CN103685260B - 覆盖多播的区文件传送方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种覆盖多播的区文件传送方法及系统，服务于同一区的所有权威服务器组成一个覆盖网络，在各个服务器上通过增加区文件的转发功能得到新型区文件传送系统，本系统能够实现从主服务器到其他辅服务器的区文件多播传输的功能。本发明的覆盖多播的区文件传送方法是：将原有的DNS主服务器与DNS辅服务器直接传输变成了以DNS辅服务器为中继节点的间接传输；增设一个转发调度服务器以用来收集各个权威服务器之间的链路信息，并通过一定的多播树生成算法计算得到一棵多播树，还为各个权威服务器计算各自的转发表。本发明的方法因为利用了辅服务器之间的链路用作数据传输，加速了区文件传输。同时本发明能够节省资金，而且便于实现和推广。

Description

覆盖多播的区文件传送方法及系统

技术领域

本发明涉及一种取文件传输方法，特别涉及一种覆盖多播去传送的区文件传输方法，属于网络信息传输领域。

背景技术

作为互联网的重要基础设施，域名系统(Domain Name System,DNS)一直为全球互联网的运行提供关键性的基础服务。在DNS系统中，解析数据是以区文件的形式存在的。同一个区有很多权威服务器为其提供服务，这些服务器组成一个权威服务器组。其中一个权威服务器为主服务器，其他服务器为辅服务器。目前，主服务器和辅服务器以分层的传输机制传输数据如图1所示，一些DNS辅服务器周期地向DNS主服务器获取区文件，另一些DNS服务器再从前者获取区文件。

基于安全和服务质量的考虑，权威服务器组中的服务器之间的距离相对较远。距离远不仅造成了两者之间的RTT较大，而且造成了两者之间的带宽不理想。服务器之间传输路径上的网络链路和网络设备性能不一，一些性能低下的设备和带宽较低的链路成为传输的瓶颈，拉低了整个链路的总带宽。不仅如此，随着互联网的发展，有些区的区文件(如很多顶级域的区文件)变得相对越来越大，传输所用的时间有所增加。总之，区文件传输时间长是一个亟待解决的问题。

现有的区文件的传输机制都是在没有考虑链路传输能力、网络状况动态变化等因素的情况下，人为地根据主观判断指定的传输模式。而且，该模式也不能随着环境条件的改变而灵活地改变，传输效率不能做到可适应的最优，进而影响了DNS解析服务质量和域名数据的及时更新。

发明内容

本发明的目的是解决区文件传输速率慢的问题，提高区文件传输的速率，减少传输所花费的时间。

本发明的技术方案如下：一种覆盖多播的区文件传送方法，其步骤包括：

1)在一个由主DNS服务器、辅DNS服务器以及用于覆盖多播的转发调度服务器组成的覆盖网络中，主DNS服务器向转发调度服务器发送区文件传送调度请求；所属转发调度服务器为区传送计算多播生成树和转发表的第三方；

2)接收到请求后所述转发调度服务器收集所述主DNS服务器节点、所述辅DNS服务器节点两两之间的链路信息；主服务器(仅仅有一台)和辅服务器(可以有很多台)组成了一个权威服务器组，该转发调度服务器要收集这个服务器组中的两两服务器之间的链路信息；

3)所述转发调度服务器根据所述链路信息建立多播树，再根据所述多播树计算每个主/辅DNS服务器节点的转发表，并将所述各自的转发表分别发送给各个主/辅DNS服务器节点；

4)所有DNS服务器都收到所述转发表，主DNS服务器根据自身的转发表转发区文件；所述辅DNS服务器根据所述转发表复制/转发主DNS服务器的区文件数据，或者从其他辅DNS复制并转发区文件数据；

5)当所有辅DNS服务器获得所述区文件后，完成传输。

更进一步，所述链路信息为最大TCP吞吐率，并将所述最大TCP吞吐率转化为链路代价。

更进一步，所述所有DNS服务器都收到所述转发表之后，所述主DNS服务器和辅DNS服务器将向转发调度服务器做出成功收到反馈，同时辅DNS服务器接收到了转发表后会将该转发表在本地进行复制。

