CN111447304B - 一种任播递归域名系统任播节点ip地址枚举方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举方法，包括：步骤一、探测客户端发送探测报文给任播递归域名系统；步骤二、任播递归域名系统将探测报文通过任播协议路由到其中一个任播节点；步骤三、任播节点根据探测报文，生成域名解析请求报文并发送至权威域名服务器；步骤四、权威域名服务器根据域名解析请求报文，动态生成应答记录后发送应答报文给任播节点；步骤五、任播节点将应答报文转发给探测客户端；步骤六、探测客户端从接收到的应答报文中提取任播节点的IP地址。本发明还公开了一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举系统。本发明能够让普通用户枚举任播递归域名系统的任播节点的真实单播IP地址。

Description

一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举方法和系统
技术领域
本发明属于互联网网络测量技术领域，具体涉及一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举方法和系统。
背景技术
域名系统(Domain Name System，DNS)是一个多层次的分布式系统，其基本功能是提供域名到IP地址的映射，为HTTP、FTP、EMAIL等网络服务提供寻址服务。域名系统主要包括：（1）域名空间和资源记录；（2）名称服务器；（3）解析器。其中名称服务器是域名系统的核心组件，通又称为权威域名服务器，存储其所管辖的域名的权威资源记录，并且通常只负责这些域名的解析，提供迭代解析服务，而不提供递归解析。根据权威域名服务器负责解析的域名在域名空间中所处的层次，又可以分为根域名服务器、顶级域名服务器、二级域名服务器等。解析器也称为递归域名服务器或者缓存域名服务器，是为了提高查询效率，均衡权威域名服务器负载而提出的，对互联网用户提供递归解析服务。
任播（Anycast）概念最早由RFC 1546提出，其语义为：在IP网络上通过任播地址标识一组特定服务（例如：域名解析）的主机，任播报文能够被路由到其中的至少一台主机上，提供一种无状态、尽力而为的服务。这组主机共享的提供服务的地址称为任播地址（Anycast IP），其中的一个主机，称为任播节点（Anycast instance）。在同一任播系统中，所有任播节点通过任播地址提供服务，任播系统通过任播节点的单播地址管理任播节点。用户访问该任播地址时，将被路由到该任播系统的服务器主机实例中最近的一个。为了提高用户访问体验，减少不同地理位置的用户访问时延，递归域名系统中广泛部署任播技术。
目前针对任播的研究主要集中在任播部署、任播路由设计以及任播应用等方面。已有的任播节点IP获取方法（专利108600051A，《BGP Anycast集群服务质量探测方法和探测设备》），该专利的目的是为了方便任播系统的管理，是从任播系统管理者的角度，在已经掌握任播节点控制权的基础上，采用构造HTTP报文和DNS报文两种方式，获取任播节点的IP地址。但对于普通用户而言，在不具备管理权限的情况下，无法控制任播节点的行为，使其在应答中包含任播节点的IP地址，同时，任播系统提供商会出于安全和资源保护等方面的考虑，有意隐藏各任播节点IP或拒绝探测，当用户直接向缓存域名服务器任播系统的任播节点实例发送域名解析请求，并不能得到解析应答。
当前，从用户的角度对递归域名系统任播节点的探测方法有两类：第一类方法利用DNS协议，基于CHAOS类别的DNS记录识别任播服务及任播节点，这种方法依赖于RFC 4892的约定，但是这一约定并不是强制性的，这给任播服务识别与任播节点枚举带了不确定性；第二类方法利用地理不一致性思想，通过测量探测节点与目标缓存域名服务器之间的延时，发现地理上的冲突实现任播的识别和枚举，这种方法高度依赖于网络延迟测量的准确性，由于网络延迟测量受到各种因素的影响，测量噪声难以排除，导致这种方法的测量精度不高。而且，这种方法只能枚举任播节点数量，并不能获得任播节点的IP地址。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举方法，该枚举方法能够让不具备管理权限的普通用户识别并枚举任播递归域名系统的任播节点，得到任播节点的真实单播IP地址，为评估递归域名系统的域名解析效率、优化缓存域名系统部署、提高缓存域名服务器安全性提供网络测量手段。
本发明的目的之二，在于提供一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举系统。
为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：
一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举方法，所述枚举方法包括如下步骤：
步骤一、分布在不同地理位置的任意一个探测客户端发送探测报文给对应的任播递归域名系统；
步骤二、所述任播递归域名系统将接收到的探测报文通过任播协议路由到其中一个任播节点；
步骤三、所述任播节点根据接收到的探测报文，生成域名解析请求报文并发送至对应的权威域名服务器；
步骤四、所述权威域名服务器根据接收到的域名解析请求报文，动态生成应答记录后发送应答报文给所述任播节点；
步骤五、所述任播节点通过所述任播递归域名系统服务IP地址将接收到的应答报文转发给所述探测客户端；
步骤六、所述探测客户端从接收到的应答报文的Answer域中提取所述任播节点的IP地址。
进一步的，步骤一中，所述探测报文包括探测客户端源地址、任播递归域名系统服务IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型；
步骤三中，所述解析请求报文包括任播节点IP地址、权威域名服务器IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型；
步骤四中，所述应答报文包括权威域名服务器IP地址、任播节点IP地址、源端口号、目的端口号、查询域名、查询记录类型和应答记录；
所述应答记录包括查询域名和查询记录类型；
所述查询记录类型为TXT；
所述查询域名包括任播递归域名系统服务IP地址和域名。
进一步的，所述探测报文、解析请求报文、应答记录和应答报文均还包括查询记录类别；
所述查询记录类别为IN或CH。
进一步的，所述步骤六还包括：
探测客户端从接收到的应答报文中提取所述任播递归域名系统的服务IP地址。
为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：
一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举系统，所述枚举系统包括：
探测报文发送模块，用于分布在不同地理位置的任意一个探测客户端发送探测报文给对应的任播递归域名系统；
路由模块，用于所述任播递归域名系统将接收到的探测报文通过任播协议路由到其中一个任播节点；
域名解析请求报文生成模块，用于所述任播节点根据接收到的探测报文，生成域名解析请求报文并发送至对应的权威域名服务器；
应答记录生成模块，用于所述权威域名服务器根据接收到的域名解析请求报文，动态生成应答记录后发送应答报文给所述任播节点；
转发模块，用于所述任播节点通过所述任播递归域名系统服务IP地址将接收到的应答报文转发给所述探测客户端；
提取模块，用于所述探测客户端从接收到的应答报文的Answer域中提取所述任播节点的IP地址。
进一步的，所述探测报文包括探测客户端源地址、任播递归域名系统服务IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型；
所述解析请求报文包括任播节点IP地址、权威域名服务器IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型；
步骤四中，所述应答报文包括权威域名服务器IP地址、任播节点IP地址、源端口号、目的端口号、查询域名、查询记录类型和应答记录；
所述应答记录包括查询域名和查询记录类型；
所述查询记录类型为TXT；
所述查询域名包括任播递归域名系统服务IP地址和域名。
进一步的，所述探测报文、解析请求报文、应答记录和应答报文均还包括查询记录类别；
所述查询记录类别为IN或CH。
进一步的，所述提取模块，还用于探测客户端从接收到的应答报文中提取所述任播递归域名系统的服务IP地址。
本发明的有益效果：
1、本发明根据任播原理和域名解析过程，利用客户端向任播递归域名系统服务IP地址发送探测报文，进行特定查询（如域名查询），再通过任播递归域名系统通过任播协议路由到其中一个任播节点，通过任播节点向具有管理权限的权威域名服务器发送域名解析请求包，从而发起相应的域名查询请求；再通过权威域名服务器返回将含有发起查询的任播节点的真实IP地址的应答报文给发起查询的任播节点，继而通过任播递归域名系统返回给客户端，从而完成获取并枚举任播递归域名系统任播节点的真实IP地址。整个过程不需要具备所探测的任播递归域名系统的任何权限，只需要探测客户端能够访问任播递归域名系统公开提供的服务，为评估任播递归域名系统任播系统的域名解析效率、优化任播递归域名系统部署、提高任播递归域名系统安全性提供网络测量手段。
