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《计算机网络——自顶向下方法》精炼——2.5-2.6.1

霜_哀 2024-04-19 原文

“Be the change you wish to see in the world.” - Mahatma Gandhi

文章目录

DNS

我们经常用一个主机名标识一个主机，比如“www.baidu.com”，但在网络中，实际是用IP地址来标识主机的。因此需要一个能从主机名映射到IP地址的索引，这就是DNS的功能。

DNS概述

DNS的组成

DNS包含两个部分：

  1. 存储大量索引的分布式数据库
  2. 用于主机查找索引的DNS协议

DNS的服务

  1. 提供主机名到IP地址的转换。
  2. 主机别名：给某些主机一个便于记忆的主机名，称为主机别名；原来的不好记的名字称为主机规范名。
  3. 邮件服务器别名
  4. 负载分配：一些业务繁忙的站点可能有多个服务器正在运行，这些服务器拥有不同的IP地址，但能用同一个主机名映射到，此时DNS提供从主机名到IP地址集合的映射。
    在提供映射时，DNS循环IP集合的次序，因为主机总是向IP集合的第一个IP地址发送报文，这样就可以分摊这个主机名收到的负载了。

DNS运行过程

DNS的分布式数据库

DNS索引用一个很大的分布式数据库存储。

  1. 根DNS服务器：最上层的DNS服务器，存储着顶级域DNS服务器的IP地址。
  2. 顶级域（TLD）DNS服务器：负责顶级域名如com，edu等，存储权威DNS服务器的IP地址。
  3. 权威DNS服务器：存储需要找到的主机的IP地址。

本地DNS服务器

主机进行DNS查询时，先把请求发给本地DNS服务器，本地DNS服务器接收到所需的IP地址时再发送给发出请求的主机。

DNS的运行过程

  1. 请求主机向本地DNS服务器请求目的主机的IP地址
  2. 本地DNS服务器向根DNS服务器发出请求，根DNS服务器发现主机名有edu后缀，告知本地DNS服务器负责edu顶级域的TLD DNS服务器
  3. 本地DNS服务器向TLD DNS服务器发出请求，TLD DNS服务器发现主机名中有umass.edu后缀，告知本地DNS服务器负责这个后缀的权威DNS服务器。
  4. 重复这个过程，本地DNS服务器得到目的主机的IP地址，将这个IP地址返回给请求主机。

递归查询、迭代查询

不难看出，上述过程中请求主机向本地DNS服务器请求，本地DNS服务器再向其他服务器请求的过程是递归的，称为递归查询；而本地DNS服务器一个个向根DNS服务器等查询过去的过程是迭代的，称为迭代查询。

DNS缓存

本地DNS服务器为主机请求过一次IP地址后，会把目的主机名和其IP地址的映射暂时存储起来，称为DNS缓存。这样如果短时间内还有对相同主机名的请求，就可以直接返回需要的IP地址。由于主机名或IP地址可能会换，因此这个缓存一般只会存在两天。

DNS记录

DNS映射以资源记录的方式存储在DNS服务器中，资源记录包含4个元素：（Name，Value，Type，TTL），其中TTL指的是该记录的寿命，即它存在的时间。其他三个元素中，Name和Value的关系由Type决定。

DNS报文

DNS报文格式如下：

首部区域

一个12字节的区域。

  1. 标识符：标识这个查询的唯一标志，用于把请求报文和响应报文匹配起来。
  2. 标志字段：带有若干标志的字段。这些标志含有一些想要传达给对方的信息，例如这是一个查询/回答报文、发出该报文的服务器是否是一个权威DNS服务器等。
  3. 其他字段：指出了在首部后的4类数据区域出现的数量。

问题区域

发送正在查询的问题信息，包括所查询的主机名和类型信息，即资源记录的Name和Type，根据这些信息，能够得到Value。

回答区域

包含了要查询的资源记录。有时可能有多条记录，因为一个主机名可能对应多个IP地址。

权威区域

其他权威服务器的记录。

附加区域

其他有帮助的记录。

插入DNS记录

当你需要插入DNS资源记录时，你需要将你的域名（域就是一个或多个权威DNS服务器管辖的地盘）注册在注册登记机构，
当注册时，你需要提供域名、域中权威DNS服务器的主机名和它的IP地址。注册登记机构会验证信息唯一并将这些信息输入数据库。

P2P

P2P体系结构指在一个网络中，所有主机都既上载文件也下载文件，他们是对等的。

P2P文件分发

P2P的扩展性

由于新加入的主机也会贡献数据和带宽用于传输，P2P网络的扩展性大大强于客户-服务器体系结构。
原书中关于这一点做了比较严密的数学证明，我们这里省略。

BitTorrent

BitTorrent是一个文件分发的P2P协议。

术语

  1. 文件块：一个特定文件的等长度部分，通常为256KB。
  2. 洪流：在一个网络中参与同一个文件分发的所有对等方的集合。
  3. 追踪器：每个洪流含有一个追踪器，一个对等方加入洪流时，向追踪器注册，并周期性通知追踪器它还在洪流中，达到跟踪对等方的目的。

运行过程

  1. 对等方A加入洪流，追踪器随机挑出随机数量的其他对等方给A，A与这些对等方创建TCP连接。与它创建TCP连接的对等方称为临近对等方。
  2. A周期性的询问它的所有临近对等方他们拥有该文件的块列表，并由此决定请求哪些块。

重要机制

  • 请求哪些块？
    A采用最稀缺优先技术，即请求它没有的块中最少邻居拥有的块。例如，如果当它发现有一个块它自己没有且只有一个邻居有，那它一定会先请求这个块。通过这个机制，可以保证最稀有的块能快速传播。
  • 向哪些向它请求的邻居发送？
    A采用称作一报还一报的方法。这种方法能让主机之间用相接近的快速率相互传输数据。
  1. 它周期性检测别人给它数据的速度，并为能以最高速率给它提供数据的前四个邻居提供数据。这四个邻居称为疏通
  2. 同时每30秒，它尝试为另外一个邻居B发送数据，B如果发现A为它提供数据的速度较快，就会把A列入他自己的疏通清单中，并为A提供数据。
  3. 接收到B数据的A如果发现B为它提供的数据速度也很快，会把B列入它的疏通清单中，这样A和B就能以较快的速率相互传输数据。

    我是霜_哀，在算法之路上努力前行的一位萌新，感谢你的阅读！如果觉得好的话，可以关注一下，我会在将来带来更多更全面的计网知识讲解！
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