吳兆雄,梁心雄
(1.廣東省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心,廣東 廣州 510080;2.廣東省生態(tài)氣象中心,廣東 廣州 510080)
基于全網(wǎng)域名系統(tǒng)在氣象應(yīng)用中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
吳兆雄1,梁心雄2
(1.廣東省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心,廣東 廣州 510080;2.廣東省生態(tài)氣象中心,廣東 廣州 510080)
近年來(lái),在大力發(fā)展現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)、加快推進(jìn)氣象現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中,一方面氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)越來(lái)越多,氣象工作者對(duì)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求也越來(lái)越大,另一方面,基于IP地址的各個(gè)系統(tǒng)靈活性差,管理成本越來(lái)越高。由于IP地址難以記憶,用戶使用體驗(yàn)不佳,因此需要建立全網(wǎng)域名系統(tǒng)以進(jìn)一步提高各個(gè)系統(tǒng)的可用性和可管理性,提升用戶體驗(yàn)效果。測(cè)試結(jié)果表明:在部署全網(wǎng)域名系統(tǒng)后,由于各個(gè)氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)嚴(yán)格按照域名管理規(guī)定,使用了規(guī)范化的域名,因此各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的訪問(wèn)地址更加便于記憶,用戶使用體驗(yàn)更佳,進(jìn)一步提高了各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可管理性。經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)化試運(yùn)行,全網(wǎng)域名系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng);IP地址;全網(wǎng)域名系統(tǒng);域名管理
在當(dāng)今氣象業(yè)務(wù)中,業(yè)務(wù)系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大,服務(wù)器越來(lái)越多,管理系統(tǒng)的成本越來(lái)越高[1]。系統(tǒng)靈活性差,業(yè)務(wù)系統(tǒng)或服務(wù)IP地址一旦發(fā)生變動(dòng),相關(guān)上下游均需做出相應(yīng)調(diào)整。例如某一個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)更換了IP地址,引用該IP地址的程序源碼或系統(tǒng)也要做出相應(yīng)修改,對(duì)于用戶而言,使用瀏覽器訪問(wèn)該業(yè)務(wù)系統(tǒng)時(shí),則需要輸入新的IP地址,可以說(shuō)是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。業(yè)務(wù)系統(tǒng)IP地址難于記憶,不利于應(yīng)用和推廣,用戶體驗(yàn)不佳[2]。氣象內(nèi)部公共訪問(wèn)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)迅速增多:如ASOM系統(tǒng)、氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)、綜合信息管理系統(tǒng)、政務(wù)信息共享平臺(tái)、業(yè)務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)等。
1.1 域名服務(wù)系統(tǒng)的由來(lái)
Domain Name Service(域名服務(wù))的簡(jiǎn)稱是DNS。DNS是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)和TCP/IP的服務(wù),用于將服務(wù)器IP地址映射成便于記憶的符號(hào)[3],使人們?cè)贗nternet上訪問(wèn)該服務(wù)器時(shí),只需輸入該符號(hào)而無(wú)需輸入一串無(wú)意義的數(shù)字。
