CN101022371A - 可扩展的互联网测量服务器自动发现与管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于计算机网络通信技术领域，其特征在于，采用已成熟的DNS标识方法和分布式查询方法，进行网络IP地址到聚类组(AS号码)的查找及聚类组(AS号码)到测量服务器IP地址的查找，完成大规模分布式测量服务器的自动发现与管理功能。实验表明，该方案用于跨自治域的真实互联网主干网中测量服务器的发现与管理，简单、高效，具有很好的可扩展性和可管理性。该方案也可以用于其它分布式服务器，特别是信息分发网络(CPN)中服务器的优化与管理，具有非常广泛的应用前景。
Description
技术领域
可扩展的互联网测量服务器自动发现与管理方法属于计算机网络通信技术领域。
背景技术
互联网目前已经成为全世界最重要的信息基础设施。但基于包交换的互联网通信的基本原则仍然是“尽力而为”。对于有高带宽、高服务质量要求的各种网络应用，如实时视频应用(UDP，20Mbps-1200Mbps)和高速文件传输(TCP，500Mbps-5000Mbps)等，其端到端性能的保证必须依赖对网络资源进行优化配置，包括路由调整和启用组播功能等。多年的实践表明：如果不使用有效的网络性能测量工具，进行大量的前期网络性能测试，找到制约高带宽、高服务质量的传输瓶颈，并根据测量测试结果优化网络带宽资源，此类应用是不能成功的。端到端网络性能的保证必须以逐跳网络性能保证为前提，所以在网络应用的用户对之间端到端传输路径的关键点上，应该部署面向高性能网络应用的测量服务器(详细见“面向高性能网络视频应用的测量方法”专利)，这样才能帮助用户与各服务器进行逐跳性能测量，发现故障。当进行大规模、分布式跨网络自治域间网络应用合作时，用户对之间传输路径上的测量服务器的自动发现与管理是进行分段网络测量与故障处理的前提。
到目前为止，互联网上已有的网络测量方法及工具很多，基于网络控制消息协议ICMP的测量工具不需要专门部署测量服务器，基于TCP和UDP协议的测量工具必须部署测量服务器。但众多的测量服务器之间缺乏一种有效的自动发现与管理机制。现有的测量服务器发现通常是靠电子邮件的方法通知或采用人工的方法手工添加到管理数据库中，可扩展性很差。本发明试图解决服务器管理的可扩展性的问题，将采用成熟的域名系统(DNS)技术巧妙地用于大规模、分布式测量服务器的自动发现与管理。结合网络路由跟踪工具traceroute，解决了面向高性能、高带宽的网络应用的网络测量服务器的自动发现与管理问题。该方案也可以用于其它分布式服务器，特别是信息分发网络(CPN)中服务器的优化与管理，具有非常广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供可扩展的互联网络测量服务器自动发现与管理方法。
本发明的特征在于依次包含以下步骤：
步骤1.初始化
将全球边界网关协议BGP的路由表导入与之相连的BGP路由表查询服务器QS1，查询服务器QS1的域名是test1.foo.bar，QS1注册到其上一级域名服务器，其域名是*.foo.bar，用以完成用户对，如用户A和用户B，之间传输路径上沿各自治域内边界路由器的IP地址x.y.z.w所构成的w.z.y.x.test1.foo.bar的文本域TXT域名解析服务，从而查找到对应的自治域号码as***；
查询服务器QS2，域名是test2.foo.bar，注册到其上一级域名服务器，其域名是*.foo.bar，用以完成由as***.test2.foo.bar构成的域名解析服务，从而查找各自治域内测量服务器的网络IP地址；
测量服务器把自己的网络IP地址注册到所属的自治域内，以便该自治域把其所属的测量服务器的IP地址和自己的自治域号码送往查询服务器QS2，从而形成由测量服务器注册的域名数据库；
步骤2.用户A在本地主机上使用路由跟踪traceroute网络测量工具获得从用户A到用户B网络传输路径上所经过的路由器相应端口的一系列网络IP地址x.y.z.w；
步骤3.用户A把步骤2得到的一系列IP地址逐一采用网络IP地址到自治域AS号码的查找方法，依次逐一用上述IP地址加上查询服务器QS1的域名，构成新域名w.z.y.x.test1.foo.bar，逐个发往查询服务器QS1，同时发出域名解析请求；
步骤4.查询服务器QS1把用户A发出的步骤3所构成的域名根据BGP全球路由表，逐个查出该IP地址所对应的网络自治域号码，即AS号码，并用DNS的回答包的格式依次逐个返回给用户A；
步骤5.用户A根据步骤4中由查询服务器QS1查到的AS号码，采用自治域AS号码到测量服务器IP地址的查找方法，向查询服务器QS2逐个地发出由所得到的AS号码和查询服务器QS2域名共同构造的新域名as***.test2.foo.bar，同时发出域名解析请求；
