CN101310476A - 基于dns的客户机-服务器系统及其在电子设备里的使用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种被配置以扩展网络里DNS效用的系统。一个DNS命令不仅包含应用服务器的主机名，还有包含命令名或引用以及该命令的一个或多个参数。换句话说，可以通过将参数编码到分区前的域名内，命令可以被参数化。因此，通过发出DNS命令到网络，客户机能够使用可用的服务器计算资源。

Description

基于DNS的客户机-服务器系统及其在电子设备里的使用
发明领域
本发明涉及一种客户机-服务器系统。特别地，本发明涉及一种客户机-服务器的计算环境，并利用广为接受的和广泛采用的网络构造：域名服务(DNS)或一种相似的名称注册系统。
发明背景
在一个客户机-服务器的计算环境里，其中客户机具有有限的硬件资源和有限的可用带宽，有必要在产生最小网络流量并要求尽可能少资源的方式下建立客户机应用程序。这种环境的一个例子是网络化的消费电子设备，其实际上是一个运行网络应用程序的嵌入式系统。
随着计算机技术和电子工程的飞速进步，越来越多的消费电子设备具有网络连接功能，其导致需要一个有效方式，建立轻便的应用程序协议并运行在这种设备上以实现有效的客户机-服务器沟通。
而且，由于大规模生产和竞争对手之间的激烈价格竞争，这些网络化消费电子设备的制造商通常对制造成本异常敏感。所以，除了网络带宽限制和物理限制如覆盖区和存储器消耗之外，寻找降低消费电子设备成本的制造商强烈需要在网络化消费电子设备和网络内服务器之间建立一个精简高效的通信模式、并将繁重的计算工作转移到服务器。
基于在请求注解(RFCs)列表(由互联网工程任务组(IETF)开发和维护)里定义的协议和标准，DNS是一种广为接受的和广泛采用的网络构造。DNS最通常被使用的功能之一是将人类可读域名转换成IP地址。
域名系统是分层结构，其中包含一个较大命名空间的名称服务器或一个DNS区将分区解析授权给其它名称服务器。例如，在许多其它名称服务器中间，名称服务器t1d1.ultradns.net负责解析在DNS区“org”下的地址，而主机“dns1.astri.org”是负责解析在分区“astir.org”下的任何地址的名称服务器。随后，“dnsl.astri.org”可以将进一步解析授权给另一个名称服务器。
由于DNS名称更容易被记忆，因此更加用户友好，DNS查找通常是用于任何基于网络的应用。在通常情况下，客户机将首先通过DNS堆栈发出一个查询到DNS服务器，以查询代表应用服务器如web服务器的名称地址。DNS服务器将回应0或更多A记录(对IPv4)或AAAA和A6记录(对IPv6)，其包含对应名称的地址。然后，客户机将使用那个地址，并直接发出一个应用请求到应用服务器。
除了需要一次额外往返以仅仅获取应用服务器的地址之外，客户机将需要安装协议堆栈用于应用层通信，如HTTP堆栈。对制造商而言，应用协议堆栈会产生开发成本和/或许可成本，并对覆盖区和存储器消耗施加额外的要求。再者，内部开发的专有协议将需要安全性、可伸缩性和其它网络问题的解决方案。所以，传统DNS通信模式不适合分布式或嵌入式网络化消费电子设备的应用客户机或其它情况(其中硬件资源紧张、且可用带宽有限)。
发明概述
因此，基于现有的互联网基础构造DNS或另一种名称注册系统，如单独使用或结合使用的Windows Active Directory，统一描述、发现和集成规范(UDDI)，建立一个节省成本的通用框架用于在网络化消费电子设备上运行的基于客户机-服务器的应用程序是大有裨益的。
使用本发明提供的方法和系统可以获得这个或其它优势，其中通过将应用程序命令编码到一个DNS查询以及通过重新使用明确定义的和广泛应用的DNS协议，在客户机能够极大地减少资源需求。
