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全面了解移动端DNS域名绑架等杂症:技能原理、问题本源、处理计划等

发布日期:2020-01-20 17:40:00      浏览量:1475人

  1、导言

  关于互联网,域名是拜访的第一跳,而这一跳许多时分会“失足”(特别是移动端网络),导致拜访过错内容、失利衔接等,让用户在互联网上畅游的直爽瞬间消失。

  而关于这要害的第一跳,包含鹅厂在内的国内互联网大厂,都在继续深化地研讨和考虑对策,本文迁就鹅厂团队在这一块的技能实践,做一个深度的总结和技能共享,期望给咱们带来少许启示。

  2、正文概述

  凡是运用域名来给用户供给服务的互联网企业,都或多或少地无法避免在有中国特色的互联网环境中遭遇到各种域名被缓存、用户跨网拜访缓慢等问题。那么关于腾讯这样的域名数量在10万级其他互联网公司来讲,域名解析反常的状况究竟有多严峻呢?

  每天腾讯的散布式域名解析监测体系在不停地对全国一切的要点LocalDNS(指运营商的DNS服务)进行勘探,腾讯域名在全国各地的日解析反常量是现已超越了80万条(这方面,来自移动端的反常尤为杰出)。这给腾讯的事务带来了巨大的丢失。为此腾讯建立了专业的团队与各个运营商进行了深度交流,可是因为各种原因,处理功率及作用均不能到达腾讯各事务部门的需求。

  除了和运营商进行交流,有没有一种技能上的计划,能从本源上处理域名解析反常及用户拜访跨网的问题呢?这是包含腾讯在内的许多国内互联网大厂技能团队一直在考虑的问题。

  3、首要,什么是DNS?

  要想了解本文即将评论的DNS各种问题,咱们需求首要来温习一下DNS的基本原理和相关常识。

  3.1DNS的作业原理

  DNS(Domain Name System,域名体系),DNS 服务用于在网络恳求时,将域名转为 IP 地址。能够运用户更便利的拜访互联网,而不用去记住能够被机器直接读取的 IP 数串。

  DNS的基一原理如下图所示:

  传统的依据 UDP 协议的公共 DNS 服务极易发作 DNS 绑架,然后形成安全问题。

  4.2DNS 域名体系结构

  如上图所示,典型DNS域名体系的结构如下:

  1)Root 域名:DNS 域名运用时,规则由尾部句号来指定称号坐落根或更高级其他域层次结构;

  2)Top Level 尖端域名:用来指示某个国家、区域或安排运用的称号的类型称号。如 .net;

  3)Second Level 域名:个人或安排在 Internet 上运用的注册称号。如 52im.net;

  4)Third Level 域名:已注册的二级域名派生的域名。如 docs.52im.net。

  3.3DNS 解析进程

  如上图所示,这是一个典型的域名解析进程:

  1)浏览器中输入 www.52im.net,宣布解析恳求;

  2)本机的域名解析器 resolver 程序查询本地缓存和 host 文件中是否为域名的映射联络,假如有则调用这个 IP 地址映射,完结解析;

  3)假如 hosts 与本地解析器缓存都没有相应的网址映射联络,则本地解析器会向 TCP/IP 参数中设置的首选 DNS 服务器(咱们叫它 Local DNS 服务器)建议一个递归的查询恳求;

  4)服务器收到查询时,假如要查询的域名由本机担任解析,则回来解析成果给客户机,完结域名解析,此解析具有威望性。假如要查询的域名,不由 Local DNS 服务器解析,但该服务器已缓存了此网址映射联络,则调用这个 IP 地址映射,完结域名解析,此解析不具有威望性;

  5)假如 Local DNS 服务器本区域域文件与缓存解析都失效,则依据 Local DNS 服务器的设置(是否递归)进行查询,假如未用敞开形式,Local DNS 就把恳求发至13台 Root DNS。假如用的是递归形式,此 DNS 服务器就会把恳求转发至上一级 DNS 服务器,由上一级服务器进行解析,上一级服务器假如不能解析,或找根 DNS 或把转恳求转至上上级,以此循环;

