域名解析實驗在仿真器中的設(shè)計與實現(xiàn)

黃安安+陳潮

摘 要： 域名解析實驗涉及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃、路由器的路由配置、域名服務(wù)器配置和DNS故障排除等知識，是計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的重要內(nèi)容。為了使學(xué)生更好地理解域名解析過程，詳細設(shè)計了一套實驗方案。該方案以DNS服務(wù)器為核心，設(shè)計實驗拓?fù)?，給出實驗參數(shù)，采用Packet Tracer軟件模擬真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并在仿真器中實現(xiàn)和驗證。實踐證明，教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞： 域名系統(tǒng)； 域名解析； 仿真器； 實驗設(shè)計

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）02-34-04

0 引言

計算機網(wǎng)絡(luò)課程是普通高等學(xué)校計算機、通信、電子和自動化等專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)核心課程，注重理論與實踐緊密結(jié)合[1-2]。實驗教學(xué)在計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中占有舉足輕重的地位，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)[3-4]。以域名解析實驗為例，使用Cisco Packet Tracer軟件進行模擬設(shè)計與仿真，實現(xiàn)本地域名解析和外網(wǎng)域名解析，經(jīng)實踐證明，教學(xué)效果良好。

1 DNS協(xié)議

DNS（Domain Name System，域名系統(tǒng)），作為域名和IP地址相互映射的一個分布式數(shù)據(jù)庫，它能夠使用戶更方便的訪問互聯(lián)網(wǎng)，而不用去記住能夠被機器直接讀取的IP數(shù)串。通過主機名，最終得到其對應(yīng)的IP地址的過程叫做域名解析（或主機名解析）。DNS協(xié)議運行在UDP協(xié)議之上，使用端口號53。在RFC文檔中RFC 2181對DNS有規(guī)范說明，RFC 2308對DNS查詢的反向緩存進行說明[5-6]。

DNS是實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的WWW、FTP和E-MAIL等服務(wù)的基礎(chǔ)。域名解析方法主要有兩種：遞歸查詢（Recursive Query）和迭代查詢（Iterative Query）。遞歸查詢中，域名服務(wù)器將代替提出請求的客戶機進行域名查詢，若在本地資源中無法解析，則會在域樹中各分支的上下進行遞歸查詢，最終將查詢結(jié)果返回給客戶機。迭代查詢中，客戶機送出查詢請求后，若該域名服務(wù)器中未找到，會通知客戶機另一臺域名服務(wù)器的IP地址，使客戶機自動轉(zhuǎn)向另一臺域名服務(wù)器查詢，以此類推，直至查詢成功。否則，由最后一臺域名服務(wù)器通知客戶機查詢失敗[7]。一般情況下，客戶機向本地域名服務(wù)器的查詢采用遞歸查詢，本地域名服務(wù)器向根域名服務(wù)器的查詢采用迭代查詢[8]。

2 網(wǎng)絡(luò)仿真軟件工具

Packet Tracer是思科公司開發(fā)的一款網(wǎng)絡(luò)模擬仿真軟件工具，為網(wǎng)絡(luò)課程初學(xué)者進行設(shè)計、配置、排除網(wǎng)絡(luò)故障提供了網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境。它具有無場所依賴性、經(jīng)費投入低、實驗管理簡單和實驗效率高等優(yōu)點，受到教師和學(xué)生的青睞。用戶可以在該軟件的圖形用戶界面上直接使用拖曳方法建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⒖梢酝ㄟ^提供的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)行進中的詳細處理過程來觀察網(wǎng)絡(luò)實時運行情況，還可以學(xué)習(xí)思科OS的配置、鍛煉故障排查能力[9]。

3 實驗設(shè)計仿真實現(xiàn)

域名解析屬于綜合型實驗，要求學(xué)生理解DNS的工作原理，熟悉DNS服務(wù)器的工作過程和DNS報文格式，理解DNS緩存的作用，掌握DNS服務(wù)器的基本配置方法和故障排除。

3.1 實驗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

實驗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，實驗設(shè)備包括三臺路由器（Router0、Router1和Router2）、二臺交換機（Switch0和Switch1）、四臺域名服務(wù)器（root_dns、cn_dns、com_dns和b.com_dns）、二臺網(wǎng)頁服務(wù)器（www.a.cn和www.b.com）、一臺主機和若干線纜。實驗過程中，首先配置實驗設(shè)備的IP地址，其次配置路由器的靜態(tài)路由和在域名服務(wù)器中添加資源記錄，并開啟DNS服務(wù)和HTTP服務(wù)，最后分別觀察驗證本地域名解析和外網(wǎng)域名解析過程。

3.2 IP編址方案

根據(jù)圖1實驗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對三臺路由器接口的IP地址參數(shù)進行配置，具體如表1所示，子網(wǎng)掩碼均為255.255.255.0。

對一臺主機、四臺域名服務(wù)器和二臺網(wǎng)頁服務(wù)器的IP地址參數(shù)進行配置，具體如表2所示，子網(wǎng)掩碼均為255.255.255.0。3.5 應(yīng)用配置

實驗設(shè)備及接口的IP地址配置直接在圖形界面或命令行界面下完成，路由器的配置在命令行界面中使用命令完成，域名服務(wù)器和網(wǎng)頁服務(wù)器的配置在圖形界面下完成。

3.5.1 IP地址配置

根據(jù)表1和表2完成六臺服務(wù)器、一臺主機和三臺路由器接口的IP地址配置，下面以PC為例，配置如圖2所示。

4 域名解析實驗結(jié)果驗證

根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從PC訪問www.a.cn網(wǎng)頁服務(wù)器使用的域名解析為本地域名解析，由cn_dns作為本地域名服務(wù)器獨立進行域名解析，訪問結(jié)果如圖6所示，與圖4的配置相一致，從而驗證結(jié)果正確；從PC訪問www.b.com網(wǎng)頁服務(wù)器使用的域名解析為外網(wǎng)域名解析過程，需要多個域名服務(wù)器進行查找，其中cn_dns作為本地域名服務(wù)器，root_dns作為根域名服務(wù)器，com_dns作為頂級域名服務(wù)器，b.com_dns作為權(quán)限域名服務(wù)器，依次進行域名的遞歸解析，訪問結(jié)果如圖7所示，與圖5的配置相一致，從而驗證結(jié)果正確。在實驗過程中，可以在Packet Tracer軟件仿真模式下查看和分析域名解析的整個過程。

5 結(jié)束語

DNS服務(wù)是實現(xiàn)HTTP、Web和E-mail等因特網(wǎng)基本服務(wù)的基礎(chǔ)，因此域名解析實驗是計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的重要內(nèi)容。實驗內(nèi)容以DNS服務(wù)器配置為核心，以路由器的路由配置為重點，精心設(shè)計，通過在Packet Tracer軟件進行仿真和驗證，效果良好。該實驗方案在實驗教學(xué)改革中非常值得借鑒。

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