最初,當(dāng)計(jì)算機(jī)及Internet網(wǎng)絡(luò)剛剛普及的時(shí)候,DNS還沒有出現(xiàn),所有服務(wù)器的地址全部都由無(wú)意義的IP地址構(gòu)成,人們難以記憶與使用。早期,由于在Internet上僅有幾百臺(tái)服務(wù)器,所以人們將這些服務(wù)器的IP地址與對(duì)應(yīng)的域名記錄在hosts.txt文件中[4],以便于訪問(wèn)。但如果服務(wù)器有增減或更換了IP地址,人們只能手工修改hosts.txt文件,這樣做相當(dāng)麻煩。在1985年,域名服務(wù)開始出現(xiàn),服務(wù)器的IP地址開始被轉(zhuǎn)換成帶含義的域名記憶,在20世紀(jì)90年代,域名服務(wù)開始快速發(fā)展,到2000年初,甚至還出現(xiàn)了中文域名。這些中英文域名大大加強(qiáng)了搜索引擎的功能,人們只要在搜索引擎輸入英文甚至中文字符,就能直接找到對(duì)應(yīng)網(wǎng)站。
1.2 域名系統(tǒng)的組成
域名系統(tǒng)由域名體系(域名空間)和域名解析系統(tǒng)組成。
1.2.1 域名體系
域名體系(域名空間)是域名系統(tǒng)的樹狀分布式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),決定了域名系統(tǒng)各級(jí)域的命名和域名的解析流程[5]。如圖1所示,域名系統(tǒng)由各級(jí)域名組成:頂級(jí)域名,第2級(jí)子域名…第n級(jí)子域名,主機(jī)名。
圖1 互聯(lián)網(wǎng)域名體系示意圖
以廣東省氣象郵件系統(tǒng)(mail.grmc.gov.cn)為例。其中,“cn”代表中國(guó)(國(guó)家名);“gov”代表政府機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)分類名;“grmc”代表廣東省氣象局(機(jī)構(gòu)名);“mail”代表郵件服務(wù)器的主機(jī)名(計(jì)算機(jī)名)。最前的一個(gè)區(qū)域被后面的一個(gè)區(qū)域所包含,同時(shí)也是后面一個(gè)區(qū)域的子域。
1.2.2 域名解析系統(tǒng)
域名解析系統(tǒng)是支撐域名體系,對(duì)域名進(jìn)行存儲(chǔ),并提供域名解析服務(wù)的基礎(chǔ)平臺(tái)[6]。
在Internet上,域名和IP地址的映射或者解析工作是由一組既獨(dú)立又協(xié)作的服務(wù)器來(lái)完成,稱為域名服務(wù)器[7]。有兩種域名服務(wù)器:一是主服務(wù)器,作用是存有域名解析表,當(dāng)獲得解析結(jié)果后,發(fā)送回給請(qǐng)求方;二是轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器,作用是保存轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器表,如果收到不屬于該域名服務(wù)器解析范疇內(nèi)的地址時(shí),就會(huì)將其轉(zhuǎn)發(fā)至其他域名服務(wù)器,一直重復(fù)直到得到確定的答復(fù)為止。
常用的域名解析方法是遞歸解析法[8],如圖2所示。
圖2 互聯(lián)網(wǎng)域名系統(tǒng)示意圖
從根服務(wù)器開始,自頂端向下一級(jí)一級(jí)解析,直到找到相對(duì)應(yīng)的IP地址為止。例如,本地訪問(wèn)www.grmc.gov.cn,先由本地的域名服務(wù)器解析,如果解析不了,交給cn的DNS解析,如果cn的DNS無(wú)法解析,將名字交給gov的DNS解析,如果gov的DNS無(wú)法解析,將名字交給根grmc的DNS解析,最后由廣東省氣象的DNS解析出www.grmc.gov.cn的IP地址為113.108.192.74,將該IP地址返回給發(fā)起用戶。
2.1 氣象部門行政結(jié)構(gòu)
如圖3所示,在氣象部門的行政結(jié)構(gòu)中,中國(guó)氣象局為頂級(jí)部門,廣東省氣象局為二級(jí)部門,省局直屬單位和廣州、深圳等市局為三級(jí)部門。
圖3 氣象部門行政結(jié)構(gòu)
2.2 域名體系設(shè)計(jì)
如圖4所示,頂級(jí)域是國(guó)家氣象局,域名為.cma;二級(jí)域名為X.cma,如廣東域名為gd.cma;三級(jí)域名為Y.X.cma,如廣州域名為gzs.gd.cma,深圳域名為szs.gd.cma。
圖4 域名體系設(shè)計(jì)
CMANet域名體系與公共互聯(lián)網(wǎng)域名體系相互獨(dú)立,互不兼容。公共互聯(lián)網(wǎng)域名體系使用公共域名體系,在全球通用,由域名注冊(cè)[9]商管理,使用公共地址,在公共互聯(lián)網(wǎng)中使用。而CMANet域名體系為私有域名體系,僅限氣象部門內(nèi)部使用,由氣象信息部門運(yùn)維管理,使用私有地址,在全國(guó)氣象寬帶網(wǎng)中使用。
2.3 應(yīng)用系統(tǒng)域名命名規(guī)范
[所屬業(yè)務(wù)系統(tǒng)/部門][服務(wù)器功能描述][服務(wù)器臺(tái)數(shù)編號(hào)].[三級(jí)域.]二級(jí)域.cma所屬業(yè)務(wù)系統(tǒng)/部門[10]:描述服務(wù)器所屬的業(yè)務(wù)系統(tǒng)/部門,使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)/部門名稱的英文縮寫或中文拼音首字母縮寫。
