基于VNF forwarding graph實現DNS分布式解析的一種方法

董傳杰

摘 要：目前分布式DNS需借助BRAS專用硬件實現，與通用DNS服務器硬件不兼容，且其軟件功能差異也較大，無法通用。針對上述問題，文章提出了基于VNF forwarding graph實現DNS分布式解析的一種方法，通過將DNS Agent和DNS cache虛擬化，實現了DNS的分布式部署，讓DNS不再受限于硬件或軟件兼容性的限制，讓分布式DNS可以提供給各類場景（寬帶、2G、3G）復用，即實現了DNS的分布式部署及統一復用。

關鍵詞：分布式DNS；VNF部署；通信

1 現有技術方案

現有域名系統（Domain Name System，DNS）解析技術實現方案：用戶向寬帶遠程接入服務器（Broadband Remote Access Server，BRAS）撥號，上線成功后，BRAS會給用戶分配地址并同時下發DNS服務器地址給用戶。當用戶上網時，如果域名對應的IP地址在本地緩存中不存在，那么用戶就會發起相應的DNS查詢，BRAS收到用戶的DNS查詢不作任何處理，直接轉發給DNS服務器進行解析。DNS服務器收到查詢請求后，查找本地記錄，查找成功后會將查詢結果返回給用戶。用戶收到DNS查詢結果后，就可以正常訪問網絡資源。

在有的場景中，BRAS設備會啟用DNS server，來實現DNS分布式解析功能。在用戶上線時，BRAS將自己的地址作為DNS server告訴用戶。當用戶就會發起相應的DNS查詢時，BRAS收到用戶的DNS查詢后，先查找本地DNS緩存，如果匹配到就直接將結果返回給用戶。如果在本地DNS緩存中查不到，BRAS就會向DNS server發起查詢，查詢的域名為用戶發起DNS請求中的域名。當BRAS收到DNS服務器返回的查詢結果后，會將該結果返回給用戶，并同時將該查詢結果寫入DNS緩存中。DNS緩存中的DNS條目會進行更新和老化處理，來保證BRAS和DNS server上的DNS條目一致性[1]?，F有DNS解析方案示意如圖1所示。

圖1 現有DNS解析方案示意

現有技術方案主要存在兩點缺陷：（1）硬件沒有網絡功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）。BRAS和DNS服務器硬件不能通用。（2）軟件沒有NFV化。DNS server和DNS緩存管理等功能都是運行在各個專有網元上，需要在各個網元上單獨實現，不能復用。

2 DNS分布式查詢方案

為了改進上述缺陷，本文提出了一種基于VNF forwarding graph實現DNS分布式查詢的方式。VNF forwarding graph如圖2所示，該方案的工作原理如下[2]。

（1）用戶向VBRAS（VNF1）撥號，上線成功后，VBRAS會給用戶分配地址并同時下發DNS服務器地址給用戶。但是此時VBRAS給用戶下發的DNS地址并非DNS服務器的地址，而是DNS Agent地址。

（2）用戶上網時，如果域名對應的IP地址在本地緩存中不存在，那么用戶就會發起DNS查詢，VBRAS收到用戶的DNS查詢不作任何處理，直接轉發給DNS Agent（VNF2）進行解析。

（3）DNS Agent收到查詢請求后，向DNS cache（VNF3）發起查詢，如果DNS cache中存在對應的DNS條目，那么DNS cache就會將該條目返回給DNS Agent；如果不存在對應的條目，則DNS cache返回一個空結果給DNS Agent，表示該條目在DNS cache中不存在。

（4）DNS Agent收到DNS cache返回的查詢結果，如果結果中有對應的條目，那么DNS Agent會直接將該結果返回給用戶；如果返回的查詢結果為空，那么DNS Agent會向DNS服務器發起一個DNS查詢，查詢中的域名為用戶發起DNS請求中的域名。當DNS Agent收到DNS服務器返回的查詢結果后，會將該結果返回給用戶，并同時將該查詢結果寫入DNS cache中。

（5）用戶收到DNS查詢結果后，此次DNS查詢結束。

（6）DNS cache管理和cache中DNS條目更新方式和傳統BRAS保存一致，不在本文論述范圍內。

各個NF/VNF之間報文交互接口：

（1）用戶和VBRAS之間采用PPPOE，或者native IP。

圖2 DNS分布式查詢的VNF forwarding graph示意

（2）用戶和DNS Agent之間采用DNS標準。

（3）VBRAS和DNS Agent之間采用native IP。

DNS Agent和DNS server之間采用DNS標準。

（4）DNS Agent和DNS cache之間：查詢接口采用DNS標準；DNS條目寫入接口采用DNS UPDATE消息，或者采用其他接口。

各個NF/VNF之間報文交互確認機制：

（1）DNS Agent和DNS cache的查詢確認機制。DNS Agent在等待DNS cache應答時，需要有超時保護機制，如果超時，DNS Agent需要重傳；在重傳一定次數后，如果仍然失敗，則認為DNS cache不可用，DNS Agent需要向DNS server發起DNS查詢。

（2）DNS Agent和DNS cache的條目寫入確認機制。DNS Agent在等待DNS cache寫入應答時，需要有超時保護機制，如果超時，DNS Agent需要重傳；在重傳一定次數后，如果仍然失敗，則認為DNS cache不可用，本次記錄寫入失敗，并產生相應的告警或者事件。

（3）DNS Agent和DNS server的確認機制。DNS Agent在等待DNS server應答時，需要有超時機制，如果超時，DNS Agent需要重傳；在重傳一定次數后，如果仍然失敗，則認為DNS server不可用。如果在有備用DNS server的情況下，DNS Agent需要向備用DNS server發起DNS查詢。如果所有DNS server都不可用，則本次查詢失敗，并產生相應的告警或者事件。

VNF forwarding graph中各個VNF的部署關系：

（1）VBRAS和DNS Agent部署關系。一個VBRAS可以對應多個DNS Agent，一個DNS Agent也可以服務多個VBRAS，主要取決于VBRAS下面管理的用戶數量和DNS Agent的查詢處理能力，以及冗余部署的要求。通常部署時，一個DNS Agent對應多個VBRAS比較常見。用戶上線時，可由Radius下發對應的DNS Agent地址給用戶。

（2）DNS Agent和DNS cache部署關系。為了簡化方案的復雜度，一個DNS Agent對應一個DNS cache；一個DNS cache對應一個或者多個DNS Agent，取決于DNS cache的大小。

（3）DNS Agent和DNS server部署關系。一個DNS Agent可對應多個DNS server，但同一時間只有一個DNS server是主用的，其余DNS server是備用；一個DNS server對應多個DNS Agent，這樣才能實現分布式查詢的好處。

3 結語

使用VNF forwarding graph實現DSN的分布式解析，可提高硬件通用性，本方案中所有的VNF都部署在VM上，底層基于通用硬件服務器。同時使用VNF forwarding graph進行實現，可提高網絡功能的復用度，將DNS Agent和DNS cache抽象成VNF，可以用在任何需要DNS查詢/解析的場景。譬如：不管是寬帶用戶接入場景還是無線用戶（2G/3G/4G）接入場景，都可以復用。在傳統網絡中，需要在BRAS和XGW分別實現該功能，提高了改方案的可移植性及冗余性。