更进一步，所述建立多播树的方法根据所述区文件的重要情况和总代价分为三种情况：

若各个节点区文件获取速度比总代价更重要时，采用最短路径算法；

若总代价比各个节点区文件获取速度更重要时，采用最小生成树算法；

若既保证让每个节点尽快获取区文件，又保证总体的代价较低时，采用低代价最短路径树算法。

更进一步，所述建立多播树的方法为以下的一种或者多种：普利姆算法、克鲁斯卡尔算法、SBPT算法、Dijkstra算法。

更进一步，所述每个节点的转发表由转发表头和转发表体等两部分组成，

所述转发表表头包含：转发表ID、操作码和转发表条目数；

所述转发表体含有转发的目标DNS服务器IP地址列表。

更进一步，根据多播树在辅DNS服务器节点计算转发表的过程如下：

1)在多播树中找出任意节点A的孩子节点，如果有一个或者多于一个节点，则进入过程2)，如果没有，则进入过程3)；

2)为每个子节点建立一条转发表条目(序号，子节点IP地址)，其中序号从1递增；

3)A节点的转发表为空。

更进一步，当所述辅DNS服务器收到区文件数据时，如果转发表中有转发条目，则既需要复制一份到本地，又要将该区文件转发给转发表中指示的所有服务器，所述主DNS服务器不需要复制，仅需要转发，且通过DNS的TSIG和SIG(0)方法验证复制获取的区文件数据。

更进一步，将所述区文件数据分块：切分成小的子文件块，再将该些子文件块分别进行传输。

本发明还提出了一种覆盖多播的区文件传送系统，包括：主DNS服务器、辅DNS服务器以及用于覆盖多播的转发调度服务器，

所述主DNS服务器，根据转发表向辅DNS服务器转发区文件，不需要复制区文件仅需要转发；

所述辅DNS服务器，根据转发表复制并转发区文件；如果转发表中有转发条目，则既需要复制一份到本地，又要将该区文件转发给转发表中指示的所有DNS服务器；

所述转发调度服务器，用于接收所述主DNS服务器的请求并根据多播树生成算法建立多播树，再根据多播树建立转发表。其功能可以在主服务器或者任一辅服务器上实现。独立的转发调度服务器可能因为与主/辅服务器的运行互不影响而性能更优。

本发明的有益效果：

1)加速区文件传输。一方面，现有区文件传输中所有辅服务器都是从主服务器获取区文件，链路带宽受到链路上的瓶颈设备的瓶颈带宽的限制，最终导致传输速度不理想，本发明的方法因为利用了辅服务器之间的链路用作数据传输，从而解决了这个问题；另一方面，因为现在路由系统不是负载均衡敏感的，链路所经过的自治系统都会根据自身的条件和需求(经济考虑)设置属于自己的路由策略，现有互联网的路由系统为区文件所“选择”的路径可能不是那么合理的。本发明的覆盖多播方法将原有的主服务器与辅服务器直接传输变成了以辅服务器为中继节点的间接传输，一定程度上绕过了一些带宽的瓶颈链路和设备，进而提高了传输速度。本发明提到的低代价最短路径算法使从主服务器到每个节点的最短路径要比它们一对一的传输花费要小，传输文件所花费时间比现在点对点的传输要少。

2)节省资金。如果区文件很大，而又希望快速将其传完，那么依靠现有的区文件传输机制必然要求主服务器与辅服务器的链路带宽做扩展，从而需要投入更多的增加更多的资金来提高某些中间链路的传输速度。本发明提高了传输速度，从而免除了更多的资金投入。

3)便于实现和推广。不像IP多播那样，应用层多播不需要改变路由器，只需要改变端系统，增加一些复制转发功能即可；遵循DNS的基本机制，如区传送触发机制(notify机制和soa记录探测机制)，事务信息验证机制tsig、sig(0)等。

附图说明

图1为现阶段区传送方法示意图。

图2为本发明提出的覆盖多播区传送示意图。

图3为覆盖多播区传送流程示意图。

图4为本发明一实施例中覆盖多播的复制转发示意图。

图5为本发明一实施例中区文件分块传输示意图。

图6为本发明一实施例中转发表格式示意图。

具体实施方式

这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明的保护范围。替代方法有如下几种方式：

(1)除了上面提到的最短路径、最小生成树、低代价最短路径树等算法，其他算法也可以作为多播树的构建方法；

(2)除了链路的最大TCP吞吐率作为链路代价之外，其他的指标也可以用作链路代价；

(3)除了使用上文的路由算法(将其称为集中式路由算法)，还可以使用分散式路由算法来获得多播表和转发表。分散式路由算法就是每个节点收集其他所有节点的路由信息，并根据这些信息求得多播树和属于它自己的转发表。与集中式构建不同，分散式构建需要每个节点向其他所有节点广播链路状况信息，集中式构建只需要所有辅服务器将它们的链路信息发送给主服务器。

