可擴展的網際網路測量伺服器自動發現與管理方法

2023-10-08 22:51:39 2

專利名稱：可擴展的網際網路測量伺服器自動發現與管理方法
技術領域：
可擴展的網際網路測量伺服器自動發現與管理方法屬於計算機網絡通信技術領域。
背景技術：
網際網路目前已經成為全世界最重要的信息基礎設施。但基於包交換的網際網路通信的基本原則仍然是「盡力而為」。對於有高帶寬、高服務質量要求的各種網絡應用，如實時視頻應用(UDP，20Mbps-1200Mbps)和高速文件傳輸(TCP，500Mbps-5000Mbps)等，其端到端性能的保證必須依賴對網絡資源進行優化配置，包括路由調整和啟用組播功能等。多年的實踐表明如果不使用有效的網絡性能測量工具，進行大量的前期網絡性能測試，找到制約高帶寬、高服務質量的傳輸瓶頸，並根據測量測試結果優化網絡帶寬資源，此類應用是不能成功的。端到端網絡性能的保證必須以逐跳網絡性能保證為前提，所以在網絡應用的用戶對之間端到端傳輸路徑的關鍵點上，應該部署面向高性能網絡應用的測量伺服器(詳細見「面向高性能網絡視頻應用的測量方法」專利)，這樣才能幫助用戶與各伺服器進行逐跳性能測量，發現故障。當進行大規模、分布式跨網絡自治域間網絡應用合作時，用戶對之間傳輸路徑上的測量伺服器的自動發現與管理是進行分段網絡測量與故障處理的前提。
到目前為止，網際網路上已有的網絡測量方法及工具很多，基於網絡控制消息協議ICMP的測量工具不需要專門部署測量伺服器，基於TCP和UDP協議的測量工具必須部署測量伺服器。但眾多的測量伺服器之間缺乏一種有效的自動發現與管理機制。現有的測量伺服器發現通常是靠電子郵件的方法通知或採用人工的方法手工添加到管理資料庫中，可擴展性很差。本發明試圖解決伺服器管理的可擴展性的問題，將採用成熟的域名系統(DNS)技術巧妙地用於大規模、分布式測量伺服器的自動發現與管理。結合網絡路由跟蹤工具traceroute，解決了面向高性能、高帶寬的網絡應用的網絡測量伺服器的自動發現與管理問題。該方案也可以用於其它分布式伺服器，特別是信息分發網絡(CPN)中伺服器的優化與管理，具有非常廣泛的應用前景。

發明內容
本發明的目的在於提供可擴展的網際網路測量伺服器自動發現與管理方法。
本發明的特徵在於依次包含以下步驟
步驟1.初始化將全球邊界網關協議BGP的路由表導入與之相連的BGP路由表查詢伺服器QS1，查詢伺服器QS1的域名是test1.foo.bar，QS1註冊到其上一級域名伺服器，其域名是*.foo.bar，用以完成用戶對，如用戶A和用戶B，之間傳輸路徑上沿各自治域內邊界路由器的IP位址x.y.z.w所構成的w.z.y.x.test1.foo.bar的文本域TXT域名解析服務，從而查找到對應的自治域號碼as***；查詢伺服器QS2，域名是test2.foo.bar，註冊到其上一級域名伺服器，其域名是*.foo.bar，用以完成由as***.test2.foo.bar構成的域名解析服務，從而查找各自治域內測量伺服器的網絡IP位址；測量伺服器把自己的網絡IP位址註冊到所屬的自治域內，以便該自治域把其所屬的測量伺服器的IP位址和自己的自治域號碼送往查詢伺服器QS2，從而形成由測量伺服器註冊的域名資料庫；步驟2.用戶A在本地主機上使用路由跟蹤traceroute網絡測量工具獲得從用戶A到用戶B網絡傳輸路徑上所經過的路由器相應埠的一系列網絡IP位址x.y.z.w；步驟3.用戶A把步驟2得到的一系列IP位址逐一採用網絡IP位址到自治域AS號碼的查找方法，依次逐一用上述IP位址加上查詢伺服器QS1的域名，構成新域名w.z.y.x.test1.foo.bar，逐個發往查詢伺服器QS1，同時發出域名解析請求；步驟4.