Linux环境下DNS服务器的架设与应用.doc

皖西学院本科毕业论文（设计）Linux环境下DNS服务器的架设与应用作 者许鲍指导教师田旭 QQ：314960752摘要：DNS域名系统是Internet上最重要的应用之一。本文在分析了DNS工作原理的基础上，详细地介绍了DNS服务器的主要配置文件，以及主域名服务器和辅助域名服务器的配置过程，并在Linux平台下利用BIND9软件包架设了一个DNS服务器，同时通过DNS服务器实现了简单的负载均衡。 关键词：Linux； DNS；负载均衡The Erection and Application of DNS Server Based on LinuxAbstract：The full name of the DNS is Domain Name System.It is one of the most important applications on the Internet.The thesis introduces the main configuration files and the configuration process of the main DNS and the auxiliary DNS detailedly on the basis of analyzing the DNS operating principle.And then the thesis utilizes the bind9 software to erect a DNS server and achieves the simple load-balancing using the configured DNS server.Key words：Linux; DNS; Load-balancing目录第1章 绪论11.1 课题的背景11.2 课题研究的目的和意义11.3 课题的主要内容1第2章 DNS服务器概述32.1 DNS服务器简介32.1.1 DNS域名系统简介32.1.2 DNS查询的工作原理42.2 DNS服务器的分类72.2.1主域名服务器72.2.2 辅助域名服务器72.2.3 缓存域名服务器72.3 DNS服务器软件72.4 DNS负载均衡概述8第3章 DNS服务器的安装103.1 BIND服务器的安装103.1.1 基于rpm包的安装103.1.2 基于源码包的安装103.2.3 基于yum包的安装113.2 安装bind-chroot包11第4章 DNS服务器的配置124.1 DNS服务器的配置文件124.1.1 主配置文件124.1.2 区域数据库文件144.1.3 客户端文件154.2 DNS主域名服务器的配置164.2.1 配置IP网络环境164.2.4 反向域名解析配置174.3 DNS辅助域名服务器的配置184.4 域名负载均衡配置204.5 补充21结论23致谢24参考文献25 第1章 绪论1.1 课题的背景Linux是一套可免费使用和自由传播的操作系统，是由世界各地成千上万的程序员设计和实现的，其目的是建立一个不受任何商品化软件版权制约的、全世界都能自由使用的操作系统。Linux以其安全、可靠、稳定、开源、自由使用的特点，不仅在服务器领域占据绝对的优势，而且在桌面领域的发展也很迅猛。Linux在各大中小型企业、电信、金融、银行、政府、学校等的应用都非常广。近几年更是处于快速发展阶段，从服务器端逐渐渗透到嵌入式、应用开发、桌面办公等领域，在Internet的推动下，Linux操作系统在国内的应用也越来越广。1.2 课题研究的目的和意义近年来随着我国经济的持续迅猛发展，Linux在我国各个行业已得到广泛成功应用，企业对Linux人才的需求也越来越多。因此，掌握Linux相关服务器的配置与应用显得尤其重要。DNS服务器是Linux服务器应用领域较为重要的一部分。通过对DNS服务器的研究，有助于对Linux相关服务器配置的了解，加强对Linux系统更深层次的认识，提高自我学习能力。1.3 课题的主要内容本论文主要对如下内容进行了研究：1.Linux下的DNS服务器相关的基础知识的简单介绍，包括DNS服务器的概念、DNS服务器的工作原理、DNS服务器的分类、DNS服务器软件等。2.介绍负载均衡的原理及其优缺点。3.安装DNS服务器软件Bind9的具体过程以及方法。4.简单解析DNS服务器的主要配置文件。5.详细给出DNS服务器的配置过程的示例。6.利用配置好的DNS服务器实现简单的负载均衡。第2章 DNS服务器概述2.1 DNS服务器简介DNS的全称是Domain Name System。