  6)Root DNS 服务器收到恳求后会判别这个域名是谁来授权办理,并会回来一个担任该尖端域名服务器的一个 IP;

  7)Local DNS 服务器收到 IP 信息后,将会联络担任 .net 域的这台服务器;

  8)担任 .com 域的服务器收到恳求后,假如自己无法解析,它就会找一个办理 .net 域的下一级 DNS 服务器地址给本地 DNS 服务器;

  9)当 Local DNS 服务器收到这个地址后,就会找 52im.net 域服务器,10、11重复上面的动作,进行查询;

  10)终究 www.52im.net 回来需求解析的域名的 IP 地址给 Local DNS 服务器;

  11)Local DNS 服务器缓存这个解析成果(一起也会缓存,6、8、10回来的成果);

  12)Local DNS 服务器一起将成果回来给本机域名解析器;

  13)本机缓存解析成果;

  14)本机解析器将成果回来给浏览器;

  15)浏览器通过回来的 IP 地址建议恳求。

  3.4DNS的递归查询和迭代查询

  递归查询:假如主机所问询的本地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址,那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份,向其他根域名服务器继续宣布查询恳求报文,而不是让该主机自己进行下一步的查询。

  迭代查询:当根域名服务器收到本地域名服务器宣布的迭代查询恳求报文时,要么给出所要查询的 IP 地址,要么告知本地域名服务器:你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询。然后让本地域名服务器进行后续的查询,而不是替本地域名服务器进行后续的查询。

  由此可见,客户端到 Local DNS 服务器,Local DNS 与上级 DNS 服务器之间归于递归查询;DNS 服务器与根 DNS 服务器之前归于迭代查询。

  实践环境中,因为选用递归形式会导致 DNS 服务器流量很大,所以现在大多数的 DNS 都是迭代形式。

  4、国内移动端网络所面对的各种DNS杂症

  总结下来,DNS的这些咋整首要的带来了三类问题:

  1)LocalDNS绑架;

  2)均匀拜访推迟下降;

  3)用户衔接失利率下降。

  LocalDNS绑架: 因为HttpDNS是通过ip直接恳求http获取服务器A记载地址,不存在向本地运营商问询domain解析进程,所以从底子避免了绑架问题。 (关于http内容tcp/ip层绑架,能够运用验证因子或许数据加密等方法来确保传输数据的可信度)

  均匀拜访推迟下降: 因为是ip直接拜访省掉了一次domain解析进程,(即便体系有缓存速度也会稍快一些‘毫秒级’)通过智能算法排序后找到最快节点进行拜访。

  用户衔接失利率下降: 通过算法下降以往失利率过高的服务器排序,通过时刻近期拜访过的数据进步服务器排序,通过前史拜访成功记载进步服务器排序。假如ip(a)拜访过错,鄙人一次回来ip(b)或许ip(c) 排序后的记载。

  那么,追根溯源,究竟为什么会存在这些问题?这便是下一节要评论的问题。

  5、追根溯源,国内DNS问题的本源是什么?

  咱们得先得了解下现在国内各ISP运营商的LocalDNS的基本状况。

  国内运营商LocalDNS形成的这些问题,能够归为下以下3种原因:

  域名缓存;

  解析转发;

  LocalDNS递归出口NAT。

  下面,咱们来逐个剖析。

  5.1域名缓存

  域名缓存很好了解,便是LocalDNS缓存了腾讯的域名的解析成果,不向腾讯威望DNS建议递归。

  示意图如下:

  

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  为何LocalDNS要把域名解析成果进行缓存呢?原因有以下几个:

  1)确保用户拜访流量在本网内消化:国内的各互联网接入运营商的带宽资源、网间结算费用、IDC机房散布、网内ICP资源散布等存在较大差异。为了确保网内用户的拜访质量,一起削减跨网结算,运营商在网内搭建了内容缓存服务器,通过把域名强行指向内容缓存服务器的IP地址,就完成了把本地本网流量彻底留在了本地的意图;

  2)推送广告:有部分LocalDNS会把部分域名解析成果的所指向的内容缓存,并替换成第三方广告联盟的广告。

  以上类型的行为便是咱们常说的域名缓存,域名缓存会导致用户发作以下的拜访反常:

  A、仅对80端口的http服务做了缓存,假如域名是通过https协议或其它端口供给服务的,用户拜访就会呈现失利。比方付出服务、游戏通过指定端口衔接connect server服务等;

  B、缓存服务器的运维水平良莠不齐,时有呈现缓存服务器毛病导致用户拜访反常的问题。

  5.2解析转发

  除了域名缓存以外,运营商的LocalDNS还存在解析转发的现象。解析转发是指运营商本身不进行域名递归解析,而是把域名解析恳求转发到其它运营商的递归DNS上的行为。

  正常的LocalDNS递归解析进程是这样的:

  而部分小运营商为了节约资源,就直接将解析恳求转发到了其它运营的递归LocalDNS上去了:

  这样的直接成果便是腾讯威望DNS收到的域名解析恳求的来历IP就成了其它运营商的IP,终究导致用户流量被导向了过错的IDC,用户拜访变慢。

  5.3LocalDNS递归出口NAT

  LocalDNS递归出口NAT指的是运营商的LocalDNS依照规范的DNS协议进行递归,可是因为在网络上存在多出口且装备了方针路由NAT,成果导致LocalDNS终究进行递归解析的时分的出口IP就有概率不为本网的IP地址。

  如下图所示:

  这样的直接成果便是GSLB DNS收到的域名解析恳求的来历IP仍是成了其它运营商的IP,终究导致用户流量被导向了过错的IDC,用户拜访变慢。

  6、有必要着手处理这些问题,但传统处理计划问题太多

  运营商的LocalDNS解析域名反常,给对用户拜访腾讯互联网事务的体会形成了十分大的危害。

  那么曾经,咱们是怎么处理这些域名解析反常的问题的呢?

  1)实时监控+商务推进:

  这种计划是现在腾讯的运营团队一直在运用的计划。这种计划便是周期比较长,究竟通过行政手法来推进运营商来处理这个问题是比较耗时的。别的咱们通过大数据剖析,得出的结论是Top 3的问题用户均为移动互联网用户。关于这部分用户,咱们有什么技能手法能够处理以上的问题呢?

  2)绕过主动分配DNS,运用114dns或Google public DNS:

  这个计划看上去很夸姣,114dns是国内最大的中立缓存DNS,而Google又是秉承不作恶理念的互联网工程帝国巨鳄,并且腾讯的威望DNS又支撑edns-client-subnet功用,能直接辨认运用Google publicDNS解析腾讯域名的用户的IP地址,不会呈现流量调度失效。

  可是问题来了:

  a. 怎么在用户侧结构域名恳求:关于PC端的客户端来说,结构一个规范的DNS恳求包并不算什么难事。但在移动端要向一个指定的LocalDNS上发送规范的DNS恳求包,并且要兼容各种iOS和android的版别的话,技能上是可行的,仅仅兼容的本钱会很高;

  b. 推进用户修正装备极高:假如要推进用户手动修正PC的DNS装备的话,在PC端和手机客户端的WiFI下面还算牵强可行。可是要用户修正在移动互联网环境下的DNS装备,其难度显而易见。

  3)彻底扔掉域名,自建connectcenter进行流量调度:

  假如要选用这种这种计划的话,首要你就得要拿到一份准确的IP地址库来判别用户的归属,然后再拟定个协议搭个connect center来做调度,然后再对接入层做调度改造。这种计划和2种计划相同,不是不能做,仅仅本钱会比较高,特别关于腾讯这种事务规划如此巨大的公司而言。

  已然上面的这些传统计划都存在那么多的问题,那有没有一种调度精准、本钱低价、装备便利的依据域名的流量调度体系呢?答案是必定的,咱们鄙人一步继续共享。

  7、当时干流的处理计划:HttpDNS呈现了

  7.1什么HttpDNS?