查詢伺服器QS1把用戶A發出的步驟3所構成的域名根據BGP全球路由表，逐個查出該IP位址所對應的網絡自治域號碼，即AS號碼，並用DNS的回答包的格式依次逐個返回給用戶A；步驟5.用戶A根據步驟4中由查詢伺服器QS1查到的AS號碼，採用自治域AS號碼到測量伺服器IP位址的查找方法，向查詢伺服器QS2逐個地發出由所得到的AS號碼和查詢伺服器QS2域名共同構造的新域名as***.test2.foo.bar，同時發出域名解析請求；步驟6.查詢伺服器QS2在收到由用戶A在步驟5中發出的域名後，通過前述測量伺服器註冊資料庫，逐個通過AS號碼查找對應的測量伺服器IP位址，並用DNS的回答包的格式依次逐個返回給用戶A；步驟7.用戶B同樣用步驟2--6所述的方法找到從用戶B到用戶A傳輸路徑上所經過的各邊界路由器所在自治域內的測量伺服器的IP位址。
實驗測試證明本發明的可擴展性及穩定性都很好。


圖1.網際網路用戶對傳輸路徑上測量伺服器部署及網絡拓撲圖；圖2.本發明所用方法的程序流程框圖；
圖3.域名系統標識方法和分布式查詢方法流程框圖；圖4.本發明實驗測試環境網絡連接拓撲及伺服器部署圖。
圖1中用到的部分名詞解釋如下●QS查詢伺服器query server。
●MS測量伺服器measurement server。
●AS自治域號碼Autonomous System Number。
●DNS域名系統Domain Name System。
●BGP路由表外部網關協議路由表Border Gateway Protocol Table。
具體實施例方式
本發明方案由以下三個部分有機組成1.網絡IP位址到聚類組自治域AS號碼的查找方法；2.聚類組自治域AS號碼到測量伺服器IP位址的查找方法；3.利用域名系統DNS的標識方法和分布式查詢方法。
圖1顯示用戶A與用戶B之間沿從A到B的傳輸路徑上，跨多個自治域，穿越自治域X、Y、Z、U和V傳輸數據，在這些自治域中部署了若干測量伺服器MS1、MS2、MS3、MS4和MS5。本方案的核心是部署了分布式的、基於DNS的查詢伺服器QS1和QS1。該方案的實現須依次完成以下步驟步驟1初始化用戶A與用戶B在開始測量或實驗前相互知曉對方端系統的IP位址；步驟2用戶A在本地主機上使用traceroute網絡測量工具，可獲得從A到B網絡傳輸路徑上所經過的路由器相應埠的IP位址；步驟3將步驟2中獲得的IP位址，逐一採用網絡IP位址到聚類組(自治域AS號碼)的查找方法，向查詢伺服器QS1提交第一次DNS查詢，查詢伺服器QS1根據BGP全球路由表查找到該IP位址相應的網絡自治域號碼AS號碼返回給用戶A；步驟4根據返回的自治域號碼，採用聚類組(自治域AS號碼)到測量伺服器IP位址的查找方法，向查詢伺服器QS2提交第二次DNS查詢，查詢伺服器QS2根據伺服器註冊資料庫中的數據找到該自治域內對應的測量伺服器列表返回給用戶A；步驟5重複步驟3，4，直到將步驟2中所獲得的一系列IP位址找到相應的測量伺服器返回給用戶A；
步驟6重複步驟2，3，4，5，用戶B可獲得從B到A傳輸路徑上各邊界路由器所屬自治域內的測量伺服器的IP位址。
本發明所用方法的程序流程框圖見圖2。
網絡IP位址到聚類組(自治域AS號碼)的查找方法是整個方案設計的核心。該方法的難點在於如何選擇聚類的準則。先考慮兩個極端的情況。如果網際網路上的每一個網絡地址均有測量伺服器的功能，網絡分段測試的結果是最準確的，但需要很多的測量伺服器，因此不現實。如果網際網路上只有一個測量伺服器，測量最簡單，但無法進行分段測量。眾所周知，網際網路是由各個獨立的自治域組成，每個自治域有唯一的自治域號碼AS，每個自治域根據一定的路由政策向相鄰的自治域通告本自治域產生的，以及從其它自治域學來的網絡IP位址塊。基於網際網路由自治域組成的事實，同時假定自治域內部無明顯分組傳輸瓶頸，我們的基本方案選擇基於自治域號碼(AS號碼)的聚類方案，即根據traceroute返回的一組網絡IP位址，找到對應的自治域號碼，從而找到在此自治域中的測量伺服器。