步骤6.查询服务器QS2在收到由用户A在步骤5中发出的域名后，通过前述测量服务器注册数据库，逐个通过AS号码查找对应的测量服务器IP地址，并用DNS的回答包的格式依次逐个返回给用户A；
步骤7.用户B同样用步骤2--6所述的方法找到从用户B到用户A传输路径上所经过的各边界路由器所在自治域内的测量服务器的IP地址。
实验测试证明：本发明的可扩展性及稳定性都很好。
附图说明
图1.互联网用户对传输路径上测量服务器部署及网络拓扑图；
图2.本发明所用方法的程序流程框图；
图3.域名系统标识方法和分布式查询方法流程框图；
图4.本发明实验测试环境网络连接拓扑及服务器部署图。
图1中用到的部分名词解释如下：
●QS：查询服务器query server。
●MS：测量服务器measurement server。
●AS：自治域号码Autonomous System Number。
●DNS：域名系统Domain Name System。
●BGP路由表：外部网关协议路由表Border Gateway Protocol Table。
具体实施方式
本发明方案由以下三个部分有机组成：
1.网络IP地址到聚类组自治域AS号码的查找方法；
2.聚类组自治域AS号码到测量服务器IP地址的查找方法；
3.利用域名系统DNS的标识方法和分布式查询方法。
图1显示用户A与用户B之间沿从A到B的传输路径上，跨多个自治域，穿越自治域X、Y、Z、U和V传输数据，在这些自治域中部署了若干测量服务器MS1、MS2、MS3、MS4和MS5。本方案的核心是部署了分布式的、基于DNS的查询服务器QS1和QS1。该方案的实现须依次完成以下步骤：
步骤1：初始化：
用户A与用户B在开始测量或实验前相互知晓对方端系统的IP地址；
步骤2：用户A在本地主机上使用traceroute网络测量工具，可获得从A到B网络传输路径上所经过的路由器相应端口的IP地址；
步骤3：将步骤2中获得的IP地址，逐一采用网络IP地址到聚类组(自治域AS号码)的查找方法，向查询服务器QS1提交第一次DNS查询，查询服务器QS1根据BGP全球路由表查找到该IP地址相应的网络自治域号码AS号码返回给用户A；
步骤4：根据返回的自治域号码，采用聚类组(自治域AS号码)到测量服务器IP地址的查找方法，向查询服务器QS2提交第二次DNS查询，查询服务器QS2根据服务器注册数据库中的数据找到该自治域内对应的测量服务器列表返回给用户A；
步骤5：重复步骤3，4，直到将步骤2中所获得的一系列IP地址找到相应的测量服务器返回给用户A；
步骤6：重复步骤2，3，4，5，用户B可获得从B到A传输路径上各边界路由器所属自治域内的测量服务器的IP地址。
本发明所用方法的程序流程框图见图2。
网络IP地址到聚类组(自治域AS号码)的查找方法是整个方案设计的核心。该方法的难点在于如何选择聚类的准则。先考虑两个极端的情况。如果互联网上的每一个网络地址均有测量服务器的功能，网络分段测试的结果是最准确的，但需要很多的测量服务器，因此不现实。如果互联网上只有一个测量服务器，测量最简单，但无法进行分段测量。众所周知，互联网是由各个独立的自治域组成，每个自治域有唯一的自治域号码AS，每个自治域根据一定的路由政策向相邻的自治域通告本自治域产生的，以及从其它自治域学来的网络IP地址块。基于互联网由自治域组成的事实，同时假定自治域内部无明显分组传输瓶颈，我们的基本方案选择基于自治域号码(AS号码)的聚类方案，即根据traceroute返回的一组网络IP地址，找到对应的自治域号码，从而找到在此自治域中的测量服务器。
由网络地址(IP地址)到自治域号码(AS号码)的映射可以从任何具有全球路由表的运行外部网关协议(BGP协议)的路由器中得到。为了保证分布式实现的可扩展性及可管理性，采用域名系统(DNS)标识和分布式查询技术来实现的。
聚类组自治域AS号码到测量服务器的查找基于测量服务器注册数据库。测量服务器在数据库上的注册可以手工提交，也可以自动进行(详情见“可扩展的互联网测量服务器自动注册与管理方案”专利)。注册的内容为测量服务器的地址和该地址所在的自治域号码。根据这个数据库，可以获得自治域号码到测量服务器IP地址的映射列表。为了保证分布式实现的可扩展性及可管理性，我们也用域名系统(DNS)标识和分布式查询技术来实现。
基于域名系统DNS的普遍应用已证明了该技术的可扩展性，我们设计的可扩展的互联网测量服务器自动发现与管理方案的特点之一是巧妙地采用已经成熟并被大量使用的基于域名系统的查询技术。这个方案包括两个依次实现的步骤：由查询服务器QS1完成网络IP地址到自治域号码(AS号码)的域名服务，由查询服务器QS2完成自治域号码(AS号码)到测量服务器地址(IP地址)的域名服务，其域名表示方法及流程图如图3所示。
