CN1118167C - 在网络上用域名路由选择发送数据到目的端的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种域名路由器，它在网络或存根网络上使用域名将数据路由选择发送到目的端。可以为每个公司实体或存根网络分配一个或少数几个全局地址。可以为存根网络上的每个主机分配一个局部地址。当一个源实体(502)向一个目的端实体发送数据时，利用一个全局地址将数据发送到DNR。源实体将目的端域名及其自身域名嵌入数据。DNR(504)从数据中提取目的域名(506)，将此目的域名翻译为局部地址(508)并将数据发送到目的端。

Description

在网络上用域名路由选择发送数据到 目的端的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种在网络上使用因特网域名来路由选择发送到目的端的数据的系统。
相关技术的说明
因特网上的大多数机器使用TCP/IP(传输控制协议/因特网协议)将数据传输到因特网上的其它机器。为了将数据从源端传输到目的端，因特网协议使用了IP地址。一个IP地址有包括一个网络号和一个主机号的四个字节组成。
目前使用的网络至少有三个不同的类：A类、B类和C类。每类网络在IP地址中均具有不同的网络号和主机号的组合格式。A类地址包括一个说明网络的字节和三个说明主机的字节。A类地址的第一位是0以表示A类。B类地址中有两个字节用于网络地址两个地址用于主机地址。B类的头两个字节是10以表示B类。在C类地址中有三个字节用于网络有一个字节用于主机地址。C类网络地址的头三个字节是110以表示C类。上述格式允许具有126个A类网络，每个A类网络具有1600万个主机；具有16,382个B类网络，每个B类网络具有最多64k个主机；具有4百万个C类网络，每个C类网络具有最多256个主机。
当书写时，IP地址被表示为以点隔开的四组数字(例如：198.68.70.1)。用户和软件应用很少通过数字IP地址访问主机，信箱或其它资源。他们使用被称为域名的ASCII字符串代替使用数字。通常域名的形式为：前缀.组织名.顶级域名(prefix.name_of_organization.top_level_domain)。顶级域分为两类：分类的和国家的。分类的域是com(商业)、edu(教育机构)、gov(美国联邦政府)、int(国际组织)、mil(美国军队)、net(网络提供者)和org(非盈利机构)。国家域对每个国家包括一个入口。例如域名：saturn.ttc.com.。“saturn”是前缀并可以指向网络上一个特定的主机。“ttc”是组织的名称并可以用于对外界识别一个或多个网络。“com”表示该地址在商业域内。因特网使用域名系统(Domain Name System)将域名转换为IP地址。
因特网协议(IP)已经使用了20多年，它工作的相当好，呈指数增长的因特网就是一个证明。不幸的是，因特网迅速变成其自身太流行的牺牲品：它的地址要用光了。存在的地址超过40亿，但实际上由于将地址空间组织成类别的做法，浪费了数百万的地址。对于B类地址问题尤其大。对于大多数机构，一个A类网络的1600万地址显得太大了，而一个C类网络的256个地址又太小了。所以对大多数公司，选择B类网络是正确的解决方案。然而，实际上B级网络对于大多数公司还是太大了。许多B类网络的主机不足50台。一个C类网络就能胜任，但是许多申请B类网络的机构都认为有一天会超过8位主机字段。
解决地址耗尽问题的一种建议方案是无分类域间路由选择(CIDR)。隐藏在CIDR中的基本思想是以可变长分块的方式分配所剩余的C类网络。如果一个网点想要2000个地址，就给它一个邻接的C类网络块，而不是一个整个B类的网络地址。除了以邻接的C类网络的块为单位外，C类地址的分配规则也变为将世界划分为四个区。每个区分配预定数量的C类网络。虽然CIDR还可以维持几年，但在可预见的将来IP地址终将会用尽。