通过DNS服务器，可以将一台计算机的域名解析成IP地址，也可以将一台计算机的IP地址解析成对应的域名。早期，域名与IP地址的这个对应表是记录在每台计算机的“/etc/hosts”文件中，当网络中的计算机数目不多时，hosts文件还是可以满足相关要求的。但是当网络中的计算机数目较多时就会产生问题，DNS服务器因此而出现。2.1.1 DNS域名系统简介DNS是一个分级的分布式数据库。它允许对整个数据库的各个部分进行本地控制；同时整个网络也能通过客户端/服务器方式访问每个部分的数据，借助备份和缓存机制，DNS服务器也显得更加强壮并具备优越的性能。DNS数据库的结构是一颗树，如图2-1所示。图2-1 DNS域名空间结构图第一节点为根域；第二节由多个一级域名（也叫顶级域名）组成，包括全球所有的一级域名，如.org、.com、.cn、.edu、.gov、.net等；第三节由多个二级域名组成，如、、等；还有第四节、第五节等，直到最后确定到某一个主机的地址。当DNS客户端发出查询请求时，若查询的记录在DNS服务器上无法找到，DNS服务器会向根域服务器发起查询，直到找到对应的主机地址，再将此地址返回给DNS客户端。2.1.2 DNS查询的工作原理DNS查询以各种不同的方式进行解析。客户端可以使用从先前的查询获得的缓存信息就地应答查询；DNS服务器也可使用其自身的资源记录信息缓存来应答查询；DNS服务器还可以代表请求客户端查询或联系其他DNS服务器，以便完全解析该名称，并将应答返回至客户端，这个过程称为递归。此外，客户端本身也可尝试联系其他的DNS服务器来解析名称。然后根据来自DNS服务器的参考答案，使用其他的独立查询，该过程称作迭代。总之，DNS查询过程按两部分进行：客户端首先传送请求给本机的DNS客户服务程序进行解析；如果不能在本机解析查询，可根据设定的查询DNS服务器来解析名称。1.本地解析当客户端提出解析请求时，首先将请求传送至DNS客户服务，以便使用本地缓存信息进行解析。如果可以解析所要查询的名称，则DNS客户服务应答该查询，该请求处理过程结束。本地DNS服务客户解析过程如图2-2所示。图2-2 本地解析过程本地解析程序的缓存包括两种名称信息：本地配置的主机文件，该文件是主机名称到地址的映射信息，在DNS客户服务启动时预先加载到缓存中；从以前的DNS查询应答的响应中获取的资源记录，它被保留在缓存中一段时间。如果此查询与本机的缓存中的项目不匹配，则解析过程将继续进行，客户端将查询DNS服务器来解析名称。2. 查询DNS服务器当客户端请求无法在本地解析时，将请求发送至DNS服务器。DNS服务器接收到查询请求时，首先检查它能否在服务器的本地配置区域中获取资源记录信息做出应答，其原理如图2-3所示。图2-3 查询DNS服务器原理图如果查询的名称与本地区域信息中的相应资源记录匹配，则使用该信息来解析查询的名称，服务器做出应答，则此次查询完成。如果区域信息中没有查询的名称，则服务器检查它能否通过来自先前查询的本地缓存信息来解析该名称。如果从中发现了匹配的信息，则服务器使用该信息应答查询，此次查询完成。如果无论从缓存还是从区域信息，查询的名称在首选服务器中都未发现匹配的应答，那么查询过程可继续进行，使用递归来完全解析名称。递归查询的工作过程如下。如图2-4所示，如要递归查询的地址，首选DNS服务器通过分析完全合格的域名，向顶层域com查询，而com的DNS服务器与服务器联系以获得更进一步的地址。这样循环查询直到获得所需要的结果，并一级级向上返回查询结果，最终完成查询工作。图2-4 递归查询流程如果客户端申请使用递归过程，但在DNS服务器上禁用递归或查询DNS服务器时客户端没有申请使用递归，则使用迭代的方式查询。迭代查询的工作过程如下。如图2-5所示，如要迭代查询的地址，首先DNS服务器在本地查询不到客户端请求的信息时，就会以DNS客户端的身份向其他配置的DNS服务器继续进行查询，以便解析该名称。在大多数情况下，可能会将搜索一直扩展到Internet上的根域服务器，但根域服务器并不会对该请求进行完整的应答，它只会返回服务器的IP地址，这时DNS服务就根据该信息向服务器查询，由服务器完成对域名的解析后，再将结果返回DNS服务器。图2-5 迭代查询流程对于大多数的迭代查询而言，如果它的主DNS不能解析该名称，那么客户端会使用本地配置的DNS服务器列表，在整个DNS名称空间中联系其他域名服务器。2.2 DNS服务器的分类DNS服务器按工作方式可以分为主域名服务器、辅助域名服务器和缓存域名服务器。