包含引用应用程序命令的DNS查询被称为“DNS命令”。DNS命令实际上与标准DNS查询具有相同的格式，即其包括多个被“圆点”或其它符号互相隔开的词组或单词。尽管DNS命令看上去与标准DNS查询没什么分别，但在它们之间存在一个重要差别。标准DNS查询基本上含有应用程序服务器的主机名，并询问主机的IP地址，与标准DNS查询不同的是，DNS命令不仅包含应用程序服务器的主机名，而且包含命令名或引用以及这个命令的一个或多个参数。换句话说，通过将参数编码到分区前的域名里，命令可以被参数化。而且，DNS命令不要求IP地址作为返回值，而是要求执行命令以返回执行结果。
为了处理DNS命令，可以使用一个被称为“C-DNS服务器”的特别DNS服务器。C-DNS服务器是具有额外功能的标准DNS服务器，从而有能力辨认DNS命令，并不同于标准DNS查询有区别地处理它。如果没有C-DNS服务器，DNS命令将引起一个错误消息“没有发现这种主机”。C-DNS服务器通常负责一个(或多个)特别分区，因此，包含引用分区命名空间的任何DNS命令将被看作DNS命令，而不是IP地址查询，然后其可以触发一系列的动作，包括但不限于，通过数据库服务器的数据库访问(查询、更新、等)，执行计算任务、或制定不同协议的请求到另一个应用程序服务器。
附图说明
图1显示处理一个具有DNS命令的应用的流程图。
图2显示通过DNS命令服务器处理来自客户机的DNS查询请求的流程图。
图3显示一个具有DNS命令的应用的配置。
图4显示一个具有另一个DNS命令的应用的配置。
发明详述
作为本发明的一个典型实施例，假设分区“command.astri.org”专用于基于DNS命令的应用，且名称服务器NS1(其是一个C-DNS服务器)负责分区，以下记录由客户机和C-DNS服务器NS1执行的一系列动作。
a.客户机发送TXT资源记录的DNS查询以查询名称：
“2.2.add.math.command.astri.org”-以标准DNS查询格式的一个DNS命令；
b.NS1辨认出它不是一个普通的DNS查询，而是一个DNS命令，并确保它将前往“math”分区；
c.NS1传递此命令到math-处理程序，一个负责执行算术计算的模块，由DNS命令里域名“add.math”部分引用。这个模块可以是应用服务器的一部分，在和NS1相同的主机上或在另一台主机上，且其可以传递任务到在相同主机上或不同主机上的另一个模块(代表)；
d.math处理程序或其代表解释“2.2.add”(部分DNS命令)为表达式“2+2”，并执行计算产生“4”作为结果；
e.math-处理程序返回在TXT资源记录里的结果(“4”)作为一个DNS响应；和
f.客户机接收DNS响应，解释结果不是一个IP地址，而是一个在定义DNS命令时的预定义含义。
相同的方法可以被用于各种情形。本方法的更多有用应用可以包括通过使用“[more_application_parameters].[identifier].rv.command.astri.org”和“[more_application_parameters].[identifier].rrv.command.astri.org”获得和释放网络连接的电路交换网络代理交换点(汇集点)；通过使用“[more_application_parameters].[timeslot].[channel].epg.command.astri.org”从有线电视的电子节目指南查询演出；通过使用“[more_application_parameters].[callee id].sip.command.astri.org”启动一个SIP电话；或通过使用“[more_application_parameters].[stock_code].stock.command.astri.org”获得股票报价。
以上是通过提供例子方式说明本发明，并不是意在限制范围。本领域有经验的技术人员可以应用本发明到其它情况以获得令人满意的结果。
从以上描述可以理解，本发明方法有许多从域名系统继承或扩展的优点特征，其另外需要由应用服务器亲自提供(详见RFC 1034和1035，除非另外特别说明，在此通过引用被结合到本发明里)。