另一个建议方案是网络地址翻译(NAT)。此概念是预定义许多C类网络地址作为局部地址(也称为：私用地址)。剩余地址被认为是全局地址。全局地址是唯一地址。即在因特网上没有两个实体会具有相同的全局地址。局部地址不是唯一的并且可以被不只一个机构或网络使用。然而，在因特网上不能使用局部地址。局部地址只能用于私用网络。NAT假设私用网络上并非全数机器需要始终访问因特网。因此，无必要每个机器均有一个全局地址。一个公司只需要对一个或多个网关计算机指定少数几个全局地址就可以了。给私用网络上的剩余机器分配局部地址。当私用网络上使用局部地址的一个特定机器试图开始与私用网络外部的机器通信时(如通过因特网)，网关机器将截取此通信，将源机器的局部地址变为全局地址并建立一个表用于在全局地址与局部地址之间进行翻译。该表可以含有目的地址、端口号、序列信息、字节计数和用于每次与主机地址相关的连接的内部标识。界内信息包与此表内的各入口(entry)作比较并且只有当存在合适的连接以使其通道有效时才允许通过网关。NAT方法的一个问题是它只对由网络内的一个主机发起的与因特网上的另一个具有全局IP地址的主机的通信起作用。当由私用网络外的一个主机发起与在私用网络上具有局部地址的一个主机通信并访问该主机时，NAT方法尤其不起作用。
建议的另一个解决方案是因特网协议的一个新版本，称作Ipv6(因特网协议，6版，也是已知的Ipng)。Ipv6与现存的因特网协议(Ipv4)不兼容。例如，Ipv6有较Ipv4长的地址。此外，Ipv6的头部与Ipv4的头部不同。由于Ipv6与Ipv4不兼容，所以几乎因特网上的所有设备均要替换成与Ipv6兼容的新设备。这样大范围的替换老设备其费用十分巨大。
很明显，解决IP地址减少的现有建议均不足以解决问题和/或过度昂贵。因此，需要一种能有效缓和IP地址减少的问题并具有可承受的费用的系统。
本发明概要
概括地说，本发明提供了一种在网络上使用域名来路由选择发送到目的端的数据的系统。一个实例是在存根(stub)网络上路由选择发送到目的端的数据。存根网络是一种属于某个机构、通过一个或多个网关连接到因特网的网络。存根网络的节点对因特网上的其它节点或对通过因特网互联的其它存根网络上的节点是可见的。不对A类、B类或C类网络使用一整套全局地址，而对每个公司实体或存根网络分配一个或少量几个全局地址。对每个主机可分配一个局部地址。相同的局部地址可以用于许多不同的机构。当源实体在具有一个局部地址的存根网络上向目的实体发送数据时，数据被传输到目的网络的全局地址。将全局地址分配给与目的网络通信的域名路由器。域名路由器被用作因特网与存根网之间的网关。域名路由器路由选择(route)因特网上的节点(由它们全球唯一的IP地址识别)与其存根网上的节点之间的IP通信量。源实体将目的域名及其本身域名嵌入数据中的某处。域名路由器接收该数据，从此数据中提取目的域名，将此域名翻译为存根网络的局部地址并将此数据送到目的端。注意，源实体既可以具有一个局部地址也可以具有一个全局地址，而且仍可以使用本发明。
实施本发明的一种方法包括至少将一个要在网络上传送到一实体的数据子集打包到一个数据单元中。该数据单元被送到域名路由器或其它类似的实体。从数据单元中提取表示目的端的实体域名的信息并用于确定目的端的局部地址。一旦确定了局部地址，数据单元就被送到此局部地址。
数据单元可以由接收的一个第一数据集和和一个域名形成。建立一个字段(或其它子集)，它包括一个代表域名的第一信息集。该字段附在一个第一数据集上以便建立数据单元。将数据单元送到域名路由器。数据单元可以是一个IP信息包(packet)，一个TCP段(segment)、或适于本发明使用的任何其它数据单元，只要能从数据中可靠提取域名就可以。在一个实施例中，用于表示域名的信息包括域名的加密版、域名的编码版、域名的压缩版等。
在一个实施例中，送到域名路由器的数据单元包括一个域名路由器的全局IP地址。将域名翻译为局部地址后，域名路由器将用目的端局部地址替换域名路由器的全局地址。用局部地址替换全局地址的步骤可以包括调节任何适当的校验和或该数据单元中的任何其它必需字段。