第一步域名查询：假设查询服务QS1的域名为asn.routeview.org，在该服务器上运行DNS服务，并注册到上一级的DNS服务器，使得由*.asn.routeview.org构成的域名的解析服务由服务器QS1完成。这样，客户端如果要进行某IP地址(如a.b.c.d)的AS号码的查询，可以根据IP地址构成域名d.c.b.a.ans.routeview.org进行域名解析。QS1根据BGP路由表把查询结果作为DNS的TXT域的数据(text field)，用DNS的回答包的格式返回相应的网络地址块和自治域号码(AS号码)as100给用户。
第二步域名查询：假设查询服务器QS2的域名为dvts.foo.bar，在该服务器上运行DNS服务，并注册到上一级的DNS服务器，使得由*.dvts.foo.bar构成的的域名的解析服务由服务器QS2完成。根据获得的AS号码(as100)，构成新的域名as100.dvts.foo.bar，QS2根据测量服务器注册的域名数据库将查询结果用DNS的回答包的格式返回as100的测量服务器的网络IP地址w.x.y.z给用户。
采用两步DNS的方法，具有标准化强、可扩展、灵活性强的特点，可以适应于各种大规模分布式测量系统和信息分发系统。
测试环境测试环境搭建在真实的互联网主干网上，含欧亚网，教育网和校园网，分别是自治域系统AS24489和AS4538。网络连接拓扑及服务器部署图如图4所示。在AS24489上部署两台测量服务器，分别位于北京节点，网络IP地址为202.179.242.102和香港节点，网络IP地址为202.179.244.105。在AS4538上部署一台测试服务器，位于北京节点，网络IP地址为202.112.35.32。用户A对于用户B进行路由跟踪traceroute，沿传输路径上逐跳结果如表1所示。
| IP地址 | 测量双向延时 | 反向域名 | |||
| 1 | 202.179244.1 | 0.34ms | 0.297ms | 0.262ms | 202.179.244.1 |
| 2 | 202.179241.9 | 40.077ms | 49.754ms | 40.046ms | bk-so-01-622m.bb.v4.noc.tein2.net |
| 3 | 202.179.241.26 | 40.041ms | 40.065ms | 40.036ms | cn.pr-v4.noc.tein2.net |
| 4 | 202.112.53.17 | 39.948ms | 39.925ms | 39.958ms | 202.112.53.17 |
| 5 | 202.112.53.181 | 40.651ms | 40.322ms | 40.122ms | 202.112.53.181 |
| 6 | 202.112.38.70 | 40.296ms | 40.382ms | 40.112ms | qhul.cernet.net |
| 7 | 59.66.2.26 | 43.461ms | 43.300ms | 44.700ms | th002026.ip.tsinghua.edu.cn |
| 8 | 59.66.2.73 | 91.016ms | 93.368ms | 96.259ms | th002037.ip.tsinghua.edu.cn |
| 9 | 59.66.2.65 | 92 665ms | 88.312ms | 84.965ms | th002065.ip.tsinghua.edu.cn |
| 10 | 59.66.3.105 | 81.644ms | 86.004ms | 89.836ms | th003106.ip.tsinghua.edu.cn |
| 11 | 59.66.17.2 | 92.967ms | 94.376ms | 89.616ms | th017002.ip.tsinghua.edu.cn |
| 12 | 59.66.17.6 | 88.794ms | 84.868ms | 85.803ms | th017006.ip.tsinghua.edu.cn |
表1
使用本发明的技术方案中的网络IP地址到聚类组(AS号码)的查找方法，所获得的沿传输路径上逐跳IP地址映射到相应的自治域号码，其结果如表2所示。
| IP地址 | 第一次域名映射 | AS号码 | |
| 1 | 202.179.244.1 | 1.244.179.202.asn.routeviews.org | 24489 |
| 2 | 202.179.241.9 | 9.241.179.202.asn.routeviews.org | 24489 |
| 3 | 202.179.241.26 | 26.241.179.202.asn.routeviews.org | 24489 |
| 4 | 202.112.53.17 | 17.53.112.202.asn.routeviews.org | 4538 |
