间长的问题，就是一个用户访问过一个域名，则该域名与IP地址之间的映射关系会缓存到一个CACHE表中，然后在该IP地址有效期间(TTL)，凡是访问该域名的用户都会返回在CACHE表中与之对应的IP地址。采用缓存机制虽然从一定程度上缓解了用户访问站点的时延问题，但是可能在TTL时间内，与该地址对应的内容服务器已经不可用，那么缓存机制导致将用户的请求发往一个不可用的站点，从而得到“服务器不可用”的回应，另外这种缓存机制从一定程度上破坏了原来基于DNS的CDN路由的负载均衡效果。

发明内容

本发明的目的在于克服基于DNS的CDN的权威名字服务器记录表规模大、记录查找麻烦、负载均衡效果不好等缺点，提出一种域名解析时间少、记录表小、负载均衡效果好的内容服务器系统以及该系统的处理过程。

在现有基于DNS的CDN网络中，普遍使用的是IPv4协议。IPv4地址是32位的，INTERNET面临着32位地址不够用和服务质量不能保证等局面，所以提出了IPv6协议。在IPv6协议中，有三种基本的地址类型：单播地址、组播地址和任意播传送地址。任意播送地址是单播地址的一种特殊类型，一个任意播送地址可以分配给多个网络接口，其本质是一个单播地址。一个被送往任意播送地址的报文将路由选择到对应于此地址“最近”的接口。本发明就是在IPv6协议基础上提出的。本发明由一个DNS系统、网关、内容路由器和内容服务器所组成的。在这个系统中，每个内容服务器的入口设置同一个IPv6任意播送地址。

本发明的内容服务器系统包括DNS系统、网关、内容路由器和内容服务器，其中DNS系统包括客户端名字服务器、权威名字服务器和根名字服务器。该内容服务器系统是基于IPv6任意播送地址的；在该内容服务器系统中，把一个域名对应的所有内容服务器入口都设置成为同一个任意播送地址。这样，在权威名字服务器中，对应每个域名只有一个IP地址，则域名与IP地址对应记录表可以明显减小，查找效率可以提高，查找时间减少。当用户请求访问站点时，首先根据该站点的域名进行地址解析，由客户端名字服务器将该请求发送给权威名字服务器，权威名字服务器根据查表结果把该域名所对应的任意播送地址反馈给客户端名字服务器，客户端名字服务器将结果送给用户，用户根据这个地址打包请求信息，发往“最近”的内容服务器，这个“最近”是根据特定的协议来实现的。

该内容服务器系统的处理过程包括初始化、DNS过程、最“近”内容服务器的选择和内容服务器服务的提供。

基于IPv6任意播送地址的内容服务器系统的初始化过程，就是把能提供相同服务的内容服务器设置成同一个IPv6地址，这些服务器有相同的域名，并且给每个内容服务器分配一个识别码，以便后用；在根名字服务器中增加内容服务器的域名和IP地址的映射信息；权威名字服务器在DNS过程中逐渐刷新它的记录表，在它所管理的域内的用户第一次访问内容服务器时，权威名字服务器就可以根服务器中获取内容服务器域名地址和IP地址之间的映射记录。随后它所管理的域内其它用户访问该内容服务器时，权威名字服务器就不再需要从根名字服务器获取信息，而是直接用它自己的记录表把内容服务器的域名和IP地址对应信息发送给用户。

一个用户发出访问一个域名的请求，首先要经过DNS过程，即把域名转化为IP地址。每个用户有一个设置的DNS名字服务器，称为客户端名字服务器。用户将DNS请求首先发送给客户端名字服务器，客户端名字服务器根据用户所要访问的站点的域名匹配记录表：

A.如果客户端名字服务器有所要访问站点域名和IP地址的映射信息，就直接将该IP地址返回给用户，DNS过程完成。

B.如果客户端名字服务器没有用户所要访问站点域名和IP地址之间的映射信息，就将DNS请求送往客户端名字服务器所属的权威名字服务器。

a)如果权威名字服务器中有用户所要访问站点的域名和IP地址间的映射信息，权威名字服务器就将该映射记录反馈给客户端名字服务器，客户端名字服务器一方面就信息返回给用户，一方面将该映射信息存放到服务器的CACHE内。

b)如果权威名字服务器中没有用户所要访问站点域名和IP地址间的映射信息，权威名字服务器就将DNS请求转发给根名字服务器。根名字服务器根据DNS请求中的域名查询记录表，把域名和IP地址间的映射信息反馈给权威名字服务器。权威名字服务器一边将映射信息反馈给客户端名字服务器，一边将该映射信息写入权威名字服务器的记录表中。

用户根据DNS过程获得的IP地址作为目的地址将访问请求发送给网络。负责用户接入INTERNET的网关收到该请求后，要执行一个基于IPv6任意播送地址的路由测试协议，这个协议是一个分布式协议，网关把访问请求的目的IP地址作为测试分组的目的IP地址，由于采用了IPv6的任意播送地址，所以对应于该地址的内容服务器实际数量超过一个，所有接收到测试分组的内容服务器会把自己的负载情况和服务器识别码回送给网关。网关根据收到相应信息所需的时间和内容服务器的负载情况选择一个最“近”的内容服务器提供服务。这个最“近”的含义不但包括物理距离、网络的负载情况(这两方面由响应时延体现)，还包括了内容服务器的负载情况。