实施本发明的一种对数据进行通信的方法包括步接收一个第一数据集合；接收一个与目的端相关的域名；以及产生一个用于应用层之下的协议的数据单元，产生数据单元的所述步骤包括步骤：产生一个头部，将所述头部附加到所述第一数据集合以及将一个表示所述域名的第一信息集合附加到所述数据单元。
实施本发明的一种对数据进行通信的装置，包括处理器；与所述处理器通信的第一网络接口；与所述处理器通信的第二网络接口；以及与所述处理器通信的处理器可读存储单元，其中所述装置包括：接收部分，用于接收一个数据单元，所述数据单元包括一个表示一个第一域名的信息的第一集合，翻译部分，用于将所述第一域名翻译为一个局部地址，以及发送部分，用于向所述局部地址发送所述数据单元。
实施本发明的一种用于与私有网络中的多个实体通信的方法，包括步骤启动与一第一实体的通信，所述通信是从外部的所述私有网络中利用一唯一标识符启动的，所述唯一标识符不是公用的IP地址，所述唯一标识符被用于应用层之下，所述第一实体在所述私有网络中，所述第一实体是不具有全局唯一地址的可设定地址的物理实体；以及向所述第一实体传送消息，该消息经由一中间实体到达所述第一实体，所述中间实体具有一第一全局地址。
实施本发明的一种支持通信的方法，包括步骤从一实体中接收一消息，所述消息中包括不同于一公用IP地址的一唯一标识符，所述唯一标识符识别一第二实体，所述第二实体不具有全局唯一IP地址，所述第二实体在私有网络中，所述第一实体在所述私有网络外部；利用所述唯一标识符存取不是全局唯一的局部地址，其在应用层之下执行，所述局部地址对应于所述第二实体；以及响应所述消息提供所述局部地址。
实施本发明的一种一种用于传送数据的方法，包括步骤：
接收数据单元，所述数据单元包括一目的地址和与所述目的地址隔离的一第一信息集合，所述第一信息集合不是公用的IP地址，所述目的地址对应于一实体集合中的每一个实体，所述第一信息对应于所述实体集合中的一个子集合，所述实体的所述子集合包括一第一实体；以及
向所述第一实体传送所述数据单元，该步骤包括利用所述第一信息寻址所述数据单元，所述第一信息被用在应用层之下。
可以利用存储在处理器可读存储器介质上并在计算机或路由器上运行的软件实现域名路由器。或者，域名路由器也可以是一个为实现在此描述的方法而设计的专用硬件。
通过以下结合附图对本发明的优选方案的详细描述，本发明的这些目标和其它目标以及优点将会更明显。
附图的简要说明
图1示出一个TCP/IP参考模型的层的原理图。
图2示出因特网协议(IP)头部。
图3示出传输控制协议(TCP)的头部。
图4示出段、信息包和帧的嵌套。
图5示出两个与因特网相连的存根网的方框图。
图6示出实现域名路由器的典型硬件平台的简单方框图。
图7示出根据本发明发送数据的应用进程的步骤的流程图。
图8示出根据本发明发送数据的传输层进程的步骤的流程图。
图9示出根据本发明发送数据的网络层进程的步骤的流程图。
图10示出由域名路由器所执行的步骤的流程图。
图11示出图10所示的翻译步骤的流程图。
本发明的详细说明
图1示出用于设计并建设网络的TCP/IP的参考模型。该模型包括四层：物理及数据链路层12、网络层14、传输层16和应用层18。物理及数据链路层12的物理层部分涉及到在通信信道上传输的原始位流。设计上必须保证一方发送二进制1时，另一方收到的也是1而不是0。这里的典型问题是用多少伏特电压表示“1”、多少伏特表示“0”、一个位持续多少微秒、传输是否在两个方向上同时进行、最初的连接如何建立、两方完成通信后连接如何终止，以及网络连接器有多少个针脚(pin)。物理及数据链路层12的数据链路部分是起原始传输机构的功能，使之显现为一条相对地没有传输错误的线路。它完成的任务是使发送方把输入数据分解开装在帧里，传送帧并处理接收方回送的确认帧。
网络层14使主机可以把包发到网络中并使这些包独立地传向目的地。因特网上用于网络层14的协议被称为因特网协议(IP协议)。