2、本发明利用具有管理权限的权威域名服务器进行递归域名解析，其解析记录类型（TXT）与探测报文相同，使得整个探测过程能够依托DNS域名解析流程进行；同时，为满足探测要求，本发明将任播节点IP写入应答报文（解析记录）中，保证了同一域名同一类型请求下解析记录要随着任播节点的IP的变化而变化。
附图说明
图1为本发明的任播递归域名系统任播节点IP地址枚举方法流程示意图；
图2为本发明的任播递归域名系统任播节点IP地址枚举原理示意图；
图3为本发明的TXT查询记录的内容示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
由于任播服务对于用户来说是透明的，例如：从用户角度向8.8.8.8发送域名解析请求，并从8.8.8.8获得解析结果，客户端察觉不到任播服务，也不能获得真实为其提供解析服务的任播节点真实IP地址；但是域名解析过程中任播递归域名系统任播节点（以下简称任播节点）与权威服务器存在数据包交互的过程，当任播节点内不存在对应请求的解析记录时，会通过迭代查询最终向具备管理权限的权威域名服务器发送解析请求。任播节点与权威域名服务器之间的数据交互是双向的，即任播节点向权威域名服务器发送请求，权威域名服务器也要将解析结果发送给该任播节点，为保证数据交互的正常进行，在任播节点与权威服务器交互过程中，任播节点不可以采用任播服务IP地址来隐藏真实IP，因而，权威域名服务器可以获取任播节点的真实IP并将其封装在应答报文中，通过域名解析流程最终发送至探测客户端。
基于此，本实施例给出了一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举方法，参考图1和2，该枚举方法包括如下步骤：
步骤一、分布在不同地理位置的任意一个探测客户端发送探测报文给对应的任播递归域名系统。
本实施例的探测报文包括探测客户端源地址、任播递归域名系统服务IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型，还包括查询记录类别。其中，查询记录类型一般优选为TXT，查询记录类别为IN或CH，优选为IN。该探测报文的格式与解析请求报文的格式相同，能满足本域名解析请求，如查询名为114.114.114.114.rnds.dnsmeasurement.com，查询记录类别为IN，查询记录类型为TXT，其中，114.114.114.114为任播递归域名系统的服务IP地址，用于标记探测的任播递归域名系统，具备管理权限的域名为dnsmeasurement.com， rnds.dnsmeasurement.com是域名dnsmeasurement.com的子域名。IN查询记录类别（互联网类别）具有广泛的应用性和支持性。为了防止任播递归域名系统或者探测报文经过的中间节点对报文记录内容的篡改，保证得到的任播节点IP地址的准确性和正确性，本实施例根据TXT记录可承载任何文本信息、且长度可变的特性，采用TXT查询记录进行记录，同时TXT查询记录具有广泛的应用性和支持性。
步骤二、所述任播递归域名系统将接收到的探测报文通过任播协议路由到其中一个任播节点。
步骤三、所述任播节点根据接收到的探测报文，生成域名解析请求报文并发送至对应的权威域名服务器。
本实施例的解析请求报文包括任播节点IP地址、权威域名服务器IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型，还包括查询记录类别。其中，查询记录类型一般优选为TXT，查询记录类别优选为IN。
步骤四、所述权威域名服务器根据接收到的域名解析请求报文，动态生成应答记录后发送应答报文给所述任播节点。
本实施例的权威域名服务器具备对查询域名及其子域名空间提供权威解析功能，对特定域名空间（如dnsmeasurement.com）内的域名提供权威解析服务，使得域名解析请求被定向到对应的权威域名服务器，其请求查询的域名必须属于同一域名空间（如rdns.dnsmeasurement.com子域名）。此外，还应将待探测的域名系统任播服务IP地址封装进查询的请求域名中（如若探测服务IP为114.114.114.114的任播节点IP地址，则查询名为：114.114.114.114.rdns.dnsmeasurement.com），查询类别为IN；查询记录类型为TXT等。
