一种移动自组织网络中域名系统的实现方法.pdf

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动自组织网络中域名系统的实现方法。

本发明属于移动自组织网络MANET(Mobile Ad Hoc Networks)领域，
提出了一种适用于MANET的新型分布式域名系统DMDNS(Distributed
MANET Domain Name System)。DMDNS采用适时宣告/及时更新、信息捎带
/域名缓存、缓存命中/信息确认、广播请求/单播应答的新型机制来减少
域名请求的广播次数，减轻由于网络广播所带来的额外负载，同时保证了
域名信息的正确性。在IP地址静态配置的情况下，DMDNS减少了域名信
息应答时间，使应用程序能够及时进行通信。

DMDNS是一种分布式的域名系统，它能够完成MANET中域名到IP地
址(IPv4或IPv6)的转换。实现方法如下：

DMDNS由域名服务模块和域名解析模块组成，MANET内的所有结点都
同时运行这两个模块，域名解析模块启动域名解析过程并对收到的域名应
答报文进行处理，域名服务模块监听域名请求的到来，并对收到的域名请
求报文进行处理。

域名服务模块所需的结点域名、生存期、IP地址通过以下方式取得：
用户指定的(要求同一MANET域内的域名不重复)或由自动生成机制产生
的域名和生存期保存在域名配置文件中，域名服务模块从该配置文件中获
取域名及生存期信息；网卡的IP地址由用户手工指定(静态配置)或通
过地址自动生成机制产生(动态配置)，域名服务模块从系统的地址信息
文件中读取网卡当前的IP地址。当结点被配置了域名和IP地址后就可以
向其它结点提供域名服务了。

运行DMDNS的结点维护着一个域名信息列表(DN_REC_LIST)，也称为
域名缓存，该列表记录了本结点所知道的域名信息，它包含如下几个字段：
序号(sequence number)、域名(NAME)、类别(CLASS)、类型(TYPE)、
IP地址、生存期(TTL)、确认标识(VID：validation identifier)。
序号是一个32位的无符号整数，用来标识同一结点产生的域名信息的顺
序，用于其它结点更新自己所保存的域名信息；序号由结点自己生成并维
护，被作为域名信息的一部分在网络中传输。确认标识的长度为1位，用
于标识该域名信息是否正在确认过程中；确认标识只存在于域名缓存中，
它不属于网络中传输的域名信息。其它几个字段和传统DNS定义的字段意
义一致。文献[3]P.Mockapetris，“DOMAIN NAMES-IMPLEMENTATION
AND SPECIFICATION”，RFC1035，November 1987。DMDNS中的域名信息
请求/应答报文格式使用RFC1035定义的格式，RR(Resource Record)中
RDATA项的前4个字节用于保存域名信息中的序号。
DMDNS的工作机制：
·DN_REC_LIST的维护

DN_REC_LIST将按如下方式更新：

(1)DMDNS启动时，结点自己的域名信息被加入DN_REC_LIST。

(2)结点的IP地址改变时(使用地址自动配置时，结点的IP地址是
动态变化的)，DN_REC_LIST中保存结点本身的域名信息的记录
被更新。

(3)收到的域名信息中的域名在DN_REC_LIST中不存在时，该信息被
作为新记录加入DN_REC_LIST。

(4)收到的域名信息R1和DN_REC_LIST中的某记录R2进行比较：

if(R1.域名＝＝R2.域名){

if(R1.序号＞R2.序号)

      将R2更新为记录R1；

else if((R1.序号＝＝R2.序号)&&(R1.IP_P＝＝R2.IP_P)){

     //IP_P＝{类别，类型，IP地址}

     if(R1.生存期＞R2.生存期)

     将R2.生存期更新为R1.生存期；

     }

     }

(5)DN_REC_LIST中记录R的生存期定时器TTL_Timer超时，R被删
除。

·域名信息宣告

MANET结点在满足以下条件时，启动定时器Dn_life_Timer，然后置
域名宣告状态(Ad_state)为已宣告，并将自己的域名信息广播出去。域名
信息宣告包的格式与域名信息应答包(DN_REP)相同，只是IP头的目的地
址为广播地址。广播条件：