传输层16的功能是使源端和目的端上的对等实体可以进行“对话”。因特网上使用了两个端到端的协议。第一个是传输控制协议(TCP)，它是一个可靠的面向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往因特网上的其它机器。它把输入的字节流分解成分立的信息包并将每一个包传给网络层14。在目的端，TCP接收进程把收到的信息包再组装成输出流。TCP还要处理流量控制，以避免快速发送方给低速接收方过多信息包而使接收方无法处理。因特网上传输层16使用的第二个协议是用户数据报协议(UDP)，它是一个不可靠的、无连接协议，用于不需要TCP的排序和流量控制能力的应用。UDP被应用于单次的、客户服务器类型的请求-应答查询，用于快速递交比准确递交更重要的应用。传输层16示于网络层14之上以表示网络层14为传输层16提供服务。同样，传输层16示于应用层18之下以表示传输层16为应用层提供服务。
应用层18包含所有的高层协议，例如远程登录协议网络(Telnet)、文件传输协议(FTP)、电子邮件-简单邮件传输协议(SMTP)以及超文本传输协议(HTTP)。
以下将更详细地说明网络层和传输层。网络层14的主要功能是将包从源实体经选定的路由传送(routing)到目的实体。在大多数子网中，信息包的整个旅程需经过多个网跳(hop)。网络层软件使用一种或多种路由选择方法以便确定所收到的信息包应传送的输出路线。业内人士熟知可用于网络层的路由方法有多种。对于本发明，不需要特定的路由选择方法。业内人士已知的任何适当的方法均可。已知路由选择方法的某些实例包括最短路径路由选择、泛填(flooding)、基于流量的路由选择、距离矢量路由选择、链路状态路由选择、分级路由选择、移动主机的路由选择、广播路由选择以及多点播送路由选择。在因特网的一个网络内，一种恰当的路由选择方法可以是基于距离矢量协议或其承继者开放最短路径优先(OSPF)协议。在因特网上的网络之间，可以使用边界网关协议(BGP)。
以下说明因特网上的通信。传输层16将从应用层18接收的数据流分解成多个段。网络层14利用因特网协议以一个或多个IP段将这些分组从源端送到目的端，无需考虑这些机器或实体是否在同一个网络内。当段被传输，每个段被分成更小的单位。当所有的碎片(fragment)最终到达目的机器时，由网络层14将它们重新组合为原始段。然后将这些段提交给传输层16，将这些段插入到接收进程(应用层18)输入流。
IP信息包由一个头部和一个数据部分组成。IP的头部格式示于图2。图2示出头部由六行组成，每行均为32位宽度。头部的前五行包括头部的一个20字节的固定长度部分。头部的最后一行提供一个可变长度选项部分22。版本字段24记录了信息包属于哪个版本的协议。当前因特网上使用的版本是版本4。IHL字段26说明头部长度，以32字节长度为一个单位。类型字段28告诉请求服务的类型。可靠性和速度可能有多种组合。长度字段30包括信息包的大小，包括头部和数据。标识字段32用来让目的主机判断接收的碎片属于哪个段。所有属于同一段的碎片包括同样的标识值。紧接者的是三个标志位，一个未用位33之后是两个1位字段34和字段36。在本发明的一个实施例中，未用位33用于表示信息包源使用一个域名作为替代使用的全局唯一IP地址的因特网上的唯一标识。DF字段34代表不进行碎片分解。它命令路由器不要将段分成碎片，因为目的端不能重组碎片。MF字段36代表还有更多碎片。除了最后一个碎片的所有碎片都设置了这一位。碎片偏移字段38说明碎片在当前段的什么位置。存活时间字段40是用来限制信息包的存活时间的。推荐以秒来计数，最长存活时间是255s。实际上，它可以对网跳计数。时间在每个网跳中由路由器递减。当存活时间减到0时，该信息包就要丢弃，并使用因特网控制消息发送协议(ICMP)包向源发送一个警告信息。这一特性能防止信息包在网中无限制地漫游。协议字段42说明哪个传输层类型将接收段。可能是TCP也可能是UDP。本发明不局限于任何特定协议。校验和字段44校验头部，完成一个校验和的一种方法是在所有16位半字到达时将所有16位半字累加起来再取其结果的1的补码。注意，校验和在每个网跳都要重新计算，因为存活时间字段40在变化。源字段46指明信息包的源IP地址，目的字段48指明信息包的目的端的IP地址。