服務(wù)器功能描述:直觀表達(dá)應(yīng)用系統(tǒng)的功能,可使用通用縮寫或自定義,要求簡(jiǎn)潔、易懂,盡量使用應(yīng)用系統(tǒng)首字母縮寫,如:db表示數(shù)據(jù)庫(kù);www表示網(wǎng)站(門戶)服務(wù)器;oa表示辦公自動(dòng)化服務(wù)器;ftp表示ftp服務(wù)器;mail表示郵件服務(wù)器;mc表示監(jiān)控(monitor and control)服務(wù)器;gw表示網(wǎng)關(guān);sso表示單點(diǎn)登錄。
服務(wù)器臺(tái)數(shù)編號(hào):服務(wù)器所屬部門及功能都相同且服務(wù)器多于一臺(tái)的,使用數(shù)字編號(hào)來(lái)區(qū)分。例如:www.gd.cma表示廣東省氣象局網(wǎng)站(門戶)服務(wù)器;ywmc1.gzs.gd.cma表示廣東省廣州市氣象局監(jiān)控服務(wù)器1;ywmc2.gzs.gd.cma表示廣東省廣州市氣象局監(jiān)控服務(wù)器2。
域名服務(wù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)如圖5所示。其中根/頂級(jí)域名服務(wù)器承擔(dān)根域權(quán)威服務(wù)器和頂級(jí)域權(quán)威服務(wù)器的角色,其功能分別為全國(guó)頂級(jí)域注冊(cè)、解析和全國(guó)各省二級(jí)域/域名注冊(cè)、解析[11],實(shí)現(xiàn)了三點(diǎn)異地備份,單臺(tái)或兩臺(tái)故障不影響解析;國(guó)家級(jí)統(tǒng)一輔域名服務(wù)器分別承擔(dān)了全國(guó)所有二級(jí)/三級(jí)域權(quán)威服務(wù)器(輔),功能分別為全國(guó)所有三級(jí)/四級(jí)域名/域注冊(cè),提供全國(guó)解析訪問(wèn);省寬帶網(wǎng)DMZ域名服務(wù)器承擔(dān)了二級(jí)/三級(jí)域權(quán)威服務(wù)器(主)和遞歸解析服務(wù)器的角色,實(shí)現(xiàn)本省三級(jí)/四級(jí)域名/域注冊(cè),提供全國(guó)解析訪問(wèn)和為客戶端提供私有域名遞歸解析服務(wù)的功能;省局域網(wǎng)域名服務(wù)器承擔(dān)了二級(jí)/三級(jí)域權(quán)威服務(wù)器(輔助)、互聯(lián)網(wǎng)域名遞歸解析服務(wù)器和私有域名轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的角色,實(shí)現(xiàn)了本省三級(jí)/四級(jí)域名/域注冊(cè),僅提供本省解析訪問(wèn),不向其他省提供服務(wù),為本省客戶端提供互聯(lián)網(wǎng)域名遞歸解析服務(wù)和私有域名轉(zhuǎn)發(fā)解析服務(wù)的功能。
圖5 域名服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
域名服務(wù)軟件[12]使用ISC(Internet Software Consortium,因特網(wǎng)軟件聯(lián)合會(huì))BIND(Berkeley Internet Name Domain)。在全球范圍內(nèi),ISC BIND軟件的使用率高達(dá)95%,目前最新的版本為bind 9.7.3-P3。
域名系統(tǒng)應(yīng)用在三個(gè)方面:業(yè)務(wù)系統(tǒng)域名注冊(cè)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問(wèn)域名解析和互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)域名解析。
4.1 業(yè)務(wù)系統(tǒng)域名注冊(cè)
例如,廣東省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心ASOM系統(tǒng),服務(wù)器IP地址為10.148.9.198,示例注冊(cè)域名為asom.moc.gd.cma。在域名服務(wù)器上進(jìn)行注冊(cè)后,用戶只需在瀏覽器地址欄中輸入asom.moc.gd.cma便可訪問(wèn)ASOM系統(tǒng),而不需要記住其服務(wù)器的真實(shí)IP地址。
需要特別說(shuō)明的是,域名系統(tǒng)只負(fù)責(zé)“域名”與“IP地址”的映射,不提供應(yīng)用端口映射;CMANet全網(wǎng)域名系統(tǒng)只支持氣象部門私有域名的注冊(cè),即“.cma”域名。公共互聯(lián)網(wǎng)的域名需根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r向運(yùn)營(yíng)商注冊(cè)。
4.2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問(wèn)域名解析