  HTTPDNS 运用 HTTP 协议与 DNS 服务器交互,替代了传统的依据 UDP 协议的 DNS 交互,绕开了运营商的 Local DNS,有用避免了域名绑架,进步域名解析功率。别的,因为 DNS 服务器端获取的是实在客户端 IP 而非 Local DNS 的 IP,能够准确定位客户端地理位置、运营商信息,然后有用改善调度准确性。

  HTTPDNS的原理如下图所示:

  7.2HttpDns 首要处理的问题

  Local DNS 绑架:因为 HttpDns 是通过 IP 直接恳求 HTTP 获取服务器 A 记载地址,不存在向本地运营商问询 domain 解析进程,所以从底子避免了绑架问题。

  均匀拜访推迟下降:因为是 IP 直接拜访省掉了一次 domain 解析进程,通过智能算法排序后找到最快节点进行拜访。

  用户衔接失利率下降:通过算法下降以往失利率过高的服务器排序,通过时刻近期拜访过的数据进步服务器排序,通过前史拜访成功记载进步服务器排序。

  7.3腾讯的HttpDNS思路

  通过努力,腾讯公司的GSLB 团队推出的HttpDNS是为移动客户端量身定做的依据Http协议和域名解析的流量调度处理计划,专治LocalDNS解析反常以及流量调度禁绝。

  具体介绍如下。

  腾讯的HttpDNS基本原理:

  

2.jpg


  HttpDNS的原理十分简略,首要有两步:

  A、客户端直接拜访HttpDNS接口,获取事务在域名装备办理体系上装备的拜访推迟最优的IP。(依据容灾考虑,仍是保存次选运用运营商LocalDNS解析域名的方法);

  B、客户端向获取到的IP后就向直接往此IP发送事务协议恳求。以Http恳求为例,通过在header中指定host字段,向HttpDNS回来的IP发送规范的Http恳求即可。

  HttpDNS带来的优势:

  从原理上来讲,HttpDNS仅仅将域名解析的协议由DNS协议换成了Http协议,并不杂乱。

  可是这一细小的转化,却带来了很多的收益:

  A、彻底治愈域名解析反常:因为绕过了运营商的LocalDNS,用户解析域名的恳求通过Http协议直接透传到了腾讯的HttpDNS服务器IP上,用户在客户端的域名解析恳求将不会遭遭到域名解析反常的困扰;

  B、调度精准:HttpDNS能直接获取到用户IP,通过结合腾讯自有专利技能生成的IP地址库以及测速体系,能够确保将用户引导的拜访最快的IDC节点上;

  C、完本钱钱低价:接入HttpDNS的事务仅需求对客户端接入层做少数改造,无需用户手机进行root或越狱;并且因为Http协议恳求结构十分简略,兼容各版别的移动操作体系更不成问题;别的HttpDNS的后端装备彻底复用现有威望DNS装备,办理本钱也十分低。总而言之,便是以最小的改形本钱,处理了事务遭受域名解析反常的问题,并满意事务准确流量调度的需求;

  D、扩展性强:HttpDNS供给牢靠的域名解析服务,事务可将自有调度逻辑与HttpDNS回来成果结合,完成更精细化的流量调度。比方指定版别的客户端衔接恳求的IP地址,指定网络类型的用户衔接指定的IP地址等。

  当然各位或许会问:用户将首选的域名解析方法切换到了HttpDNS,那么HttpDNS的高可用又是怎么确保的呢?别的不同运营商的用户拜访到同一个HttpDNS的服务IP,用户的拜访推迟怎么确保?

  为了确保高可用及提高用户体会,HttpDNS通过接入了腾讯公网交流渠道的BGP Anycast网络,与全国多个干流运营商建立了BGP互联,确保了这些运营商的用户能够快速地拜访到HttpDNS服务;别的HttpDNS在多个数据中心进行了布置,恣意一个节点发作毛病时均能无缝切换到备份节点,确保用户解析正常。

  接入作用及未来展望:

  当时腾讯的HttpDNS计划已在腾讯内部接入了多个事务,掩盖数亿用户,并已继续安稳运转超越一年时刻。而接入了HttpDNS的事务在用户拜访体会方面都有了十分大的提高。

  以某个接入HttpDNS的事务为例,该事务仅通过接入HttpDNS,在未做任何其它优化的状况下,用户均匀拜访推迟下降超越10%,拜访失利率下降了超越五分之一,用户拜访体会的作用提高十分明显。别的腾讯的HttpDNS服务除了在腾讯内部被广泛运用以外,也遭到了事务同行的必定。国内最大的publicDNS服务商114dns在遭到腾讯DNS的启示下,也推出了HttpDNS服务。

  在未来的日子里,腾讯GSLB团队将会在腾讯内部进一步推行HttpDNS服务,并将在实践事务的需求下对HttpDNS服务进行晋级,如供给更为通用、安全、简略的接入协议,进一步提高接入用户的网络拜访体会等等。期望HttpDNS能为各位在处理域名解析反常及大局流量调度失效方面供给一个简略、可行的思路。

  8、作为创业团队,怎么改造APP并支撑HttpDNS?