选项字段22是一个用于保持其它信息的可变长字段。在因特网上使用的选项包括安全性、建议的路由路径、先前的路由路径和时间标记及其它项目。根据本发明的一个实施例，设想将源域名和目的端的域名附加到选项字段22。在一个替换方案中，实际可以将全部ACSII串直接加到选项字段，首先列出源域名，之后列出目的端域名(或相反)。在另一个替换方案中，可以将两个域名编码、压缩、加密或者进行其它转换，以便更有效地利用存储空间、更安全、更具兼容性。在将域名编码、加密、压缩等的实施例中，就认为所存储的信息代表域名。即一个实体可以读取该信息并从其中提取(或识别)域名。通过去编码、解码、解压缩、解密等进行提取或识别。
根据另一个实施例，源域名、目的域名或两者均附加到一个信息包的数据选择的末端(即图4所示的数据字段108)作为一个尾部。此时，长度字段30需要对附加在数据字段尾部的额外字节计数。传统路由器可以将此尾部处理成数据字段的组成部分的尾部并忽略它。
网络层14包含多个运行在源、目的端以及可能的一个或多个路由器的多个进程。在源机器或目的机器上执行网络层的进程可以在操作系统内核中，或在一个单独的用户进程内，也可能在库程序包中，或是在网络应用中，或是网络接口卡上，或在其它合适的配置中。
网络实体，即实现网络层的进程从传输层进程接收段。网络实体将一个头部附在段上以形成一个信息包。该信息包被送到网络或因特网上的一个路由器。每个路由器具有一个包含多个远程网络的IP地址和距路由器最近的网络中主机IP地址的列表。当IP信息包到达时，在路由选择表中查找其目的地址。如果该信息包是发到远程网络的，则转发到列在列表中的下一个路由器。如果此远程网络未出现在路由器列表中，则将此信息包转发到一个具有更详尽的表的默认路由器。如果该信息包是发到本地主机的(即在路由器的局域网(LAN))，则将它直接送到目的机器。
尽管因特网上的每个机器都有一个IP地址，但是这些地址不能单独用于发送信息包，因为数据链路层不认识因特网地址。大多数主机通过只认识LAN地址的接口板连在LAN上。例如，每个以太网接口板具有48位以太网地址。以太网板制造商向管理中心机构请求一组地址以便保证没有两个板具有相同的地址。根据48位的以太网地址，这些板发送并接收帧。为了在同一个LAN上利用以太网地址由一个实体向另一个实体发送数据，该实体可以使用地址解析协议(ARP)。该协议包括发送方在以太网广播信息包询问此特定IP地址属于谁。该信息包会到达以太网上的每个机器，并且每个机器将校验其IP地址。拥有此特定IP地址的机器将以其以太网地址作答。发送机器现在有了此以太网地址就可以直接将数据发送到LAN上的目的机器了。此时，发送方的数据链路层12建立一个发到目的端的以太网帧，将信息包装入帧的有效载荷字段并将此帧转储到以太网。目的端的以太网板接收此帧，识别它是属于自己的帧，并从中提取IP信息包。
传输层16的目标是对其用户(应用层18的进程)提供高效可靠的服务。为了实现此目标，传输层16利用了网络层14所提供的服务。执行传输层的一个或多个进程被称为传输实体。传输实体可以在操作系统的内核中，或在一个单独的用户进程中，也可能在一个库程序包中，在网络应用程序或是位于网络接口卡上。通常，可将实现传输实体或网络实体的可执行软件存储在处理器可读存储介质内(即一个硬盘、CD-ROM、软盘、磁带、存储器等)。
传输层提高了网络层的服务质量。例如，如果一个传输实体在一个长的传输的中途被通知其网络连接已被突然终止，它可以与远程传输实体建立网络连接。利用此新网络连接，传输实体可以向目的机器发送一个查询询问哪个数据到达了，哪个数据没有到达，然后从剩下的地方接着传输。实质上，传输层16的存在使得传输服务比下层网络服务更可靠。利用传输层16可以检测并补偿丢失的数据。此外，传输服务原语可以设计为独立于网络与网络之间变化很大的网络服务原语。