本实施例的权威域名服务器收到任播递归域名系统任播节点发送的域名解析请求，根据域名解析请求的源IP地址、源UDP端口号和当前系统时间等信息，动态构造相应的应答记录，该应答记录包括查询域名和查询记录类型，还包括查询记录类别。其中，查询记录类型一般优选为TXT，查询记录类别为IN或CN。如“2019-12-04 21:22:22.837#172.253.4.3#42402####”，并将包含任播节点IP的应答报文返回给发起查询的IP地址（任播节点IP地址），生成应答报文，该应答报文包括权威域名服务器IP地址、任播节点IP地址、源端口号、目的端口号、查询域名、查询记录类型和应答记录，还包括查询记录类别。应答记录包括查询域名、查询记录类型或查询域名、查询记录类型和查询记录类别，如TXT类型的解析记录“2019-12-04 21:22:22.837#172.253.4.3#42402####”。
综上，TXT记录一般是为某条记录设置说明的记录，其本身就可以设置对某一域名的说明性文字，所以手动更改设置TXT记录并不会导致正常的域名解析受到影响，TXT查询记录的内容包括权威域名服务器生成应答报文时的时间戳（权威域名服务器相应时间）、任播节点的IP地址和任播节点所使用的UDP端口号，参考图3，这样既可以要满足探测及记录的需要，同时可以防止域名解析报文经过的中间节点篡改报文内容，提升探测数据的利用价值。
为了便于测量，本实施例对于上述记录的构造过程需要设置触发条件，即只有特定子域名（例如：rdns.dnsmeasurement.com）的域名解析请求才会触发上述解析过程。同时，需要合理设置动态生成的记录的生存时间（即TTL），过长可能无法有效触发任播递归域名系统向权威域名服务器发起查询，过短可能会被任播递归域名系统判定为异常。因此，不宜过长，也不一宜过短，如60秒。
步骤五、所述任播节点通过所述任播递归域名系统服务IP地址将接收到的应答报文转发给所述探测客户端。
步骤六、所述探测客户端从接收到的应答报文的Answer域（如应答字段）中提取所述任播节点的IP地址。
本实施例的探测客户端还可以从接收到的应答报文（如查询问题字段）中提取所述任播递归域名系统的服务IP地址。
网络层任播服务会使不同地理位置的用户访问不同的任播节点，本实施例可利用不同地理位置的客户端对同一任播递归域名系统任播服务IP进行多次探测，即可枚举该任播服务IP下的所有任播节点IP。
本实施例根据任播原理和域名解析过程，利用客户端向任播递归域名系统服务IP地址发送探测报文，进行特定查询（如域名查询），再通过任播递归域名系统通过任播协议路由到其中一个任播节点，通过任播节点向具有管理权限的权威域名服务器发送域名解析请求包，从而发起相应的域名查询请求；再通过权威域名服务器返回将含有发起查询的任播节点的真实IP地址的应答报文给发起查询的任播节点，继而通过任播递归域名系统返回给客户端，从而完成获取并枚举任播递归域名系统任播节点的真实IP地址。整个过程不需要具备所探测的任播递归域名系统的任何权限，只需要探测客户端能够访问任播递归域名系统公开提供的服务，为评估任播递归域名系统任播系统的域名解析效率、优化任播递归域名系统部署、提高任播递归域名系统安全性提供网络测量手段；本实施例利用具有管理权限的权威域名服务器进行递归域名解析，其解析记录类型与探测报文相同，使得整个探测过程能够依托DNS域名解析流程进行；同时，为满足探测要求，本发明将任播节点IP写入应答报文（解析记录）中，保证了同一域名同一类型请求下解析记录要随着任播节点的IP的变化而变化。
另一实施例给出了一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举系统，该枚举系统包括：
探测报文发送模块，用于分布在不同地理位置的任意一个探测客户端发送探测报文给对应的任播递归域名系统；
路由模块，用于所述任播递归域名系统将接收到的探测报文通过任播协议路由到其中一个任播节点；
域名解析请求报文生成模块，用于所述任播节点根据接收到的探测报文，生成域名解析请求报文并发送至对应的权威域名服务器；
应答记录生成模块，用于所述权威域名服务器根据接收到的域名解析请求报文，动态生成应答记录后发送应答报文给所述任播节点；
转发模块，用于所述任播节点通过所述任播递归域名系统服务IP地址将接收到的应答报文转发给所述探测客户端；