灵活性
DNS命令被更多分区多路复用，因此，每个C-DNS服务器可以处理任何数量的DNS命令；当任何一个特别命令变得很流行时，它可以容易被移到一个专用名称服务器(C-DNS服务器)，其只是处理对应此命令的分区，完全避开用户(客户机)。
发现
任何特定C-DNS服务器支持的命令和其相应的技术说明书在系统集成之前，通常是在C-DNS服务提供者和应用开发者之间交流沟通。或者，可以从相同DNS命令结构内获取这些信息。作为例子，“command.astri.org”C-DNS服务器支持的一个命令列表可以通过查询域名“list.meta.command.astri.org”的一个TXT资源记录而获取，其中每个TXT资源记录包括命令名称、命令描述、和技术说明书的位置。类似地，一个特别命令“<command>”的技术说明可以在“<command>.meta.command.astri.org”上获取。依照C-DNS服务器里的当前负载模块，采用meta命令可以获取一个静态文档、或一个动态产生的文件。
安全性
通过仅采用DNS SEC说明书(详见RFC 2535，其通过引用被结合到本发明里)，安全性可以选择性地被添加到应用服务器内。
缓存
通过使用DNS响应的生存时间(TTL)项，可以实现缓存。设置给TTL的实际数值根据应用的性质不同而不同，如果应用基本上是信息获取且数据是相当静态的(例如从相应电视台的应用服务器下载电视节目表，如有线电视的电子节目指南)，数值将较大。有一些其它情形不需要缓存。通过设置TTL为0，可以轻易地实现无缓存，因此，强迫请求总是来到区的授权DNS服务器，其合乎上动态应用的需要，如建立SIP电话、或获得汇集点。
规模可伸缩性
通过增加更多的C-DNS服务器到服务器中心(server farm)、并插入相应的NS记录到区文件里，可以轻易地支持规模可伸缩性。
负载分配
负载分配是可实现的，例如通过实施轮转法(round robin)到相应DNS命令服务器(参考AAAA记录的RFC 3596、A6记录的RFC 2874、在此通过引用被结合到本发明里)的多个A记录(对IPv4)或AAAA和A6记录(对IPv6)。
尽管前述已经具体参考了域名系统，这些普遍概念也适用于任何名称注册系统，包括但不限于Windows Active Directory，统一描述、发现和集成(UDDI)。基于这些描述，本领域有经验的技术人员可以将此发明概念实施到其它名称注册系统。
以下描述一种涉及实施客户机-服务器系统的典型方法。本系统包括一个客户机、一个有许多DNS服务器(包括标准名称服务器和C-DNS服务器)的网络、和一个或多个应用服务器，其中客户机和应用服务器有办法连接到网络。网络和到/从客户机和应用服务器的连接可以是有线的和/或无线的。客户机可以是任何模块(被应用到硬件、软件或两者结合体)，其能够发出DNS查询(和DNS命令)并以预定义的资源记录格式处理一个返回。其包括但不限于一个分布式微处理系统，其具有网络接口嵌入到设备或机器(如在科学和技术研究实验室或制造工厂里的那些设备)、居家器具(如冰箱、烘箱、微波烘箱、咖啡机、洗碟机、洗衣机、干衣机、电视机等)、或移动设备(如移动电话、GPS、PDA等)等。应用服务器，通常在软件或软件和硬件结合体里执行，对应客户机请求能够执行多种计算任务，并提供结果到客户机。应用服务器或者是单个计算机主机系统或者是与C-DNS服务器主机的相同计算机系统。一个计算机系统通常是一个有CPU和存储器模块以运行软件应用程序的设备。