TCP是专门设计来用于在不可靠的因特网上提供可靠的、端到端的字节流。因特网不同于一个单独的网络，因为不同部分可能具有不同的拓扑结构、带宽、延迟、信息包大小以及其它特性。每个支持TCP的机器具有一个TCP实体。一个TCP实体从局部进程(应用层)接收用户数据流，并将其分解为数据片段，并每个数据片段作为单独的段送到网络实体。当这些段到达机器时，它们被给到TCP实体，该TCP实体重构出原来的字节流。IP层并不能保证将段正确地传送，因此由TCP实体判断是否超时并根据需要重发段。到达的段也可能是按照错误的顺序传到的，这也需要由TCP实体按正确的顺序重新将这些段重组为消息。简单地说，TCP协议必须保证可靠性，这是绝大多数用户期望的，而IP层不能提供。
通过在发送方和接收方分别创建一个称为套接字(socket)的通信端点可以获得TCP服务。每个套接字有一个套接字号(或地址)，它包括主机的IP地址以及一个主机本地的16位号码，称为端口。为了获得TCP服务，必须在发送机器的套接字与接收的套接字之间明确地建立一个连接。序号小于256的端口称为通用端口并为标准服务保留。例如，一个希望与某台主机建立连接，以利用FTP传送文件的进程，都可以连接到目的端主机的端口21。与此类似，如果想要使用Telnet建立一个远程登录会话，可以使用端口23。
当一个应用程序希望与远程应用进程建立连接时，该应用程序进程发出一个连接原语，请求传输层在两个套接字之间建立连接。如果连接成功，该进程返回一个TCP参考编号用于在后续呼叫上识别此连接。建立连接之后，应用程序进程可以发出一个发送命令并传送具有数据(或指向数据的指针)的TCP参考编号以便发送到目的端。本发明同样要求当应用程序发出其连接命令时，除了发送两个套接字地址外，该应用程序还为传输实体提供目的端的域名。此外，操作系统或应用程序使该源域名能用于连接命令。实现此目标的一个替换方案是使操作系统通过反向DNS IP查找从DNR或一个本地DNS服务器检索域名。在节点启动时检索源域名并将它用于网络层。另一个替换方案是使应用程序直接或通过反向DNS IP查找提供源域名。这些域名将与TCP参考编号相关。或者，可以在每次请求发送数据时将域名传送到传输层。
收到发送数据的请求时，TCP实体建立一个称为段(segment)的数据单元。通过向网络实体请求发送一个信息包或者请求接收一个信息包，TCP实体与网络实体对接。发送数据的请求可以包括七个参数，第一个参数是连接标识符。第二个参数是表示有更多的数据来到的标志，第三个参数表示信息包的类型，第四个参数是一个指向待传送的实际数据(即段)的指针，第五个参数表示在段中的字节数，第六个参数是源域名，第七个参数是目的端的域名。
由TCP实体建立并传送到IP实体的段包括头部和数据部分。图3示出TCP头部的布局。头部包括一个固定格式的20字节的头部和紧接着的可变长度选项字段80。整个头部附在数据上组成一个段。如图3所示，前五行的每行均是32位。选项字段80可以是一个或多个32位字。源字段62表示源端口。目的地字段64表示目的端口。顺序号字段66和确认号字段68用于记录在发送方和接收方之间交换的分组的顺序。头部长度字段70表明在TCP头部中包含了多少个32位字。在头部长度字段70后紧接者六个1位的标志72。第一标志表示有紧急数据出现，第二标志表示确认编号68有效，第三标志表示数据是PUSH的数据(需要立即发送的数据)，第四标志用于复位连接，第五标志用于建立连接，第六标志用于释放连接。窗口大小字段74表示无需等待确认可以发送的最大字节数。校验和字段76提供对头部、数据和概念性伪头部之和的校验。伪头部包含的信息为：源的32位IP地址、目的端的32位IP地址、TCP的协议编号、以及TCP段的字节计数(包括TCP头部)。
选项字段80用来提供一种添加额外设置的方法，而这种设置在常规的TCP头中并不包含。在某些实例中，选项字段用于允许主机设定其能够接受的最大TCP载荷。根据本发明的一个实施例，将源域名和/或目的地域名存储在选项字段80。根据另一个实施例，将源域名和/或目的地域名存储在TCP段的数据部分。