提取模块，用于所述探测客户端从接收到的应答报文的Answer域中提取所述任播节点的IP地址；还用于探测客户端从接收到的应答报文中提取所述任播递归域名系统的服务IP地址。
本实施例的探测报文包括探测客户端源地址、任播递归域名系统服务IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型。解析请求报文包括任播节点IP地址、权威域名服务器IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型。应答报文包括权威域名服务器IP地址、任播节点IP地址、源端口号、目的端口号、查询域名、查询记录类型和应答记录。应答记录包括查询域名和查询记录类型。查询记录类型为TXT；查询域名包括任播递归域名系统服务IP地址和域名。探测报文、解析请求报文、应答记录和应答报文均还包括查询记录类别；查询记录类别为IN或CH。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举方法，其特征在于，所述枚举方法包括如下步骤：
步骤一、分布在不同地理位置的任意一个探测客户端发送探测报文给对应的任播递归域名系统；
步骤二、所述任播递归域名系统将接收到的探测报文通过任播协议路由到其中一个任播节点；
步骤三、所述任播节点根据接收到的探测报文，生成域名解析请求报文并发送至对应的权威域名服务器；
步骤四、所述权威域名服务器根据接收到的域名解析请求报文，动态生成应答记录后发送应答报文给所述任播节点；
步骤五、所述任播节点通过所述任播递归域名系统服务IP地址将接收到的应答报文转发给所述探测客户端；
步骤六、所述探测客户端从接收到的应答报文的Answer域中提取所述任播节点的IP地址。
2.根据权利要求1所述的枚举方法，其特征在于，步骤一中，所述探测报文包括探测客户端源地址、任播递归域名系统服务IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型；
步骤三中，所述解析请求报文包括权威域名服务器IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型；
步骤四中，所述应答报文包括权威域名服务器IP地址、任播节点IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名、查询记录类型和应答记录；
所述应答记录包括查询域名和查询记录类型；
所述查询记录类型为TXT；
所述查询域名包括任播递归域名系统服务IP地址和域名。
3.根据权利要求2所述的枚举方法，其特征在于，所述探测报文、解析请求报文、应答记录和应答报文均还包括查询记录类别；
所述查询记录类别为IN或CH。
4.一种任播递归域名系统任播节点IP地址枚举系统，其特征在于，所述枚举系统包括：
探测报文发送模块，用于分布在不同地理位置的任意一个探测客户端发送探测报文给对应的任播递归域名系统；
路由模块，用于所述任播递归域名系统将接收到的探测报文通过任播协议路由到其中一个任播节点；
域名解析请求报文生成模块，用于所述任播节点根据接收到的探测报文，生成域名解析请求报文并发送至对应的权威域名服务器；
应答记录生成模块，用于所述权威域名服务器根据接收到的域名解析请求报文，动态生成应答记录后发送应答报文给所述任播节点；
转发模块，用于所述任播节点通过所述任播递归域名系统服务IP地址将接收到的应答报文转发给所述探测客户端；
提取模块，用于所述探测客户端从接收到的应答报文的Answer域中提取所述任播节点的IP地址。
5.根据权利要求4所述的枚举系统，其特征在于，所述探测报文包括探测客户端源地址、任播递归域名系统服务IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型；
所述解析请求报文包括权威域名服务器IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名和查询记录类型；
步骤四中，所述应答报文包括权威域名服务器IP地址、任播节点IP地址、UDP源端口号、UDP目的端口号、查询域名、查询记录类型和应答记录；
所述应答记录包括查询域名和查询记录类型；
所述查询记录类型为TXT；
所述查询域名包括任播递归域名系统服务IP地址和域名。
6.根据权利要求5所述的枚举系统，其特征在于，所述探测报文、解析请求报文、应答记录和应答报文均还包括查询记录类别；
所述查询记录类别为IN或CH。
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