(1)结点启动DMDNS时；或

(2)结点的IP地址改变时；或

(3)结点收到广播给自己的域名信息请求(DN_REQ)，且Ad_state处
于未宣告状态。

·域名信息请求

域名解析模块收到应用程序发来的域名解析请求时，置请求计数器
(Req_Counter)的值为0，然后按如下步骤处理：

(1)将Req_Counter的值加1，并将结点自己的域名信息加入DN_REQ
中；

(2)在自己所维护的DN_REC_LIST中查找所请求的域名D_name，若
存在相应的域名信息记录R，就向R.ip单播DN_REQ，并将R.VID
置为正在确认状态；若不存在就将DN_REQ广播出去，并在
DN_REC_LIST中添加记录R(R的域名字段为D_name，VID被置
为正在确认状态，其余字段为空)；

(3)启动定时器R.Reply_wait_Timer，等待DN_REP的到来。

Reply_wait_Timer的值＝2*NODE_TRAVERSAL_TIME*
NET_DIAMETER；

NODE_TRAVERSAL_TIME：结点转发报文的处理时间，一般为40
毫秒；

NET_DIAMETER：MANET中两个结点间的最大跳数，与网络规模有
关。

·DN_REQ的处理

收到DN_REQ的结点，将按如下步骤处理：

(1)建立或维护到源结点(发送DN_REQ的结点)的路由；

(2)将DN_REQ中请求的域名与自己的域名进行比较，若相等就转到

(5)；否则，

(3)判断DN_REQ是否为发给自己的单播包，若是就转到(6)；否则，

(4)将DN_REQ广播出去，然后转到(7)；

(5)判断Ad_state的状态，若处于未宣告状态，就启动域名信息宣
告机制，转到(7)；否则，

(6)向源结点单播DN_REP；

(7)根据DN_REQ中携带的源结点的域名信息，在DN_REC_LIST中增
加或更新相应(域名与DN_REQ中携带的域名相同)的记录。

·DN_REP的处理
收到DN_REP的结点，将按如下步骤处理：

(1)建立或维护到发送DN_REP的结点R_node的路由；

(2)将DN_REP的目的地址与结点自己的地址进行比较，若不相等就
向目的结点转发出去，并转到(6)；否则，

(3)失效相应的定时器Reply_wait_Timer，然后将R_node的域名与
结点所请求的域名D_name进行比较，若相等就将R_node的IP
地址返回给应用程序，并转到(6)；否则，

(4)在DN_REC_LIST中查找域名为D_nme的记录R，若R.VID处于
已确认状态，就转到(6)；否则，

(5)删除记录R，并重新启动域名信息请求机制；

(6)根据DN_REP中的域名信息，在DN_REC_LIST中增加或更新相应
的记录。

·序号的维护

结点在发送DN_REP时，除了下面的例外情况，域名信息的序号都要
加1，序号被保存在域名配置文件中。

例外情况：结点收到单播给自己的DN_REQ，但结点当前的域名与
DN_REQ中所请求的域名不等。

·DN_REP中的域名信息

(1)DN_REP的目的地址为广播地址(即域名信息宣告)时，DN_REP中
只包含结点自己的域名信息。

(2)DN_REP的目的地址为单播地址时，DN_REC_LIST中生存期大于
Min_ttl(一个预定义的阈值，根据实际网络环境而定，可以保存
在域名配置文件中)的所有域名信息都被加入DN_REP。

·DN_REC_LIST中确认标识(VID)的维护

(1)在DN_REC_LIST中增加或更新记录R时，R的VID被置为已确
认状态。

(2)域名信息请求机制向R.ip单播发送DN_REQ时，R的VID被置
为正在确认状态。

·定时器超时的处理

(1)若DN_REC_LIST中记录R的TTL_Timer超时，R被删除。

(2)若Dn_life_Timer超时，置Ad_state为未宣告状态。

(3)若DN_REC_LIST中记录R的Reply_wait_Timer超时，则
if(Req_Counter＜＝2){

if(R.VID处于正在确认状态)