TCP参考模型还支持无连接传输协议(UDP)。UDP向应用程序提供了一种发送封装的原始IP信息包的方法，并且发送时无需建立连接。一个UDP段包含8字节的头部和紧接其后的数据部分。头部包括源端口、目的端口、头和数据的长度、以及校验和。
图4示出段、信息包和帧之间的关系。当一个应用程序发出传送数据的请求时，TCP将数据分解成段。段包括一个头部104和一个载荷(数据部分)102。将段传送到IP实体(网络层实体)。IP实体将段插入数据部分108(IP载荷)并将头部110附在此数据部分以形成一个信息包。因此IP信息包的载荷包括TCP段。然后将IP信息包送到数据链路层12，链路层12取出IP信息包并对其附加一个头部114以产生一个帧。因此IP信息包是帧的载荷112。
本发明所提供的域名路由器(DNR)在网络上使用域名来路由选择发送到目的端的数据。IP地址空间被分成全局地址和局部地址。全局地址是只能被某个接入因特网的实体所使用的唯一地址。不直接接入因特网的实体使用局部地址。由于局部地址通常并不用于因特网，所以许多私用网可以使多个实体使用相同的局部地址。为了避免冲突，在因特网上没有实体使用局部地址。
不对A类、B类或C类网络使用整集全局地址，而可以对每个公司实体或网络分配一个或多个全局地址编号以便由DNR使用。可为网络上的每个主机分配一个局部地址。相同的局部地址可以用于许多不同的网络。当一个源实体向一个具有局部地址的目的实体发送数据时，该数据被送到目的网络的全局地址。源实体将目的域名和其自身域名嵌入数据的某处。由于目的网络的DNR分配了用于目的网络的全局地址，因此DNR接受数据。DNR从数据中提取目的端域名，将此目的端域名翻译为局部地址并将此数据发送到目的端。注意，源实体可以具有一个局部地址或者具有一个全局地址，同样可以使用本发明。
图5示出连接到因特网140的LAN 120和LAN 122。LAN 120包括三个互相相连并与DNR 138相连的主机132、134和136。DNR 138也连到因特网140。LAN 122包括三个互相相连并与路由器156相连的主机150、152和154。路由器156也与因特网140相连。根据本发明通过利用域名，DNR 138能够将IP从因特网接收的信息包路由选择到本地主机(132、134、136)。在一个实施例中，路由器156也是一个DNR，然而，路由器156不一定是DNR。
图6示出一个DNR的硬件架构实例。DNR包括一个处理器202、一个存储器204、一个大容量存储装置206、一个可移动存储装置208、一个第一网络接口210，一个第二网络接口212和I/O设备214。处理器202可以是一个Pentium处理器或是一个其它适当的处理器。处理器的选择要求并不高，只要具有足够高的处理速度和处理能力就可以。存储器204可以是任何一种传统的计算机内存。大容量存储装置206可以是一个硬盘驱动器、CD-ROM或其它任何一种大容量存储装置。可移动存储装置208可以是一个软盘驱动器或其它可移动存储装置。DNR含有两个网络接口。在其它实施例中，DNR可以包括多于两个网络接口。网络接口可以是一个用于与以太网或其它类型LAN连接的网络卡。此外，一个或多个网络接口可以包括也可以连接到防火墙。通常，网络接口之一被连到因特网而另一个网络接口被连到LAN。I/O设备214包括一个或多个外围设备：键盘、鼠标、监视器、面板、LED显示器等。用于执行路由选择方法和/或如图10和图11所示的方法的任何软件大多存储在大容量存储装置206(或任何形式的非易失性存储器)、可移动存储介质(即软盘或磁带)，并且有时存储在存储器204。以上描述的硬件结构仅是一种以综合简化形式绘制的适当实例。DNR可以包括运行在计算机上的软件、专用硬件、一个具有执行域名路由选择(routing)的软件或其它软件的专用路由器和/或适当的硬件结构。