| 5 | 2O2.112.53.181 | 181.53.112.202.asn.routeviews.org | 4538 |
| 6 | 202.112.38.70 | 70.38.112.202.asn.routeviews.org | 4538 |
| 7 | 59.66.2.26 | 26.2.66.59.asn.routeviews.org | 4538 |
| 8 | 59.66.2.73 | 73.266.59.asn.routeviews.org | 4538 |
| 9 | 59.66.2.65 | 65.266.59.asn.routeviews.org | 4538 |
| 10 | 59.66.3.105 | 105.3.66.59.asn.routeviews.org | 4538 |
| 11 | 59.66.17.2 | 2.17.66.59.asn.routeviews.org | 4538 |
| 12 | 59.66.17.6 | 6.17.66.59.asn.routeviews.org | 4538 |
表2
使用本发明的技术方案中的聚类组(AS号码)到测量服务器IP地址的查找方法，根据自治域号码，映射到各自治域内测量服务器的网络IP地址，结果如表3所示。
3 24489 as24489.test2.foo.bar 202.179.242 102
3 24489 as24489.test2.foo.bar 202.179.244 105
8 4538 as4538.test2.foo.bar 202.112.35.31
表3
从上可知，实验测试结果达到了预期的要求，从网络路由跟踪traceroute工具所获得的一系列网络IP地址，逐个通过第一次域名映射服务，可以得到其对应的自治域号码(AS号码)。然后，通过第二次域名映射服务，可以得到每个自治域号码所对应的测量服务器网络IP地址。
Claims (1)
1.可扩展的互联网测量服务器自动发现与管理方法，其特征在于依次包含以下步骤：
步骤1.初始化
将全球边界网关协议BGP的路由表导入与之相连的BGP路由表查询服务器(QS1)，查询服务器(QS1)的域名是test1.foo.bar，QS1注册到其上一级域名服务器，其域名是*.foo.bar，用以完成用户对(此例中是用户A和用户B)之间传输路径上沿各自治域内边界路由器的IP地址x.y.z.w所构成的w.z.y.x.test1.foo.bar的文本域(TXT)域名解析服务，从而查找到对应的自治域号码(as***)；
查询服务器(QS2)，域名是test2.foo.bar，注册到其上一级域名服务器，其域名是*.foo.bar，用以完成由as***.test2.foo.bar构成的域名解析服务，从而查找各自治域内测量服务器的网络IP地址；
测量服务器把自己的网络IP地址注册到所属的自治域内，以便该自治域把其所属的测量服务器的IP地址和自己的自治域号码送往查询服务器(QS2)，从而形成由测量服务器注册的域名数据库；
步骤2.用户A在本地主机上使用路由跟踪traceroute网络测量工具获得从用户A到用户B网络传输路径上所经过的路由器相应端口的一系列网络IP地址(x.y.z.w)；
步骤3.用户A把步骤2得到的一系列IP地址逐一采用网络IP地址到自治域AS号码的查找方法，依次逐一用上述IP地址加上查询服务器(QS1)的域名，构成新域名w.z.y.x.test1.foo.bar，逐个发往查询服务器(QS1)，同时发出域名解析请求；
步骤4.查询服务器(QS1)把用户A发出的步骤3所构成的域名根据BGP全球路由表，逐个查出该IP地址所对应的网络自治域号码(AS号码)，并用DNS的回答包的格式依次逐个返回给用户A；
步骤5.用户A根据步骤4中由查询服务器(QS1)查到的AS号码，采用自治域AS号码到测量服务器IP地址的查找方法，向查询服务器(QS2)逐个地发出由所得到的AS号码和查询服务器(QS2)域名共同构造的新域名as***.test2.foo.bar，同时发出域名解析请求；
步骤6.查询服务器(QS2)在收到由用户A在步骤5中发出的域名后，通过前述测量服务器注册数据库，逐个通过AS号码查找对应的测量服务器IP地址，并用DNS的回答包的格式依次逐个返回给用户A；
步骤7.用户B同样用步骤2--6所述的方法找到从用户B到用户A传输路径上所经过的各边界路由器所在自治域内的测量服务器的IP地址。
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Granted publication date: 20090527 |
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