下一代DNS优秀实践案例——哔哩哔哩内网DNS实践

以数据赋能、全面感知、可靠传输、智能分析、精准决策为特点的下一代DNS，正深入各行业领域，助力数字技术与应用场景的深度融合。

“下一代DNS行动计划”办公室聚焦互联网基础技术的进步与发展，持续征集在互联网基础设施领域具有典型示范意义的下一代DNS应用实践。探讨技术趋势，探索更佳实践，共同建设更安全、更高效、更智能的网络根基。

域名系统(DNS)就像是互联网的地址簿，通过将一个或多个复杂难记的IP地址映射到容易识别和记忆的域名上，便于人们通过简单的域名比如访问互联网资源。在此基础上，DNS 还提供了负载均衡等重要服务。是极为关键的互联网基础设施。

考虑到基础设施的稳定性，我们选择了知名度最高、普及范围最广的 DNS 实现 BIND9 作为 DNS Server。

在介绍架构之前，我们简单了解一下内网 DNS Server 中最常用的两种角色：

权威 Name Server 是实际持有并负责特定域资源记录的服务器，通常是解析器查找 IP 地址过程中的最后一步，拥有这些域的最终解释权。

权威 Name Server 在软件层的实现又可以分为主权威和从权威。对 DNS 查询来说主从权威完成是对等的，但是它在软件架构上提供了必要的故障灾备和横向扩容能力。

解析器通常是 DNS 查询中的第一站，处理用户的递归查询，并提供完整的答案。当收到请求时，解析器向DNS层次结构发出一个或多个迭代查询。在获得一个完整的答案（或一个错误）后，解析器将答案传递给用户，并将记录放入其缓存。用户对同一查询的后续请求将从解析器的缓存中得到回答，直到缓存记录的TTL过期，那时它将从缓存中被刷新；请求相同信息的下一个用户查询将导致对DNS层次结构的一系列新的查询。

解析器在不同的使用场景下常被称为各种令人困惑的名字，如缓存名称服务器、递归名称服务器、转发解析器、区域解析器和全面服务解析器等。

B 站内网 DNS 服务早期第一代架构相对比较简单，核心关注高可用和稳定性，采用了主从模式，保障每个核心 IDC 有独立的从权威集群，通过 VIP 提供负载均衡，并通过 VIP 健康检查机制自动踢掉故障节点。同时各 IDC 机房内网互通，互为备份。 随着业务的发展，在高 QPS 场景中，主从权威 Zone 配置同步时存在解析时长突增，响应时延不稳定的问题。其次从权威的可扩展性也相对较弱。因此我们衍生出第二代 DNS 架构。

首先是引入了 Caching Name Servers，可扩展性得到了非常大的提升。同时也避免了权威节点配置/Zone变更带来的抖动。

其次是针对大数据、AI 等 QPS 极高的业务，引入 NSCD 作为 Client 缓存服务。既降低了响应延迟也提高了整体服务吞吐。

在此基础上，第二代架构还对 BIND9 Server 进行了升级和优化。BIND9 虽然支持多线程，但是在我们早期使用的 9.11 版本中，最高只能利用 400% 的 CPU，单实例 QPS 峰值在 10 万左右，为了提高服务器利用率，我们进行了单机多实例部署，但这也给运维带来了复杂度。在新的版本中，因为支持 reuseport、日志写缓存等新特性，对性能有非常大提升，单实例可以充分利用多核 CPU，在生产环境压测中单机 QPS 超过 150 万，因此我们也在线上进行了升级。

主机层通常都会有 CPU、内存、网络、磁盘等资源的使用率、饱和度、错误监控告警。这里主要强调两点容易忽略或者对 DNS 服务比较重要的监控告警。

BIND 通过 statistics-channels 暴露了丰富的内部监控指标。早期我们通过 bind_exporter 采集，但是遇到两个比较明显的问题：一是 bind_exporter 默认会采集 /xml/v3/tasks 数据，这个路径下的数据即无用，又会严重影响解析时延；二是部分比较重要的指标 bind_exporter 没有采集。因此我们重新开发了采集程序。

监测每个 Zone 的记录值变化量，防止内部 API 等异常变更导致大量记录值被删除。

服务内部的监控并不总能真实反映用户到服务端的访问质量，因此我们在各个机房部署多个探针，模拟真实用户请求，多Zone多域名高频率监测每个 Server 的可用性、内容正确性和响应时延。Client 探针多次帮助我们及时发现网络设备小概率BUG、网络拥塞等业务方还感知不到的异常。

同时增加 Client 到 Server 的网络 Ping 时延和丢包率监控，在异常时做辅助判断。

这里补充一点，公网公共 DNS 也并不是稳定的，需要对其进行监测和告警。目前我们的实践经验是阿里云公共 DNS 稳定性相对更好一些。

一个复杂系统总会有很多细节是我们在使用初期没能了解或掌握的，因此这里分享一些我们踩过的坑帮助你走好自己的路。同时推荐阅读《常见DNS操作和配置错误》[3]。

保障 UDP 和 TCP 端口用户皆可访问 通常 DNS 默认使用 UDP 传输，同时在 rfc 中约定 DNS 使用 UDP 传输时，包体需小于等于 512 字节(不包括 IP 或 UDP 包头)。512 字节的限制在大部分场景都能满足需求，但当记录值过长超过限制时，Server 端需置 TC 位为 1，告知 Client 响应被截断。Client 在收到 TC 位为 1 的响应时，需用 TCP 重新发起请求。这就要求 TCP 端口也必须可达。 根据以上信息，也额外提醒大家，在选域名时应尽量短小，记录值尽量简单，以便提高解析速度。

Zone 配置变更后必须增大序列号 主从权威的同步过程如下： ① 主节点 Zone 配置变更，向从节点发送 NOTIFY 通知 ② 从节点返回 NOTIFY Respons，并向主节点发起 SOA 查询 ③ 主节点返回 SOA Respons ④ 从节点对比 SOA Respons 中的序列号是否比自身序列号大，仅当 SOA Respons 序列号大于自身序列号时才发起 Zone transfer request，并利用 TCP 53 端口进行数据传输 因此 Zone 配置变更后必须增大序列号，否则会导致主从节点数据不一致。

慎用 rndc flush 刷新全量缓存 线上难免会遇到刷新缓存的需求，如果直接用 rndc flush 刷新全量缓存，在有客户端缓存如 NSCD 的情况下，在每一次客户端缓存过期的时间都可能会产生极高的 QPS 。 因此，尽量使用 flushname 或 flushtree 来刷新指定域名或 Zone。

泛域名解析是指利用通配符 * 将所有的子域名都指向相同的解析记录，实现灵活配置。然而当某个子域名需要独立配置时，容易忽略泛域名的配置，引发故障。

基础设施服务具有杠杆作用，良好的基础设施服务可以帮助业务提高效率，降低开发运维成本。作为基础设施的一部分内网 DNS 亦是如此。我们始终以业务需求为基础，不断演进与迭代，致力于提供稳定、可靠、易用、好用的服务。

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2023年02月17日 17:35:45

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