其中，主域名服务器、辅助域名服务器都可以配置正反向域名解析服务器。缓存域名服务器主要用于缓存域名，无需进行配置。2.2.1主域名服务器主域名服务器又叫master域名服务器或一级域名服务器，它的区域记录数据存储在区域数据库文件中。当客户端发出查询请求时，主域名服务器从本地硬盘的区域数据库文件中查询相应的记录信息，再将结果返回给客户端,同时它还将作为辅助服务器的数据源。2.2.2 辅助域名服务器辅助域名服务器也叫slave域名服务器或从域名服务器，它的区域记录数据从主域名服务器中复制得到的。辅助域名服务器是不向区域数据库文件添加记录的，而是定时从主域名服务器中更新相应记录到辅助域名服务器的区域数据库文件中，以保持数据的一致性。当主域名服务器出现故障时，由辅助域名服务器负责域名解析工作。 2.2.3 缓存域名服务器缓存域名服务器主要用于域名缓存，无需创建区域数据库文件。域名服务器可以将其收到的信息存储下来，并将其提供给其他用户进行查询，直到数据过期。缓存域名服务器可以响应用户的查询请求，并询问其他授权的域名服务器，将得到的结果响应给请求用户。2.3 DNS服务器软件Linux平台下实现DNS服务器的软件有很多，比如MyDNS、PowerDNS、BIND等。MyDNS是一个Unix平台下的免费DNS服务器端软件。它被设计成直接从数据库中读取DNS记录软件，并且修改记录后也可即时生效。它的主要目标是稳定、安全、互操作性和速度,尽管不一定达到预期的目标。MyDNS是把域名配置存放到数据库中，而且每次用户查询域名解析都要去读数据库，在用户查询量很大时，数据库就成了性能的瓶颈。也就是说MYDNS不能应付很大的负载，在比较大负载的情况下工其稳定性无法保证。它比较适用于做小负载DNS服务器。PowerDNS 是一个跨平台的开源DNS服务软件，PowerDNS同时有Win32和Linux/Unix的版本。 在Win32下使用 Access的mdb文件记录DNS信息，而在Linux/Unix下则使用MySQL来记录DNS信息。无论是mdb亦或MySQL，备份比较容易实现。PowerDNS的缺点，最重要的就是查询的速度，极限速度是每秒2K次左右，大概只有BIND的25%。BIND是一款开放源码的DNS服务器软件，由美国加州大学Berkeley分校开发和维护，全名为Berkeley Internet Name Domain。它是目前世界上使用最为广泛的DNS服务器软件，支持各种Unix平台和Windows平台。它的所有记录均是装载在内存中的，查询时没有任何文件I/O，速度和性能要明显高于基于数据库形式的软件。本文实验环境中所采用的DNS服务器软件是BIND9。2.4 DNS负载均衡概述DNS负载均衡技术的实现原理是在DNS服务器中为同一个主机名配置多个IP地址，在应答DNS查询时，DNS服务器对每个查询将以DNS文件中主机记录的IP地址按顺序返回不同的解析结果，将客户端的访问引导到不同的机器上去，使得不同的客户端访问不同的服务器，从而达到负载均衡的目的。DNS负载均衡是一种简单而有效的方法。这种技术的主要优点有：第一，技术实现比较灵活、方便，简单易行，成本低，适用于大多数TCP/IP应用；第二，对于Web应用来说，不需要对代码作任何的修改；第三，Web服务器可以位于互联网的任意位置上。 DNS负载均衡技术在具有以上优点的时候，其缺点也非常明显，主要表现在：第一，不能够按照Web服务器的处理能力分配负载。DNS负载均衡采用的是简单的轮循负载算法，不能区分服务器之间的差异，不能反映服务器的当前运行状态。所以DNS服务器将Http请求平均地分配到后台的Web服务器上，而不考虑每个Web服务器当前的负载情况。如果后台的Web服务器的配置和处理能力不同，最慢的 Web服务器将成为系统的瓶颈，处理能力强的服务器不能充分发挥作用。不能做到为性能较好的服务器多分配请求，甚至会出现客户请求集中在某一台服务器上的情况。 第二，不支持高可靠性，DNS负载均衡技术没有考虑容错。如果后台的某台Web服务器出现故障，DNS服务器仍然会把DNS 请求分配到这台故障服务器上，导致不能响应客户端。 第三，可能会造成额外的网络问题。为了使本DNS服务器和其他DNS服务器及时交互，保证DNS数据及时更新，使地址能随机分配，一般都要将DNS的刷新时间设置的较小，但太小将会使DNS流量大增造成额外的网络问题。 第四，一旦某个服务器出现故障，即使及时修改了DNS设置，还是要等待足够的时间(刷新时间)才能发挥作用，在此期间，保存了故障服务器地址的客户计算机将不能正常访问服务器。 