Nghiên cứu áp dụng công nghệ ANYCAST cho hệ thống DNS quốc gia

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Nguyễn Trường Thành NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ ANYCAST CHO HỆ THỐNG DNS QUỐC GIA Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 1 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Đặng Hoài Bắc…….………………………… (Ghi rõ học hàm, học vị) Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 2 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Ngày nay Internet và các dịch vụ trao đổi thông tin cơ sở mạng Internet đang phát triển một cách mạnh mẽ. Trên thế giới hiện có rất nhiều tên miền được cấp phép, sử dụng để cung cấp các dịch vụ trên hạ tầng Internet. Các tên miền được lưu trữ trên một hệ thống DNS có cấu trúc và trải rộng trên phạm vi toàn thế giới. Hệ thống DNS đóng vai trò như hệ thống chỉ mục Internet, được truy xuất rộng rãi không hạn chế thông qua các giao thức truy vấn/trả lời thông tin DNS. Sự phát triển của Internet cùng với sự ứng dụng sử dụng tên miền Internet một cách nhanh chóng như hiện nay đặt một gánh nặng lên hệ thống DNS, hệ thống này phải được phát triển không ngừng nhằm trả lời truy vấn tên miền một cách nhanh nhất. Để giải quyết vấn đề này hiện nay nhiều tổ chức quản lý DNS trên thế giới đã áp dụng công nghệ định tuyến địa chỉ Anycast. Việt Nam mới cung cấp dịch vụ Internet từ năm 1997 nhưng đã đạt được một số thành tựu quan trọng góp phần vào công cuộc xây dựng và phát triển kinh tế đất nước, nâng cao vị thế và vai trò của Việt Nam về lĩnh vực công nghệ thông tin nói chung. Trải qua hơn 10 năm phát triển Internet, số lượng tên miền Internet .VN được cấp phát và cài đặt trên máy chủ DNS quốc gia đã lên đến hơn gần 300.000 tên miền truyền thống và hơn 900.000 tên miền tiếng việt. Hiện nay hệ thống DNS quốc gia đã được triển khai tại nhiều điểm, đảm bảo an 3 toàn bằng nhiều biện pháp kỹ thuật, nhưng vẫn chưa có hệ thống Anycast nào triển khai tại Việt Nam. Việc tiến hành nghiên cứu thử nghiệm công nghệ Anycast và đánh giá khả năng áp dụng tại Việt Nam nhằm nâng cao khả năng hoạt động tốt nhất cho hệ thống DNS quốc gia. 2. Mục đích nghiên cứu: - Nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích ưu/nhược điểm của công nghệ Anycast. Giải pháp kỹ thuật áp dụng Anycast cho hệ thống máy chủ tên miền DNS. - Thử nghiệm, đánh giá về công nghệ Anycast và đề xuất khả năng áp dụng cho hệ thống máy chủ tên miền quốc gia, đảm bảo an toàn, bảo mật, khả năng mở rộng cao. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Hệ thống máy chủ quản lý tên miền DNS quốc gia. - Mô hình đề xuất áp dụng giải pháp Anycast cho hệ thống máy chủ tên miền DNS quốc gia. - Tiến hành thử nghiệm trên hệ thống máy chủ tên miền DNS quốc gia tại Trung tâm Internet Việt Nam - Bộ Thông tin và Truyền thông. - Thời gian thực hiện: năm 2012 4. Phương pháp nghiên cứu 4 - Tìm hiểu các tài liệu, tiêu chuẩn về giải pháp Anycast và áp dụng Anycast cho hệ thống máy chủ tên miền DNS - Tiến hành thử nghiệm: xây dựng mạng thử nghiệm gồm hệ thống mạng Anycast, hệ thống máy chủ tên miền DNS, hệ thống máy trạm. Sử dụng các thiết bị mạng và máy chủ, máy trạm, công cụ … để thử và đo kiểm kết quả. 5 NỘI DUNG Chương 1: Khảo sát hiện trạng hệ thống DNS quốc gia Nội dung chương tiến hành khảo sát hiện trạng hệ thống DNS quốc gia, bao gồm hạ tầng hệ thống kỹ thuật, kết nối và hệ thống máy chủ tên miền DNS. Nội dung cụ thể của chương bao gồm: I. Hiện trạng hệ thống kỹ thuật IPv4 VNNIC IPv6 -HN IPv4 INTERNET IPv6 INTERNET ISP ISP IPv4 VNNIC IPv6 - HCM VNIX VNIX ISPISP ISP ISP NATIVE – VPN IPv 6 IPv4 VNNIC IPv6 - DN BLUE: IPv4 YELLOW: IPv6 NATIVE – VPN IPv 6 NATIVE – VPN IPv 6 VNIX6 VNIX6 Tổng thể mạng DNS quốc gia hiện tại Hệ thống kỹ thuật gồm 5 site chính phân bố trên toàn quốc, liên kết với nhau qua hạ tầng kết nối tốc độ cao với các đặc điểm sau: - Hệ thống mạng DNS quốc gia gồm 02 mạng IPv4/IPv6 có thể kết nối với nhau. - Hạ tầng kết nối (core) bao gồm các kết nối cáp quang, kết nối qua backbone Internet Việt Nam, trạm trung chuyển Internet quốc gia VNIX và các hệ thống VPN liên kết các vùng. 6 - Hệ thống mạng DNS quốc gia với 7 cụm máy chủ DNS quốc gia (05 cụm trong nước và 02 cụm ở nước ngoài) đáp ứng toàn bộ nhu cầu truy vấn DNS toàn quốc. - Hệ thống trạm trung chuyển Internet quốc gia VNIX trung chuyển lưu lượng Internet trong nước giữa các nhà cung cấp dịch vụ ISP. Hệ thống truyền dẫn kết nối của mạng DNS quốc gia được hình thành trên cơ sở mạng DNS quốc gia, trạm trung chuyển Internet quốc gia VNIX, các mạng của ISP: Trạm trung chuyển Internet quốc gia VNIX - 03 trạm trung chuyển Internet quốc gia VNIX đặt tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh và Đà Nẵng: tại Hà Nội kết nối với 10 ISP (VNPT, Viettel, FPT, VTC, SPT, HTC, NGT, GDS, CMCTI), 7 tại TP.HCM kết nối với 15 ISP (VNPT, FPT, Viettel, HTC, VTC, SPT, VinaDATA, NGT, SCTV, DTS, Newlife, Netnam, ODS, CMCTI), tại Đà Nẵng kết nối với 02 ISP (Viettel, CMCTI). Các kết nối đều có tốc độ cao 1-10Gbps, thông qua các kết nối này, lưu lượng trung chuyển giữa các ISP trong nước được lưu chuyển, đồng thời lưu lượng dịch vụ truy vấn DNS (trong nước và quốc tế) cũng được chuyển tiếp. - Cụm máy chủ DNS quốc gia kết nối với backbone Internet quốc gia và trạm trung chuyển Internet quốc gia VNIX, kết nối logic thông qua hệ thống VPN đa điểm. Có 3 cụm DNS quốc gia được đặt tại gateway của VNPT kết nối với backbone Internet quốc gia và gateway quốc tế. II. Hiện trạng hệ thống máy chủ tên miền DNS quốc gia Hiện trạng hệ thống DNS hiện tại 8 Hệ thống máy chủ tên miền (DNS) quốc gia do Trung tâm Internet Việt Nam (VNNIC) quản lý có nhiệm vụ quản lý không gian tên miền cấp quốc gia .VN; tiếp nhận trả lời các truy vấn tên miền .VN: - Hệ thống DNS gồm các máy chủ độc lập, sử dụng các địa chỉ IP khác nhau, đặt tại các vị trí khác nhau. Địa chỉ quản lý (management) và địa chỉ dịch vụ là giống nhau. - Hiện tại hệ thống máy chủ tên miền quốc gia gồm 5 cụm máy chủ đặt trong nước (2 cụm tại thành phố Hồ Chí Minh; 2 cụm tại Hà Nội và 1 cụm đặt tại Đà Nẵng), 2 cụm máy chủ đặt ở nước ngoài tại nhiều điểm khác nhau trên thế giới. - Ngoài ra hệ thống DNS quốc gia còn có thêm các cụm máy chủ DNS Caching (DNS Caching nscache1/nscache2.vnnic.net.vn) để thực hiện trả lời toàn bộ các truy vấn tên miền .VN từ máy chủ DNS của ISP trong nước chuyển tới. Như vậy, hiện tên miền quốc gia Việt Nam ".VN" đã được quản lý, đảm bảo bởi 07 cụm máy chủ DNS đặt tại các điểm khác nhau trên toàn thế giới (40 điểm tại nước ngoài, 5 điểm trong nước) sử dụng các công nghệ mới nhất như định tuyến địa chỉ Anycast, cân bằng tải (CSM) … Truy vấn tên miền ".VN" từ phía người dùng trên khắp thế giới sẽ được thực hiện rất nhanh qua máy chủ DNS gần nhất được tìm thấy trong số các máy chủ tên miền ".VN". Hệ thống DNS quốc gia 9 cũng đã triển khai bổ sung cụm máy chủ DNS quốc gia có kết nối mạng IPv6 tại địa chỉ (2001:678:4::12 & 2001:67c:e0::126), thông qua đó người dùng Internet có thể truy vấn tên miền ”.VN” qua cả hai mạng IPv4 cũng như IPv6. Một số đặc điểm nổi bật: - Triển khai trên nhiều cấu hình phần cứng và hệ điều hành khác nhau đảm bảo an toàn. - Ứng dụng các công nghệ Anycast (2 cụm DNS quốc gia tại nước ngoài) và cân bằng tải CSM (B,C), an toàn và mở rộng cao. - Tên máy chủ đã được quy hoạch thống nhất A-F.dns-servers.vn. - Hoạt động an toàn ổn định. - Thời gian truy vấn nhanh:  Nước ngoài: A: ~100msec; B-F: ~200msec  Trong nước: A: ~300msec; B-F: ~80msec  Trong nước Cache: .vn: ~15-20msec, gTLd: 200msec. Những tồn tại: Tuy nhiên tại từng điểm của hệ thống DNS quốc gia trong nước hiện nay mới chỉ áp dụng các công nghệ đảm bảo tính sẵn sàng cao (HA - High Availbility) như các giải pháp cluster (Active/Active, Active/Standby), công nghệ cân bằng tải CSM (Content Switching Module). Các công nghệ này có ưu điểm là tăng tính an toàn, sẵn [...]... mô hình áp dụng công nghệ Anycast cho hệ thống máy chủ tên miền DNS quốc gia Nội dung cụ thể của chương này gồm: I Đánh giá khả năng áp dụng công nghệ Anycast cho hệ thống máy chủ tên miền quốc gia Kết quả thử nghiệm cho thấy giải pháp DNS Anycast hoàn toàn áp dụng được vào hệ thống DNS quốc gia vì các điểm sau: - Hệ thống DNS quốc gia hiện đang triển khai tại nhiều điểm - Hệ thống DNS quốc gia đang... cụm máy chủ DNS ROOT đã áp dụng công nghệ Anycast ccTLD DNS: Đã có nhiều nước trên thế giới triển khai áp dụng Anycast cho hệ thống DNS, điển hình có Hàn Quốc, Nhật Bản, … 19 Chương 3: Thử nghiệm triển khai hệ thống DNS sử dụng công nghệ Anycast Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về giải pháp định tuyến Anycast ở trên, tiến hành áp dụng thử nghiệm triển khai hệ thống DNS sử dụng công nghệ Anycast Nội... tuyến kết nối quốc tế 25 KẾT LUẬN Đề tài đã tìm hiểu, phân tích giải pháp Anycast, tiến hành thử nghiệm và đánh giá, đề xuất khả năng áp dụng công nghệ Anycast cho hệ thống máy chủ tên miền DNS quốc gia do Trung tâm Internet Việt Nam - Bộ Thông tin Truyền thông quản lý Kết quả nghiên cứu đề tài có thể được áp dụng làm tài liệu tham khảo cho việc triển khai ứng dụng công nghệ Anycast và hệ thống máy chủ... miền DNS Những lợi điểm này hoàn toàn phù hợp với hệ thống máy chủ dịch vụ DNS với những đặc tính tương ứng: - Đặc điểm phân tán của DNS - Giao thức truy vấn sử dụng UDP - Nhu cầu dự phòng và mở rộng rất lớn - Hiện trạng hiện tại của hệ thống DNS quốc gia là phân bố trên nhiều địa điểm, chưa áp dụng giải pháp sẵn sàng của từng cụm DNS nào mà mới chỉ áp dụng cho các cụm riêng rẽ Triển khai DNS Anycast. .. với người sử dụng - Hệ thống định tuyến chuyển gói tin tới node DNS gần nhất, làm tăng tốc độ truy vấn - Nâng cao năng lực hệ thống một cách dễ dàng Hiện tại có nhiều nước, tổ chức trên thế giới đã triển khai ứng dụng công nghệ Anycast cho hệ thống DNS, trong đó điển hình có các tổ chức, quốc gia sau: Dự án 112: Dự án AS112 (www.as112.net) ra đời để giải quyết vấn đề nêu trên, giải pháp kỹ thuật đưa... ROOT DNS, với số lượng tên miền nhiều như hiện nay thì hệ thống ROOT DNS phải thực hiện trả lời một số lượng lớn tên miền Ngoài ra theo nguyên tắc kỹ thuật của hệ thống DNS thì mỗi tên miền chỉ có thể có tối đa 13 DNS, vì vậy cần có giải pháp để: 18 - Tăng khả năng của từng cụm máy chủ ROOT DNS - Trả lời tên miền một cách nhanh nhất trên toàn thế giới Giải pháp Anycast đã được áp dụng cho hệ thống. .. do đó thời gian truy vấn chưa được tối ưu vì client có thể chọn 1 máy chủ DNS ở rất xa để thực hiện truy vấn thay vì chọn máy chủ DNS gần nhất 11 Chương 2: Nghiên cứu giải pháp định tuyến địa chỉ Anycast Nội dung chương tiến hành tìm hiểu về giải pháp Anycast Phân tích ưu, nhược điểm của định tuyến Anycast Tìm hiểu về giải pháp kỹ thuật Anycast trong hệ thống máy chủ tên miền DNS quốc gia Nội dung... NỘI Tp HỒ CHÍ MINH Mô hình hệ thống thử nghiệm Vùng địa chỉ, số hiệu mạng phục vụ thử nghiệm anycast được đăng ký và quản lý bởi Trung tâm Internet Việt Nam (VNNIC) 21 II Triển khai thử nghiệm Hệ thống mạng thử nghiệm công nghệ anycast ứng dụng cho DNS tại 01 điểm bao gồm các thành phần chính như sau: - 01 Router anycast: làm nhiệm vụ định tuyến cho toàn mạng DNS anycast, giao thức định tuyến động... III Phân tích kỹ thuật Anycast trong hệ thống máy chủ tên miền DNS 14 Khi áp dụng Anycast vào DNS thì nguyên tắc định tuyến hoàn toàn tuân thủ giải pháp kỹ thuật về định tuyến Anycast, tuy nhiên đây là một ứng dụng cụ thể nên sẽ có những đặc điểm riêng Anycast ứng dụng trong DNS Mô hình local cluster: - Triển khai tại 01 điểm gồm nhiều node (>=2 node) - Các máy chủ kết nối vào hệ thống bằng địa chỉ kết... bảo an toàn, sẵn sàng cao: - Sử dụng BGP Unicast Routing - Quảng bá số hiệu mạng và vùng địa chỉ sử dụng làm anycast tại nhiều địa điểm khác nhau tới ISP upstream - Tối ưu hóa định tuyến, chính sách định tuyến 16 Global cluster sử dụng BGP Anycast Routing IV Ứng dụng kỹ thuật Anycast trên thế giới Kết quả nghiên cứu, phân tích khẳng định việc triển khai áp dụng công nghệ Anycast có những ưu điểm vượt . HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Nguyễn Trường Thành NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ ANYCAST CHO HỆ THỐNG DNS QUỐC GIA Chuyên. ưu/nhược điểm của công nghệ Anycast. Giải pháp kỹ thuật áp dụng Anycast cho hệ thống máy chủ tên miền DNS. - Thử nghiệm, đánh giá về công nghệ Anycast và đề