第一个步骤是定义和执行一个DNS命令(或一个子域，如图1步骤101)。如之前所述，DNS命令看上去类似于一个常规的DNS查询，其包括许多由“点”分隔的词组。DNS命令包括两部分。第一部分(如一个标准DNS查询的相同方式被处理)包括确保DNS命令将被路由到正确C-DNS服务器的信息，此C-DNS服务器已经执行应用程序命令的相应处理程序。第二部分包括涉及应用程序命令的信息，其可以或可以不包括一个或多个参数。但是，整个DNS命令是兼容已有DNS协议的格式，从而DNS命令被看作任何其它普通的DNS查询，直到其到达C-DNS服务器。可以相信，设计和应用能够发送DNS查询/命令并接收在资源记录里的响应的DNS客户机是已知的，并在本领域技术人员的经验范围内。DNS客户机通常是在不同程序环境下内置的。否则，依照DNS说明书，本领域有经验的技术人员能够在具体平台上开发出来。也应该相信，不需要进一步描述DNS命令进入C-DNS服务器的过程，因为其可以如在任何其它DNS查询被处理的相同方式而被处理。
第二个步骤是定义一个资源记录以返回应用服务器上(图1步骤102)执行应用程序命令的结果到DNS客户机。资源记录类型确定哪些信息可以被嵌入到响应里。这是一个具体应用，并受制于应用程序开发者的设计决策。通常，TXT资源记录是灵活的，因为其允许各种任意文本。然后，语法分析器(parser)被要求从TXT提取结果。其它有用的资源记录类型包括A(对于IPv6是AAAA和A6)、SRV和CNAME，其分别返回IP、主机和端口、和名称。对那些希望结果基本上都是一些网络资源格式的应用程序，这些是特别有用的。RFC 1035定义在DNS头里的响应代码(RCODE)，其是一个4比特字段，数值0-5被分别定义为“无错”、“格式错误”、“服务器失败”、“名称错误”、“未执行”和“拒绝”，数值6-15被预留给将来使用。这些代码对一些应用程序定义错误应该是足够的。
在步骤101和102定义DNS命令(子域名格式)和返回结果格式。下一个步骤(图1步骤103)则是应用软件逻辑去处理由命令提及的任务。特别地，每个由DNS命令提及的任务都能够被配置作为一个独立DNS区。然后，可以配置这个区以使用相应的处理程序。在BIND 9，可以使用BIND简单数据库(SDB)接口，来执行处理程序。当然，其它执行也可以产生令人满意的结果。
下一个步骤(图1步骤104)是插入处理程序到C-DNS服务器。这可以通过指定区配置文件(默认地，the/etc/named.conf)里的处理程序名称而实现。另外，名称服务器的实施与启动处理程序的编码一起，需要被重新编译到新增的处理程序。建立一个SDB模块的更多信息可以从相关DNS文档获得。当然，本领域有经验的技术人员可以设计在C-DNS服务器上配置处理程序的其它方法。
图2显示C-DNS服务器处理DNS命令的流程。当C-DNS服务器接收到一个DNS命令(步骤201)时，服务器检查请求是否对应一个其了解的名称(步骤202)。如果名称对应一个普通的DNS域名，C-DNS服务器通常执行和返回DNS记录(包含IP地址)(步骤203)。但是，如果DNS命令对应一个特别命令的一个预定义子域，C-DNS服务器传递此命令到对应的处理程序(步骤204)。这种处理的一个例子是BIND 9实施，其中由SDB框架处理。处理机制是当BIND 9发现一个区的匹配时，载入对应的DB。使用BIND 9作为例子，处理程序是指SDB的一个具体实施。为了传递命令到其对应的处理程序，C-DNS服务器有一个在区配置文件里定义的区到SDB(zone-to-SDB)的映射。处理程序相应地调用一个恰当模块处理请求以产生一个结果，其根据一个预定义的资源记录格式被确定(步骤206)，并通过C-DNS服务器传递回给客户机作为一个DNS响应(步骤207)。
图3和图4显示系统的可能配置，其中一个DNS服务器(302或402)可以定义多个处理程序(306-308，406-408)。或换句话说，其负责多个分区。处理程序可以被附加到其它应用服务器(图3里的303)，其提供实际计算服务或一个外部数据库服务器(图4里的403)用来查询或下载数据。
为了构造附加到本发明披露的权利要求，“DNS服务器”、“C-DNS服务器”、“DNS命令”、“DNS响应”包括在其它名称注册系统里的对应副本，例如，Windows Active Directory，统一描述、发现和集成(UDDI)。“应用服务器”是指任何计算模块(在软件、硬件或两者结合体里执行)，其能够接受命令或请求，执行由此命令或请求提及或指定的任务，并有选择地返回执行结果。
虽然已经描述和指出了被应用到首选实施例的本发明的基本新颖特征，但应该理解，在实施例格式和/或细节上可以作出各种省略和/或替换和/或改变，而不会偏离本发明的精神。本发明不受制于上述实施例，其仅作为例子被描述，但可以在附加权利要求定义的保护范围内作出各种修改。

Claims (20)

1.一个客户机系统包括：网络连接、发送器和接收器；所述发送齐被配置以通过所述网络连接发送DNS命令到C-DNS服务器，C-DNS服务器被配置以提供一个响应给所述接收器。
2.根据权利要求1所述的客户机系统，其中所述DNS命令与标准DNS查询具有相同的格式，其包括多个被原点或其它符号相互隔开的词组。
3.根据权利要求2所述的客户机系统，其中所述DNS命令包括第一段信息和第二段信息；所述第一段信息允许所述DNS命令被路由到C-DNS服务器，其包括一个处理程序以处理在所述第二段信息里引用的命令。
4.根据权利要求3所述的客户机系统，其中所述处理程序被附加或链接到一个应用服务器。
5.根据权利要求4所述的客户机系统，其中所述应用服务器是一个数据库服务器。
6.一种用于客户机从应用程序服务器请求服务的方法，本方法包括发送一个包括第一段信息和第二段信息的DNS命令，其中所述第一段信息允许所述DNS命令被路由到C-DNS服务器，C-DNS服务器被配置以通过一个处理程序执行在所述第二段信息里引用的命令。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括发送一个执行结果作为DNS响应到所述客户机。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理程序调用在所述应用程序里的一个服务模块来执行所述的命令，其中所述应用程序服务器是相同计算机系统里的主机或在不同计算机系统里作为所述C-DNS服务器的主机。
9.一种客户机-服务器系统，包括：
客户机；
一个或多个标准DNS服务器；
C-DNS服务器；
应用程序服务器；
DNS命令；和
处理程序，其中所述DNS命令通过所述一个或多个标准DNS服务器，被路由到所述C-DNS服务器，所述C-DNS服务器被配置以传递包含在所述DNS命令里的一个命令到所述处理程序，从而促使所述应用程序服务器执行所述命令。
10.根据权利要求9所述的客户机-服务器系统，其中所述应用程序服务器被配置以产生一个结果，并发送所述结果回到所述客户机作为一个DNS响应。
11.根据权利要求9所述的客户机-服务器系统，其中所述DNS命令与标准DNS查询是相同的格式，并包括多个被原点相互隔开的词组。
12.根据权利要求9所述的客户机-服务器系统，其中所述DNS命令包括第一段信息和第二段信息；所述第一段信息被配置以允许所述DNS命令被路由到所述C-DNS服务器，且所述第二段信息是引用所述DNS命令将被所述应用程序服务器执行。
13.根据权利要求12所述的客户机-服务器系统，其中所述应用程序服务器一个数据库服务器，其被配置以查询或更新数据库。
14.根据权利要求9所述的客户机-服务器系统，其中所述应用程序服务器是相同计算机系统里的主机或在不同计算机系统里作为所述C-DNS服务器的主机。
15.根据权利要求1所述的客户机系统，其被分配在一台设备上。
16.根据权利要求15所述的客户机系统，其中所述设备是一台科学设备。
17.根据权利要求15所述的客户机系统，其中所述设备是一台机器。
18.根据权利要求15所述的客户机系统，其中所述设备是一个居家应用设备。
19.根据权利要求1所述的客户机系统，其是一个消费电子设备上的主处理机。
20.根据权利要求19所述的客户机系统，其中所述消费电子设备是移动电话、PDA、GPS、音乐播放器或录音机、视频播放器或录像机、或笔记本计算机。
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