用户访问请求发送给经过最“近”内容服务器的选择所选的内容服务器，由该服务器提供用户所需要的内容。

该内容服务器系统基于IPv6协议，采用了新的处理过程，有效地提高了系统工作效率，能够为用户提供更快捷的服务。

附图说明

图1为本发明内容服务器系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明从软件和硬件的角度可以分成两个部分：内容服务器系统和完成处理过程的协议和支持软件。

如图1所示，内容服务器系统包括DNS系统、网关6、内容路由器1和内容服务器5。DNS系统由客户端名字服务器2、权威名字服务器3、根名字服务器4所组成。内容路由器1为增加内容路由模块的普通路由器，图1中只画出了一个内容路由器1，在实际中从客户端7到内容服务器可能会经过多个内容路由器。内容服务器5就是都能提供相同的服务，具有相同的域名，但它们的地理位置不同的服务器。

每个内容服务器都设置成为同一个任意传送地址IP地址(如XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:FEDC:BA98:7654:3210)，这些服务器有相同的域名，并且给每个内容服务器分配一个识别码。在根DNS服务器中增加内容服务器的域名和IP地址的映射信息。我们假设域名和IP地址的映射信息在客户端名字服务器中没有记录，在权威名字服务器中已经有记录。

一个客户发出访问域名的请求，首先要经过DNS过程，即把域名转化为IP地址。每个客户有一个设置的DNS名字服务器，称为客户端名字服务器。用户将DNS请求首先发送给客户端名字服务器，客户端名字服务器根据用户所要访问的站点的域名匹配记录表。由于客户端名字服务器没有用户所要访问站点域名和IP地址之间的映射信息，就将DNS请求送往客户端名字服务器所属的权威名字服务器。权威名字服务器访问域名匹配记录表，找到用户所要访问站点的域名和IP地址间的映射信息，该映射记录反馈给客户端名字服务器，客户端名字服务器一方面将信息返回给用户，另一方面将该映射信息存放到服务器的CACHE内。用户根据DNS过程获得的IP地址(XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:FEDC:BA98:7654:3210)作为目的地址将访问请求发送给网络。负责用户接入INTERNET的网关收到该请求后，执行一个基于IPv6任意播送地址的路由测试协议，即网关把访问请求的目的IP地址(XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:FEDC:BA98:7654:3210)作为测试分组的目的IP地址，所有接收到测试分组的内容服务器会把自己的负载情况和服务器识别码回送给网关。网关根据收到相应信息所需的时间和内容服务器的负载情况选择一个最“近”的内容服务器提供服务。用户访问请求发送给选定的内容服务器，由该服务器提供用户所需要的内容。

Claims

1. 一种内容服务器系统，包括DNS系统、网关、内容路由器和内容服务器，所述的DNS系统包括客户端名字服务器、权威名字服务器和根名字服务器，其特征在于该内容服务器系统是基于IPv6任意播送地址的；在该内容服务器系统中，把一个域名对应的所有内容服务器入口都设置成为同一个任意传送IP地址。

2. 如权利要求1所述的一种内容服务器系统的处理过程，其特征在于该处理过程包括初始化、DNS过程、最“近”内容服务器的选择和内容服务器服务的提供；

所述的DNS过程就是根据用户请求，把域名转化为IP地址，用户将DNS请求首先发送给客户端名字服务器，客户端名字服务器根据用户所要访问的站点的域名匹配记录表：

A.如果客户端名字服务器有所要访问站点域名和IP地址的映射信息，就直接将该IP地址返回给用户，DNS过程完成；

B.如果客户端名字服务器没有用户所要访问站点域名和IP地址之间的映射信息，就将DNS请求送往客户端名字服务器所属的权威名字服务器：

a.如果权威名字服务器中有用户所要访问站点的域名和IP地址间的映射信息，权威名字服务器就将该映射记录反馈给客户端名字服务器，客户端名字服务器一方面将信息返回给用户，一方面将该映射信息存放到服务器的CACHE内；

b.如果权威名字服务器中没有用户所要访问站点域名和IP地址间的映射信息，权威名字服务器就将名字请求转发给根名字服务器，根名字服务器根据DNS请求中的域名查询记录表，把域名和IP地址间的映射信息反馈给权威名字服务器，权威名字服务器一边将映射信息反馈给客户端名字服务器，一边将该映射信息写入权威名字服务器的记录表中；权威客户端名字服务器再把映射信息送给用户。

3. 如权利要求2所述的一种内容服务器系统的处理过程，其特征在于所述的最“近”内容服务器的选择过程就是负责用户接入INTERNET的网关收到请求后，执行一个基于IPv6任意播送地址的路由测试协议，网关根据测试结果选择一个最“近”的内容服务器提供服务。