        删除记录R；

  启动域名信息请求机制；

}else{

向应用程序返回“域名不存在”；

}

比较DMDNS与简单的广播请求/单播应答的域名系统的处理机制，我
们显然可以看出本发明具有以下优点：

(1)减轻了网络的广播负载。由于域名信息被结点缓存起来备用，当结
点需要域名解析的时候，很有可能请求的域名信息已经在缓存中，
因此只需单播确认该信息的准确性。由于DMDNS使用了捎带技术，
一次域名请求/应答可以向报文所经路径上的结点传达多条域名信
息，使请求解析的域名在缓存中命中的概率很大。另外，由于网络
结点适时进行域名信息宣告，再加上域名请求/应答报文途径的结点
及时更新自己的缓存，使得在缓存中命中的域名信息的正确性很高，
也就是说需要广播请求的概率很小。因此DMDNS在很大程度上减少
了广播的次数，从而减轻了网络广播所造成的额外负载。

(2)在IP地址静态配置时，DMDNS可以减少域名信息应答时间。在IP
地址静态配置时，域名与IP地址之间的映射是固定的，因此在缓存
中命中的域名信息是准确的，不需要验证其正确性就可以向应用程
序返回域名信息应答。另外，如果请求解析的域名在本地缓存中没
有命中，而在请求报文经过的结点缓存里命中，该结点可以代替目
的结点立即返回域名信息应答。这显然可以减少域名信息的应答时
间。

本发明已经用在中科院计算所IPv6 MANET测试床系统的设计中。

发明技术方案

一种分布式的域名系统的域名服务/解析方法，网络结点适时进行域
名信息宣告，使网络上的其它结点及时缓存宣告结点的最新域名信息；在
域名请求/应答报文中使用捎带技术，保证相关结点在一次请求/应答周期
中获得尽可能多的域名信息，使得域名解析请求在本地缓存命中的概率加
大，从而减轻网络的广播负载；在IP地址静态配置情况下，在任何网络
结点缓存中命中的域名信息不需确认就可立即应答，可以有效减少域名应
答时间；在IP地址动态配置情况下，利用单播确认过程保证域名信息的
正确性，在减少广播的同时保证了域名解析的有效性。

一种分布式的域名系统的域名服务/解析方法，其具体步骤如下：

步骤S1：结点启动本域名系统或IP地址改变时，向MANET内的其它
结点广播域名信息应答消息DN_REP，宣告自己当前的域名信息；

步骤S2：收到域名信息宣告的结点，根据DN_REP中携带的域名信息
更新自己的域名信息缓存DN_INFO_CACHE；

步骤S3：要求对域名D_NAME进行解析的结点在自己的DN_INFO_CACHE
里查找域名项为D_NAME的记录R，若存在记录R，就向R中所记录的IP
地址单播发送一个域名信息请求消息DN_REQ；若不存在记录R，就向MANET
内的所有结点广播一个DN_REQ；

步骤S4：收到DN_REQ的结点，首先判断自己是否为所请求的结点，
然后根据DN_REQ中所携带的域名信息更新DN_INFO_CACHE，若自己为所
请求的结点，就执行步骤5，否则将DN_REQ转发出去；

步骤5：结点对收到的DN_REQ进行应答，结点首先判断自己上次所
宣告的域名信息
生存期是否过时，若是就向MANET内的所有结点广播一个DN_REP进行应
答；若生存期尚未过时，就向请求结点单播一个DN_REP进行应答，DN_REP
中携带结点所知的所有有效域名信息；

步骤S6：收到DN_REP的结点，首先判断它是否为发给自己的域名响
应消息，若是就执行步骤S7，否则将其向请求结点转发，然后根据DN_REP
中携带的域名信息更新DN_INFO_CACHE；

步骤S7：判断DN_REP中携带的域名信息是否为自己所请求的信息，
若是就向应用程序返回D_NAME所对应的IP地址，否则删除原来的记录R，
并重新启动域名解析过程，若两次域名解析过程完成后，结点仍未收到自
己所请求的DN_REP，就向应用程序返回“域名不存在”。