由網絡地址(IP位址)到自治域號碼(AS號碼)的映射可以從任何具有全球路由表的運行外部網關協議(BGP協議)的路由器中得到。為了保證分布式實現的可擴展性及可管理性，採用域名系統(DNS)標識和分布式查詢技術來實現的。
聚類組自治域AS號碼到測量伺服器的查找基於測量伺服器註冊資料庫。測量伺服器在資料庫上的註冊可以手工提交，也可以自動進行(詳情見「可擴展的網際網路測量伺服器自動註冊與管理方案」專利)。註冊的內容為測量伺服器的地址和該地址所在的自治域號碼。根據這個資料庫，可以獲得自治域號碼到測量伺服器IP位址的映射列表。為了保證分布式實現的可擴展性及可管理性，我們也用域名系統(DNS)標識和分布式查詢技術來實現。
基於域名系統DNS的普遍應用已證明了該技術的可擴展性，我們設計的可擴展的網際網路測量伺服器自動發現與管理方案的特點之一是巧妙地採用已經成熟並被大量使用的基於域名系統的查詢技術。這個方案包括兩個依次實現的步驟由查詢伺服器QS1完成網絡IP位址到自治域號碼(AS號碼)的域名服務，由查詢伺服器QS2完成自治域號碼(AS號碼)到測量伺服器地址(IP位址)的域名服務，其域名表示方法及流程圖如圖3所示。
第一步域名查詢假設查詢服務QS1的域名為asn.routeview.org，在該伺服器上運行DNS服務，並註冊到上一級的DNS伺服器，使得由*.asn.routeview.org構成的域名的解析服務由伺服器QS1完成。這樣，客戶端如果要進行某IP位址(如a.b.c.d)的AS號碼的查詢，可以根據IP位址構成域名d.c.b.a.ans.routeview.org進行域名解析。QS1根據BGP路由表把查詢結果作為DNS的TXT域的數據(text field)，用DNS的回答包的格式返回相應的網絡地址塊和自治域號碼(AS號碼)as100給用戶。
第二步域名查詢假設查詢伺服器QS2的域名為dvts.foo.bar，在該伺服器上運行DNS服務，並註冊到上一級的DNS伺服器，使得由*.dvts.foo.bar構成的的域名的解析服務由伺服器QS2完成。根據獲得的AS號碼(as100)，構成新的域名as100.dvts.foo.bar，QS2根據測量伺服器註冊的域名資料庫將查詢結果用DNS的回答包的格式返回as100的測量伺服器的網絡IP位址w.x.y.z給用戶。
採用兩步DNS的方法，具有標準化強、可擴展、靈活性強的特點，可以適應於各種大規模分布式測量系統和信息分發系統。
測試環境測試環境搭建在真實的網際網路主幹網上，含歐亞網，教育網和校園網，分別是自治域系統AS24489和AS4538。網絡連接拓撲及伺服器部署圖如圖4所示。在AS24489上部署兩臺測量伺服器，分別位於北京節點，網絡IP位址為202.179.242.102和香港節點，網絡IP位址為202.179.244.105。在AS4538上部署一臺測試伺服器，位於北京節點，網絡IP位址為202.112.35.32。用戶A對於用戶B進行路由跟蹤traceroute，沿傳輸路徑上逐跳結果如表1所示。

表1使用本發明的技術方案中的網絡IP位址到聚類組(AS號碼)的查找方法，所獲得的沿傳輸路徑上逐跳IP位址映射到相應的自治域號碼，其結果如表2所示。

表2使用本發明的技術方案中的聚類組(AS號碼)到測量伺服器IP位址的查找方法，根據自治域號碼，映射到各自治域內測量伺服器的網絡IP位址，結果如表3所示。