(4)除了转发调度服务器主动向辅服务器请求链路信息外，辅服务器还可以主动向转发调度服务器发送其相关链路信息。

为实现上述目的，本发明提出一种覆盖多播区传送的方法用以传输区文件，其传输架构如图2所示。其中，DNS辅服务器之间的链路用作数据传输，将原有的DNS主服务器与DNS辅服务器直接传输变成了以DNS辅服务器为中继节点的间接传输；增设一个转发调度服务器以用来收集各个权威服务器之间的链路信息，并通过一定的多播树生成算法计算得到一棵多播树。覆盖多播区传送也就是通过覆盖多播的方法传输区文件的方法。具体来说，就是将服务于同一区的所有权威服务器(包括主服务器和辅服务器)组成一个覆盖网络，在各个服务器上通过增加端系统的转发功能，实现从主服务器到其他辅服务器的区文件多播传输的功能。覆盖多播区传送的特征包括以下步骤(如图3所示)：

(1)如果请求次数没有超过阈值(如3次)，主服务器向转发调度服务器发送调度请求，且将请求次数增1；否则，退出。

(2)转发调度服务器收到主服务器的请求之后，开始收集各个节点(包括主服务器节点和所有辅服务器节点)之间的链路信息(比如，最大TCP吞吐率和带宽价格等)，并将其转化为链路代价，再通过一定的多播树生成算法(见后文)计算得到一棵多播树；

(3)根据所述多播树，转发调度服务器为每个节点(包括主服务器)计算它们的路由转发表，并将这些路由转发表发送给该些服务器(主、辅)；

(4)主服务器和辅服务器成功收到这些转发表时，将向转发调度服务器做出合理地反馈(成功收到)同时辅服务器接收到了转发表后会将该转发表在本地进行复制；

(5)当确定所有DNS服务器都正确收到了发送给它们的转发表时，转发调度服务器就向主服务器做调度成功的反馈；

(6)如果收到转发调度服务器成功的反馈时，主服务器开始根据自身的转发表开始转发区文件数据(区文件子块)；否则，转向(1)。同时，辅服务器按照其收到的转发表复制并转发主服务器或其他辅服务器收到的数据，直至所有辅服务器都收到区文件并退出为止。

在上面的步骤中，一些详细的过程解释如下：

将权威服务器之间的链路的带宽价格(用字母P标识)与最大吞吐率(用字母T标识)的比值(P/T)作为该链路的代价。该代价将在多播树生成中被用到。

覆盖多播需要一棵多播树进行多播，选用的多播树生成算法可以是：

(1)最短路径(如Dijkstra算法)。最短路径是站在局部的角度上考虑，让其每个节点获得区文件的代价最小，进而每个节点最快获得区文件。因为没有考虑到所有节点的整体代价，所以总体的代价总和要高一些。该算法适用于各个节点区文件获取速度比总代价更重要的情况。

(2)最小生成树(如普利姆算法和克鲁斯卡尔算法)。最小生成树是站在全局的角度上考虑，让所有节点的整体代价最小。虽然总体的代价是最低的，但是有些节点到主服务器的代价相对较大，获取区文件的时间会较长。该算法适用于总代价比各个节点区文件获取速度更重要的情况。

(3)低代价最短路径树(如SBPT算法)。低代价最短路径树算法兼具最短路径和最小生成树算法的优点，既尽量保证让每个节点尽快获取区文件，又尽量保证总体的代价较低。

之所以需要转发表，是因为每个节点要转发数据包就需要多播转发表。像上面所述，路径信息都是由转发调度服务器收集，并通过一定的多播树生成算法求得一棵多播树，再根据该表为每个节点生成各自的转发表，并将其发送给各个节点。各个节点通过DNS的TSIG和SIG(0)方法验证复制获取的区文件数据。

转发表由转发表头和转发表体等两部分组成(如图6所示)。

转发表表头含有转发表ID、操作码和转发表条目数；转发表体含有转发的目标服务器IP地址列表。

表头中的ID是随机生成的两字节的非负整数；操作码指示了该报文是请求包，还是应答包等信息，长度为2字节；条目数指示了表体地址列表中的地址数，长度为两字节。表头定长6字节。而表体由于包含的IP地址数目不一，长度不固定。

操作码中的第一个位QR标识转发表报文是请求包，还是应答包。当QR是1时，报文是请求包；当QR是0时，报文是应答包。转发调度服务器向DNS服务器发送请求包时，将报文的QR置为1，DNS服务器向转发调度服务器发送应答包时，将QR清为0。表体条目是通用套接字地址结构(struct sockaddr_storage)。

假设转发调度服务器已经计算生成多播树，那么在本发明中为DNS辅服务器A节点计算转发表的过程如下：

(1)在多播树中找出A节点的孩子节点。如果有一个或者多于一个节点，则进入过程(2)；如果没有，则进入过程(3)。

(2)为每个子节点建立一条转发表条目(序号，子节点IP地址)，其中序号从1递增，退出。

(3)A节点的转发表为空，退出。

所述复制转发是指，当辅服务器收到区文件数据时，如果转发表中有转发条目，那么它既需要复制一份到本地，又要将其转发给转发表中指示的所有服务器(如图4所示)。特别地，主服务器不需要复制，仅需要转发。通过DNS的TSIG和SIG(0)方法验证复制获取的区文件数据。