  作为创业团队,人力、财力、技能力量或许都无暇顾及这一块,可是移动端APP却实实在在面对文中说到的各种DNS问题,咱们该怎么办呢?

  8.1运用第3方云服务商供给的HttpDNS接口

  现在,国内有一部分厂商现已供给了这个解析服务,能够直接运用第三方服务。

  现在,供给 HttpDns 解析服务的第3方服务商越来多,比方:阿里云HttpDNS、腾讯云HttpDNS、华为云HttpDNS等。

  以阿里云的 HttpDNS为便,它的API 比较规范,直接发一个 Get 恳求,带上恳求参数,回来成果以 json 回来:

  //203.107.1.1/d?host=www.52im.net

  恳求成功时,回来成果如下:

  {

  "host": "www.linkedkeeper.com",

  "ips": [

  "115.238.23.241",

  "115.238.23.251"

  ],

  "ttl": 57

  }

  在移动端,将由 HttpDns 取得的 IP 地址在原有 URL 的基础上,将域名替换为 IP,然后用新的 URL 建议 HTTP 恳求。

  8.2新浪微博团队共享的开源HttpDNS库:HTTPDNSLib

  HTTPDNSLib的Github地址:https://github.com/CNSRE/HTTPDNSLib

  HTTPDNSLib中完成的HttpDNS交互流程原理:

  从上图中能够看出来 整个事务的交互流程,用户向查询模块传入一个URL地址,然后查询模块会查看缓存是否存在,不存在从httpdnsapi接口查询, 然后通过评价模块回来。在用户恳求URL进程完毕时,需求将这次恳求的成果反馈给 lib库的评价模块由评价模块入库记载本次质量数据。

  HttpDns Lib库交互具体流程:

  上图这张具体流程图就更深化的说了下 lib的作业原理。有两条竖线讲图片分为了三个区域,分别是左部分、中心部分 和 右部分。

  左部分是app主线程操作的工作,中心部分是app调用者线程中处理lib库工作逻辑的工作,右面部分是新线程独立处理工作的逻辑。

  开端是里客户端调用方,传入一个 url,获取domain信息后由查询模块查询domain记载,查询模块会从内存缓存层查询,内存缓存层没有数据会,查询数据库,假如数据库也没有数据会恳求本地 LocalDNS。从三个环节中任何一个环节拿到数据后, 都会进入下一个环节,假如没有拿到数据回来null完毕。进入评价模块,依据五个插件进行排序, 排序后回来数据给客户端。

  lib模块设定定时器,依据ttl过期时刻来查看domain是否需求更新。 定时器是独立线程, 不会影响app主线程。 httpdns api恳求数据, 先从自己装备的 httpdns api接口获取数据,假如获取不到会从 dnspod api接口获取假如也获取不到 直接从本地 localDNS获取数据,(从本地localDNS获取数据后期会改为发送UDP包封装dns协议从公共dns服务器直接获取,比方114dns等。dns服务器地址可自行设定。 )获取到数据后进入测速模块。 测速模块最新版别能够装备两种方法,一种是http空恳求。 两个http头的交互,相似tcp首保耗时时刻原理 ,用来测验链路最快。 另一种是ping指令,(icmp协议)来尽量最小化流量的耗费,考虑倒或许有的服务器禁ping就运用空http测速即可。 测速后将数据刺进本地 cache 即可。

  下面是测验Demo的截图:

  

3.jpg


  有关HttpDns Lib库的具体介绍,请见:《App域名绑架之DNS高可用 - 开源版HttpDNS计划详解》。


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