总体来说，DNS负载均衡技术方案不应该算是真正意义上的负载均衡，不能够稳定、可靠、高效地满足企业对Web服务器的需求，也不能满足网络用户对网站访问的及时响应和可用性，所以现在很多大型Web站点方案中，已经很少采用这种方案了。本文在此介绍只是为了实现DNS服务器简单的应用。第3章 DNS服务器的安装3.1 BIND服务器的安装BIND服务的安装可以采用以下三种方式进行：基于rpm包的安装、基于源码包的安装和基于yum包的安装。3.1.1 基于rpm包的安装一般的RedHat Linux、SUSE-Linux、CentOS系统的软件都是基于rpm包进行安装的。安装过程如下命令：#mount /dev/cdrom /media/cdrom /将光驱挂载到/media/cdrom下#cd /media/cdrom/CentOS /跳到/media/cdrom/CentOS该目录下#find bind* /查找bind相关的组件程序结果如下：可以看到有7个与bind相关的组件程序，对其进行安装，命令是#rpm -ivh bind*等待安装完成后，键入命令: #cd;eject /弹出光盘3.1.2 基于源码包的安装基于源码包的安装方式适用于任何Linux系统，灵活性高。用户可以直接从网上下载BIND安装源码包。在安装BIND服务包时，需要事先安装GCC、make等对应软件包。具体步骤如下：（1） 解压BIND源码包到/opt目录下： #tar -zxvf bind-9.9.0.tar.gz -C /opt/（2）进入解压后的BIND目录： #cd /opt/bind-9.9.0（3）配置安装参数，将BIND服务安装到/usr/local/bind目录： #./configure -prefix=/usr/local/bind/（4）编译： #make （5）编译安装： #make install3.2.3 基于yum包的安装Yum是在Linux系统中管理软件的一种新方式，它本质上就是一种带有重要改进的rpm包管理程序。它已经被越来越广泛地应用，并被主流的Linux厂商所采用，将其集成在自己的商业化产品中。在支持Yum的系统中使用Yum是很简单，通常只需一个启用Yum软件的配置文件即可。有些Linux发行版中已经预装、并且预配置了Yum，CentOS就是其中之一。 在CentOS中使用Yum，安装BIND软件包，只需要输入命令：#yum install bindYum将自动依照该软件包所需的依赖关系并为用户安装该软件包。3.2 安装bind-chroot包任何一个程序都有可能存在bug、漏洞等问题，这会导致该程序被攻击者控制并取得相应用户的权限，甚至是取得系统管理员级别的权限。为了让危害降低到最小，可以对程序进行一些限制。让程序运行的时候可以对使用的系统资源、用户权限、所在目录进行严格控制。这样一来，即便该程序被他人非法控制，所具有的权限也相当有限，从而对系统不会造成太大的危害。安装bind-chroot包，就是让DNS服务器的工作目录限制在/var/named/chroot下。这样即使是DNS服务器被攻击，也只是能访问/var/named/chroot目录下的数据，而不能访问根目录下的内容。具体安装可以通过命令：#yum install bind-chroot第4章 DNS服务器的配置4.1 DNS服务器的配置文件 DNS服务的配置文件很多，用户可以通过直接修改配置文件来实现更改相应的配置。配置文件修改完成之后，需要重启DNS服务，配置才能生效。4.1.1 主配置文件/etc/named.caching-nameserver.conf为BIND服务的主配置文件，用户可以在此配置中设置域名转发、访问控制等。默认内容可以通过命令：#cat /etc/named.caching-nameserver.conf 显示结果如下：其中，options块是用来设置BIND服务的相关选择，如域名转发、BIND服务配置文件目录、监听端口等。系统默认named从/var/named目录下读取DNS数据文件，这个目录用户可自行指定并创建，指定后所有的DNS数据文件都存放在此目录下。/etc/named.rfc1912.zones也是BIND服务的主配置文件，用户在此配置文件中设置域名正向解析、反向解析等，默认内容通过命令：#cat /etc/named.rfc1912.zones显示结果如下：4.1.2 区域数据库文件区域数据库文件主要是为了记录主域名服务器的相应记录，如常用的NS(域名服务记录)、SOA(起始授权记录)、A(主机记录)、MX(邮件交换记录)、PTR(指针记录)等，用于BIND服务记录查询。