氣象全網(wǎng)域名系統(tǒng)能為業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問(wèn)域名提供解析服務(wù)[13]。局域網(wǎng)用戶訪問(wèn)其他省業(yè)務(wù)域名解析過(guò)程分為兩種隨機(jī)情況。隨機(jī)情況一:客戶訪問(wèn)asom.moc.gd.cma,轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給寬帶網(wǎng)DMZ區(qū)的主服務(wù)器進(jìn)行解析。本省轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器將客戶請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至主服務(wù)器,主服務(wù)器請(qǐng)求根服務(wù)器,根服務(wù)器做應(yīng)答,主服務(wù)器請(qǐng)求“gd.cma”域輔助服務(wù)器,“gd.cma”域輔助服務(wù)器做出應(yīng)答,最后主服務(wù)器應(yīng)答局域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器。隨機(jī)情況二:客戶訪問(wèn)asom.moc.cma,客戶端請(qǐng)求局域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器,轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到統(tǒng)一輔助服務(wù)器,統(tǒng)一輔助服務(wù)器做出應(yīng)答,局域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器應(yīng)答客戶端。
4.3 互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)域名解析
局域網(wǎng)用戶訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)域名grmc.gov.cn解析過(guò)程:客戶請(qǐng)求本省根服務(wù)器,根服務(wù)器應(yīng)答,請(qǐng)求“cn”頂級(jí)域服務(wù)器,“cn”服務(wù)器應(yīng)答,請(qǐng)求“grmc.gov.cn”域服務(wù)器,“grmc.gov.cn”服務(wù)器應(yīng)答,應(yīng)答客戶端。
5.1 域名系統(tǒng)配置文件
域名系統(tǒng)最重要的配置文件有[14]:named.conf、db.zone、in-addr.rev、named.root、rndc.key。域名系統(tǒng)的配置和日常管理通過(guò)修改這些配置文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
5.1.1 named.conf
named.conf是BIND的核心配置文件,它包含了BIND的基本配置,但并不包括區(qū)域數(shù)據(jù)。named.conf文件定義了DNS服務(wù)器的工作目錄所在位置,所有的區(qū)域數(shù)據(jù)文件都存放在該目錄中。該文件還定義了DNS服務(wù)器能夠管理哪些區(qū)域,如果DNS服務(wù)器可以管理某個(gè)區(qū)域,它將完成該區(qū)域內(nèi)的域名解析工作。
配置舉例:
options{
listen-on port 53{192.168.1.1;};
directory “/var/”;
du mp-file “/run/cache_dump.db”;
pid-file “/runlnamed.pid”;
statistics-file “/run/named_stats.txt”;
memstatistics-file “/run/named_mem_stats.txt”;
allow-quary{any;};
also-notify{100.1.72.10;10.90.90.9;};
recursion yes;
version“unknow”;
};
logging{
channel default-debug{
file“/Logs/named.ru n”;
sererity dynamic;
print-time yes;
};
};
zone“.”IN{
type hint;
fide“named.root”;
};
zone“hb.cma”IN{
type master;
file“dd.hd.cma”;
};
zone“esh.hb.cma”IN{
type master;
fide“db.esh.hb.cma”;
};
zone“ez s.hb.cma”IN{
type master;
file“dd.ezs.hb.cma”;
};
zone“In-addr.arp a”IN{
typemaste r;
fide“in-addr.rev”;
};
key“rndc-key”{
algorithm hmac-md5;
seret“BFtwj Pq60ELnp7EG4Tw==;
};
cantrols{
inet 127.0.0.1 port 953
allow{127.0 .0.1;} keys{“rndo-key”;};
};
5.1.2 db.zone
ZONE文件是DNS上保存域名配置的文件,對(duì)BIND來(lái)說(shuō)一個(gè)域名對(duì)應(yīng)一個(gè)ZONE文件。
配置舉例:
$TTL 86400;1 day
@ IN SOAns.hb.cma. root.hb.cma. (
1110121425;serial
10800;refresh
3600;retry
604800;expire
86400;minimum
)
IN NS nsm.hb.cma.