所述区文件分块是指，为了在节点之间并行区文件数据，将区文件切分成小的子文件，再将这些子块分别进行传输。如图5所示，节点A和B之间传输的是数据子块3和4，与此同时节点B将之前从节点A获取的数据子块1和2向节点C之间传输。

切分的子块既不能过大，也不能过小。如果切分的粒度太大，那么接收节点在接收数据期间，就无法向下一节点传送其相关的数据，并行的效果不明显；如果切分的粒度太小(小于MSS)，太多的tcp包生成，反而可能会加大传输的延迟。

Claims (10)

1.一种覆盖多播的区文件传送方法，其步骤包括：

1)在一个由主DNS服务器、辅DNS服务器以及用于覆盖多播的转发调度服务器组成的覆盖网络中，主DNS服务器向转发调度服务器发送区文件传送调度请求；

2)接收到请求后所述转发调度服务器收集所述主DNS服务器节点、所述辅DNS服务器节点两两之间的链路信息；

3)所述转发调度服务器根据所述链路信息建立多播树，再根据所述多播树计算每个节点的转发表，并将所述转发表发送给主/辅DNS服务器节点使所有DNS服务器都收到所述转发表；

4)所述主DNS服务器根据自身的转发表转发区文件；所述辅DNS服务器根据所述转发表复制/转发主DNS服务器的区文件数据，或者从其他辅DNS复制并转发区文件数据；

5)当所有辅DNS服务器获得所述区文件后，完成传输。

2.如权利要求1所述的覆盖多播的区文件传送方法，其特征在于，所述链路信息为最大TCP吞吐率，并将所述最大TCP吞吐率转化为链路代价。

3.如权利要求1所述的覆盖多播的区文件传送方法，其特征在于，所述所有DNS服务器都收到所述转发表之后，所述主DNS服务器和辅DNS服务器将向转发调度服务器做出成功收到反馈，同时辅DNS服务器接收到了转发表后会将该转发表在本地进行复制。

4.如权利要求1所述的覆盖多播的区文件传送方法，其特征在于，所述建立多播树的方法根据所述区文件的重要情况和总代价分为三种情况：

若各个节点区文件获取速度比总代价更重要时，采用最短路径算法；

若总代价比各个节点区文件获取速度更重要时，采用最小生成树算法；

若既保证让每个节点尽快获取区文件，又保证总体的代价较低时，采用低代价最短路径树算法。

5.如权利要求1所述的覆盖多播的区文件传送方法，其特征在于，所述建立多播树的方法为以下的一种或者多种：普利姆算法、克鲁斯卡尔算法、SBPT算法、Dijkstra算法。

6.如权利要求1所述的覆盖多播的区文件传送方法，其特征在于，所述每个节点的转发表由转发表头和转发表体等两部分组成，

所述转发表头包含：转发表ID、操作码和转发表条目数；

所述转发表体含有转发的目标DNS服务器IP地址列表。

7.如权利要求1所述的覆盖多播的区文件传送方法，其特征在于，根据多播树在辅DNS服务器节点计算转发表的过程如下：

1)在多播树中找出任意节点A的孩子节点，如果有一个或者多于一个节点，则进入过程2)，如果没有，则进入过程3)；

2)为每个子节点建立一条转发表条目：序号、子节点IP地址；其中序号从1递增；

3)A节点的转发表为空。

8.如权利要求7所述的覆盖多播的区文件传送方法，其特征在于，当所述辅DNS服务器收到区文件数据时，如果转发表中有转发条目，则既需要复制一份到本地，又要将该区文件转发给转发表中指示的所有服务器，所述主DNS服务器不需要复制，仅需要转发，且通过DNS的TSIG和SIG(0)方法验证复制获取的区文件数据。

9.如权利要求1所述的覆盖多播的区文件传送方法，其特征在于，将所述区文件数据分块：切分成小的子文件块，再将该些子文件块分别进行传输。

10.一种覆盖多播的区文件传送系统，其特征在于，包括：主DNS服务器、辅DNS服务器以及用于覆盖多播的转发调度服务器，

所述主DNS服务器，根据转发表向辅DNS服务器转发区文件，不需要复制区文件仅需要转发；

所述辅DNS服务器，根据转发表复制并转发区文件；如果转发表中有转发条目，则既需要复制一份到本地，又要将该区文件转发给转发表中指示的所有DNS服务器；

所述转发调度服务器，用于接收所述主DNS服务器的请求并根据多播树生成算法建立多播树，再根据多播树建立转发表。