1. 正向区域数据库文件用于正向区域域名解析查询，具体模版通过命令查看：#cat /var/named/chroot/var/named/localhost.zone显示结果如下：其中，TTL表示服务的生命周期，值为86400秒，即一天的存活期。第一个表示域名，这是即localhost，第二个表示起始授权机构，即DNS服务器的IP地址；IN即为Inernent，代表指定的网络类型；SOA是Starts of Authority的缩写，用来声明所负责区域的数据；root表示管理员的邮箱，如管理员的邮箱为,则可写成。serial表示正向解析区域的序列号，若区域数据库文件的内容发生了更改，则需将此值加1，在辅助域名服务器更新记录时使用。每隔一段时间，辅助域名服务器与主域名服务器都需要进行序列号的对比工作，而这一间隔时间是由refresh设定的，当辅助域名服务器发现其序列号比主域名服务器的序列号小，则自动更新数据库，单位可以用s（秒）、h（小时）等作为单位。如果在refresh设定的时间内，未能成功进行序列号对比，在一定时间内将重试，这个时间由retry设定的。若辅助域名服务器在一段时间后依然没有联系到主域名服务器，则对应的记录将失效，这个时间由expire设定的。minimum决定了其域名信息在本地缓存中保存的时间。NS表示域名服务器记录，对应的主机为localhost；A表示主机记录，对应的IP为；AAAA表示IPv6的主机记录。2.反向区域数据库文件用于反向区域域名解析查询，具体模版通过命令查看：#cat /var/named/chroot/var/named/named.local显示结果如下： 其中，PTR表示指针记录，通过PTR来实现IP地址到域名的对应。这里，IP地址为，主机名为localhost。4.1.3 客户端文件BIND服务的客户端文件主要用于当客户端需要查询某个域名时，系统会根据/etc/resolv.conf文件中设置的BIND服务器的IP地址，向服务器发起查询请求。由BIND服务器进行域名解析，返回一个特定的IP地址。BIND客户端文件的格式如下：其中，nameserver指令表示指定BIND服务器的IP地址。在BIND客户端文件中，可以同时设置多个nameserver指令，但只有前面3个能生效。有的还会有search指令，表示指定的搜索域名，如BIND客户端位于域，则可以将search 写到BIND客户端文件中去。4.2 DNS主域名服务器的配置本节详细介绍基于chroot模式的DNS主域名服务器的配置，以域名、DNS服务器的IP地址为0，WWW服务器7为例，配置步骤为：配置IP网络环境、修改主配置文件、在chroot目录下创建区域对应的区域数据库文件、修改区域数据库文件、重启DNS服务、修改客户端配置文件、测试域名服务器。4.2.1 配置IP网络环境键入命令：#ifconfig eth0 0 netmask 重启网卡服务，具体命令：#service network restart可通过#ifconfig eth0命令查看配置好的IP地址。4.2.2 配置主配置文件（1）备份DNS服务的主配置文件： #tar -zcvf bind_config.tar.gz /etc/named*（2）打开/etc/named.caching-nameserver.conf主配置文件： #vi /etc/named.caching-nameserver.conf，修改如下内容： listen-on port 53 0; /修改成本机IP地址 / listen-on-v6 port 53 : :1; ; /禁用IPv6监听 allow-query any; ; /允许任何IP地址查询 match-clients any; ; /localhost改为any match-destinations any； ; /localhost改为any 4.2.3 正向域名解析配置（1）修改/etc/named.rfc1912.zones主配置文件，添加一下内容： zone IN type master; file abc.zone; ;（2）创建正向区域数据库文件abc.zone,具体命令： #cd /var/named/chroot/var/named /进入区域数据库文件主目录 #cp localhost.zone abc.zone /创建abc.zone域名的区域数据库文件 #chgrp named abc.zone /让abc.zone所属named组（3）修改abc.zone正向区域数据库文件，修改内容如下： （4）重启DNS服务，检查是否启动成功： #service named restart（5）修改客户端文件： #echo nameserver 0 /etc/resolv.conf（6）测试正向域名服务器： #nslookup 显示结果： 正向解析成功！ 