IN NS nss.hb.cma.
nsmIN A 10.104.72.8
nssIN A 10.1.72.10
wuhIN NS nsm.wuh.hb.cma.
nsm.wuhIN A 10.104.72.8
wuhIN NS nss.wuh.hb.cma.
nss.wuhIN A 10.1.72.10
db01.cimissIN A 10.104.89.16
db02.cimissIN A 10.104.89.17
db03.cimissIN A 10.104.89.18
db04.cimissIN A 10.104.89.19
5.1.3 in-addr.rev
反向解析域配置文件。各省主、輔以及國(guó)家級(jí)DNS服務(wù)器單獨(dú)配置反向解析域。服務(wù)器的身份驗(yàn)證,主要應(yīng)用于反垃圾郵件。
配置舉例:
$TTL86400;1 day
@INSOA 8.72.104.10.,in-addr. Arpa.root.in-addr. arpa.(
1108291124;serial
10800;refresh(3 hours)
3600;retry(1 hour)
604800;expire(1 week)
86400;minimum(1 day)
)
IN NSnsm.hb.cma.
8.72.104.10 IN PTR nsm.hb.cma.
5.1.4 named.root
named.root為自建根文件,配置舉例:
.518400 NS BJ.ROOT-SERVERS.NET.
.518400 NS LZ.ROOT-SERVERS.NET.
.518400 NS GZ.ROOT-SERVERS.NET.
BJ.ROOT-SERVERS.NET.3600000 IN A 10.1.72.9
LZ.ROOT-SERVERS.NET.3600000 IN A 10.166.72.9
GZ.ROOT-SERVERS.NET.3600000 IN A 10.148.72.9
5.1.5 rndc.key
KEY文件配置舉例:
key “rndc-key” {
algorithm hmac-md5;
secret “BFtwjPq60ELnp27EG4QGTw==”;
};
5.2 域名系統(tǒng)管理員職責(zé)
域名系統(tǒng)管理員[15]的職責(zé)在于負(fù)責(zé)本省域名服務(wù)器的運(yùn)行維護(hù);負(fù)責(zé)本省用戶域名注冊(cè)管理,域名是一種資源,其注冊(cè)分配需要遵循嚴(yán)格的審批流程,管理員要做好域名合規(guī)性審核、評(píng)估,嚴(yán)禁搶注域名;負(fù)責(zé)本省用戶域名技術(shù)支持;負(fù)責(zé)本省域名規(guī)劃。
全網(wǎng)域名服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)氣象業(yè)務(wù)起到了非常重要的作用,解決了當(dāng)前氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的各種問(wèn)題。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)遵循安全、可靠、科學(xué)的設(shè)計(jì)原則,并兼顧了可擴(kuò)展性和兼容性,具備了支持未來(lái)向市縣級(jí)延伸可能需求的兼容能力和可擴(kuò)展能力。
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Design and Implementation of Meteorological Application Based on Entire Network Domain Name System
WU Zhao-xiong1,LIANG Xin-xiong2
(1.Meteorological Information Center of Guangdong,Guangzhou 510080,China;2.Meteorological Ecological Center of Guangdong,Guangzhou 510080,China)
In recent years,in the processing of vigorously developing modern meteorological operations and accelerating the construction of meteorological modernization,on the one hand,meteorological service system is becoming more and more,and the meteorological workers demand for that is bigger and bigger.On the other hand,each system based on the IP address has poor flexibility and higher management cost.Because the IP address is difficult to memory,and user experience is poor,you need to build entire network domain name system to further improve the availability and manageability for system and enhance the user experience.The test results show that after deployment of entire network domain name system,due to various meteorological service system in strict accordance with the regulations for the domain name,using the standardization of the domain name,access address of various business system is more easy to remember,and user experience is better,further improvement of the manageability of that.Commissioning through business changes,the domain name system is stable.
meteorological operation system;IP address;entire domain name system;domain management
2015-10-30
2016-02-23
時(shí)間:2016-06-22
廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(0219)
吳兆雄(1980-),男,工程師,研究方向?yàn)橥ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)工程。
http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160622.0844.034.html
TP301
A
1673-629X(2016)07-0164-05
10.3969/j.issn.1673-629X.2016.07.035