324489 as24489.test2.foo.bar 202.179.242 102324489 as24489.test2.foo.bar 202.179.244 10584538 as4538.test2.foo.bar 202.112.35.31表3從上可知，實驗測試結果達到了預期的要求，從網絡路由跟蹤traceroute工具所獲得的一系列網絡IP位址，逐個通過第一次域名映射服務，可以得到其對應的自治域號碼(AS號碼)。然後，通過第二次域名映射服務，可以得到每個自治域號碼所對應的測量伺服器網絡IP位址。
權利要求
1.可擴展的網際網路測量伺服器自動發現與管理方法，其特徵在於依次包含以下步驟步驟1.初始化將全球邊界網關協議BGP的路由表導入與之相連的BGP路由表查詢伺服器(QS1)，查詢伺服器(QS1)的域名是test1.foo.bar，QS1註冊到其上一級域名伺服器，其域名是*.foo.bar，用以完成用戶對(此例中是用戶A和用戶B)之間傳輸路徑上沿各自治域內邊界路由器的IP位址x.y.z.w所構成的w.z.y.x.test1.foo.bar的文本域(TXT)域名解析服務，從而查找到對應的自治域號碼(as***)；查詢伺服器(QS2)，域名是test2.foo.bar，註冊到其上一級域名伺服器，其域名是*.foo.bar，用以完成由as***.test2.foo.bar構成的域名解析服務，從而查找各自治域內測量伺服器的網絡IP位址；測量伺服器把自己的網絡IP位址註冊到所屬的自治域內，以便該自治域把其所屬的測量伺服器的IP位址和自己的自治域號碼送往查詢伺服器(QS2)，從而形成由測量伺服器註冊的域名資料庫；步驟2.用戶A在本地主機上使用路由跟蹤traceroute網絡測量工具獲得從用戶A到用戶B網絡傳輸路徑上所經過的路由器相應埠的一系列網絡IP位址(x.y.z.w)；步驟3.用戶A把步驟2得到的一系列IP位址逐一採用網絡IP位址到自治域AS號碼的查找方法，依次逐一用上述IP位址加上查詢伺服器(QS1)的域名，構成新域名w.z.y.x.test1.foo.bar，逐個發往查詢伺服器(QS1)，同時發出域名解析請求；步驟4.查詢伺服器(QS1)把用戶A發出的步驟3所構成的域名根據BGP全球路由表，逐個查出該IP位址所對應的網絡自治域號碼(AS號碼)，並用DNS的回答包的格式依次逐個返回給用戶A；步驟5.用戶A根據步驟4中由查詢伺服器(QS1)查到的AS號碼，採用自治域AS號碼到測量伺服器IP位址的查找方法，向查詢伺服器(QS2)逐個地發出由所得到的AS號碼和查詢伺服器(QS2)域名共同構造的新域名as***.test2.foo.bar，同時發出域名解析請求；步驟6.查詢伺服器(QS2)在收到由用戶A在步驟5中發出的域名後，通過前述測量伺服器註冊資料庫，逐個通過AS號碼查找對應的測量伺服器IP位址，並用DNS的回答包的格式依次逐個返回給用戶A；步驟7.用戶B同樣用步驟2--6所述的方法找到從用戶B到用戶A傳輸路徑上所經過的各邊界路由器所在自治域內的測量伺服器的IP位址。
全文摘要
本發明屬於計算機網絡通信技術領域，其特徵在於，採用已成熟的DNS標識方法和分布式查詢方法，進行網絡IP位址到聚類組(AS號碼)的查找及聚類組(AS號碼)到測量伺服器IP位址的查找，完成大規模分布式測量伺服器的自動發現與管理功能。實驗表明，該方案用於跨自治域的真實網際網路主幹網中測量伺服器的發現與管理，簡單、高效，具有很好的可擴展性和可管理性。該方案也可以用於其它分布式伺服器，特別是信息分發網絡(CPN)中伺服器的優化與管理，具有非常廣泛的應用前景。
文檔編號H04L12/56GK101022371SQ200710065189
公開日2007年8月22日 申請日期2007年4月6日 優先權日2007年4月6日
發明者李星, 包叢笑 申請人:清華大學