4.2.4 反向域名解析配置（1） 打开/etc/named.rfc1912.zones 主配置文件，添加以下内容： zone 11.168.192. IN type master; file abc.local; ;（2）创建反向区域数据库文件abc.local,具体操作命令如下： #cd /var/named/chroot/var/named /进入区域数据库文件主目录 #cp named.local abc.local /创建abc.local域名的区域数据库文件 #chgrp named abc.local /让abc.local所属named组（3） 修改abc.local反向区域数据库文件，修改内容如下： （4）重启DNS服务，检查是否启动成功： #service named restart（5）测试反向域名服务器： #nslookup 7 显示结果： 反向解析成功！4.3 DNS辅助域名服务器的配置当主域名服务器的负载超过一定限额时，辅助域名服务器可以缓解主域名服务器的工作压力。当主域名服务器出现死机或者故障时，辅助域名服务器还可以提供域名解析功能。通过上节配置的域名为，IP地址为0的主域名服务器，现在再配置一台IP为1的辅助域名服务器。其网络拓图如下图4-1所示。图 4-1（1）修改主域名服务器的主配置文件在主域名服务器上，修改/etc/named.caching-nameserver.conf主配置文件。在Options选择中添加以下内容：allow-transfer 1; ; / 1为辅助域名服务器的IP地址（2）配置辅助域名服务器IP 键入命令： #ifconfig eth0 1 netmask 重启网卡服务： #service network restart（3） 在辅助域名服务器上，修改/etc/named.rfc1912.zones主配置文件，在文件末尾添加如下内容： zone type slave; file slaves/abc.zone; masters 0; ; ; zone 11.168.192.. type slave; file slaves/abc.zone; masters 0; ;（4）重新启动DNS服务： #service named restart（5）查看是否从主DNS上下载区域数据库文件，具体命令如下： 表明下载成功！（6）测试辅助域名服务器是否配置成功： 辅助域名服务器配置成功！4.4 域名负载均衡配置 DNS负载均衡技术的实现原理是在DNS服务器中为同一个主机名配置多个IP地址，在应答DNS查询时，DNS服务器对每个查询将以DNS文件中主机记录的IP地址按顺序返回不同的解析结果，将客户端的访问引导到不同的机器上去，使得不同的客户端访问不同的服务器，从而达到负载均衡的目的。 例如，域名对应3台WWW服务器，此时可以通过配置域名负载均衡，随机进行域名解析。具体配置如下：（1）修改区域数据库文件“abc.zone”如下所示： （2）重启DNS服务： # service named restart（3）测试是否配置成功： （4） 使用ping命令进行测试： 上面ping命令执行的结果是，第一次访问解析的IP地址为7，第二次解析的IP地址为9，第三次解析的IP地址为8，第四次解析的IP地址为7.由此可知，DNS负载均衡是随机的。4.5 补充本论文主要介绍了DNS服务器的具体配置，包括主域名服务器的配置以及辅助域名服务器的配置以及DNS负载均衡的实现。由于其中涉及到的配置文件有很多，一不小心就会出现错误。遇到错误首先查看是不是命令敲错了；如果做完之后named 即dns服务不能启动，那多半是主配置文件的配置出现了问题；如果单纯是正向和反向解析不成功，那就是区域配置文件出现了问题，最后注意配置文件的属组。下面就是两个在实验过程中遇到的问题：（1） 安装BIND后，/etc下面没有生成named.conf或者named.caching-nameserver.conf文件，这样很多文件要自己手动输入，很麻烦也容易出现错误，此时可以通过抓caching-nameserver的包来安装。（2）在启动DNS时候，出现错误，