基于服务数据挖掘的DNS性能优化的方法研究

摘要

域名系统是互联网中最重要的基础设施和中枢神经系统，它的服务质量是衡量互联网服务提供商服务品质的重要参数。随着因特网用户规模的发展，域名系统日益成为保障整体网络结构正常运作最为重要的部分之一。域名系统的故障会直接造成用户无法访问网络资源，所以各大网络运营商越来越重视域名系统安全问题。同时随着用户规模的发展，域名系统的服务容量扩充问题也摆在了各大运营商面前，对域名系统如何进行扩容，何时扩容，而扩容的依据又是什么？都是需要重视和解决的问题。
　　 传统的依靠人工评估来实现域名系统扩容和性能优化的作法，常常会出现要么满足不了实际需求，不得不再次扩容，要么是扩容余量太大，造成资源浪费。为实现以客观依据为基础的域名服务系统规划和性能优化，本研究采用数据挖掘技术对某电信运营商城域网内现有域名服务系统的数据进行深度处理，对其承载特性进行量化分析。通过对DNS系统的解析请求进行完整地采集、统计和挖掘，获知域名系统负载的总量、时域特征、解析对象及宽带拨号用户负载的地域分布，精确地量化DNS服务器网络流量及承载能力。通过数据挖掘和量化分析，针对原有公共域名服务系统采用传统的单机单地址结构，系统存在多故障隐患点、抗攻击能力弱、服务可用性低、服务器负载调控手段有限等一系列问题，给出DNS优化的方案。
　　 本研究主要工作和贡献是：
　　 1．针对DNS系统的解析请求，采用SNMP工具和SYSLOG服务器分别对域名服务器的流量和日志进行全量数据采集，并对服务数据进行挖掘。首次提出以量化方法标定某电信运营商DNS服务系统的承载能力，确定DNS系统的服务承载模型。
　　 2．建立以Anycast为技术基础的DNS服务系统，在增强系统可靠性和可扩展性的同时保持用户界面的唯一性。根据数据挖掘分析结果，绘出DNS服务系统优化方案，使得单台服务器吞吐量，单机解析成功率，平均解析延时等指标都得到大幅度提高。
　　 3．重新设计DNS服务系统的安全防护体系，在确保系统安全的同时取消原系统中的性能和可靠性瓶颈，同时全系统的抗DoS攻击模式由单机转变为集群。
　　 4．建立和完善DNS服务监测系统，使该系统不仅覆盖原有网管软件的所有监测项目，而且将覆盖原系统未覆盖的CPU负载、内存利用量、交换区利用量、系统进程数、在线时间、网络流量和硬盘空间等项目。
　　 通过上述工作，所构建的新的DNS系统，既节省了建设资金，又提高了性能，系统的可靠性也大幅提高。通过本次项目分析结果，对系统采用安全过滤的措施，可提升10％的系统能力，节约投资8万元；另外通过本次项目得出的结果，如果合理的根据用户使用网络的特性进行区域规划，至少又可节省投资20万元。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 域名系统的概念

1.2 针对域名服务器的数据挖掘

1.3 相关研究工作

1.4 用户背景及现状分析

1.5 论文目标及组织结构

第2章 针对电信运营商的数据挖掘知识介绍

2.1 电信运营商数据挖掘现状简介

2.2 数据分析处理现状

2.3 数据挖掘方法及步骤

2.4 统计学与数据挖掘

2.5 小结

第3章 域名系统的统计分析

3.1 域名系统的性能指标构成

3.2 域名系统负载的总量分析

3.2.1 DNS负载来源的用户群分布

3.2.2 单台服务器负载分析

3.3 域名系统的时域分析

3.3.1 域名系统负载的时域特性

3.3.2 各类用户DNS解析量的时域特性

3.3.3 上网高峰期DNS负载来源

3.4 解析对象的地域分析

3.4.1 宽带拨号用户负载的地域分布特性

3.4.2 解析对象及解析类型

3.5 域名系统网络流量及承载能力分析

3.5.1 DNS服务器网络流量

3.5.2 DNS服务器CPU负载

3.5.3 域名服务系统承载能力分析

3.6 小结

第4章 域名系统的性能优化方案设计

4.1 系统优化总体目标

4.2 域名系统的ANYCAST体系结构

4.2.1 Anycast简介

4.2.2 系统结构

4.2.3 服务收敛速度

4.2.4 服务器集群内的解析负载均衡

4.3 域名服务器的软件评估

4.3.1 评估策略及评估环境

4.3.2 评估结果

4.3.3 评估结果总结

4.4 域名服务器软件性能优化

4.4.1 城域网DNS系统的用户承载能力

4.5 域名系统安全优化设计

4.5.1 系统监测

4.5.2 安全防护

第5章 总结与展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果