在一个实施例中，域名选择在网络层进行。因此，将域名插入IP头部的选项字段22。其它实施例可以将域名置于IP信息包的其它部分，包括数据部分(诸如数据尾部)。在其它替换方案中，域名可以被存入TCP段的选项字段80、TCP段的数据部分、TCP段的其它字段、从应用层发送的数据、或位于其它数据单元。如果将域名插入选项字段22，则不必将它们置于选项字段80。同样，如果将域名插入选项字段80，则不必出现在选项字段22。然而，在一个实施例中，将域名置于多个数据单元(如两个选项字段)可能较简单。域名必须置于IP信息包内的某处，无论在载荷(或尾部)还是在头部。
图7至图10示出根据本发明数据发送过程的流程图。假设将消息从主机150发送到主机132。在本例中，假设主机132具有一个局部地址而主机150具有一个全局地址。出于示例的目的，假设主机150和主机132均是计算机。或者说，主机150和主机152可以是其它可以在以太网上通信的电子设备。
图7示出主要在主机150运行的应用层进程。在步骤302，主机130解析域名。用户希望将数据发送到另一个进程。用户提供目的端的域名。解析器进程将域名转换为IP地址。
每个域，无论它是一台主机还是一个顶级域，都有相关的资源记录集合。对于单台主机，最常见的资源记录就是其IP地址。当解析器进程给域名系统一个域名时，它所取回的是与该域名相关的资源记录。
一个资源记录有五个字段：域名、存活时间、类别、类型和值。存活时间字段指出记录的稳定程度。高度稳定的信息被赋予一个大的值，例如一天的秒数。第三个字段是类别。对于因特网信息，它是IN。第四个字段指出资源记录的类型。一个域可以许多资源记录。对于本讨论，重要的资源记录至少有8种类型：SOA、A、MX、NS、CNAME、PTR、HINFO、和TXT。SOA记录的值字段在值字段中提供了关于名字服务器区域的主要源的名字、其管理者的电子邮件地址、唯一的序列号、以及各种标志和超时安排。A记录的值字段保持主机的32比特的IP地址。MX记录的值字段保持能接收该特定域名的电子邮件的实体的域名。NS记录指明名字服务器。CNAME记录允许在值字段内创建别名。PTR记录则指向在值字段内的另一个名字，它允许对特定域名查找IP地址。HINFO记录的值字段指明与该域名对应的机器类型和操作系统类型。表1示出一台主机的资源记录的实例。
                              表1
    域名   存活时间     类别     类型     值
  saturn.ttc.com     86400     IN     HINFO   Sun unix
  saturn.ttc.com     86400     IN     A   188.68.70.1
  saturn.ttc.com     86400     IN     MX   Mars.ttc.com
表1对具有域名saturn.ttc.com的实体包括了三个资源记录。第一个资源记录指明86400秒(一天)的存活时间。类型记录是HINFO并且其值表明该实体是一个运行UNIX操作系统的Sun工作站。第二行是一个A类的资源记录，它表明域名为saturn.ttc.com的IP地址是188.68.70.1。第三行表明将域名为saturn.ttc.com的电子邮件送到Mars.ttc.com。
DNS名字空间被划分为一些不交叉的区域。每个区域包括因特网空间的一部分和存有该区域的权威信息的名字服务器。通常一个区域具有一个主要名字服务器和一个或多个从主要名字服务器上获取信息的次级名字服务器。当解析器进程查询域名时，它把查询传递给本地的一台名字服务器。如果被搜索的主机在名字服务器管辖之下，然后此域名服务器返回权威的资源记录。权威记录是指从记录管理权威机构获取的记录。如果主机是远端的，在本地没有关于被请求主机的有效信息，名字服务器就发送一条关于被请求主机的查询信息给顶级名字服务器。然后，顶级名字服务器将资源记录提交给本地名字服务器，本地名字服务器高速缓存此信息并转发到原始解析器进程。由于本地名字服务器内的缓存信息不是权威记录，所以使用存活时间字段来确定使用此信息的时间。
在一个实施例中，DNR 130用作LAN 120上的主机的权威(authority)DNS服务器。因此，DNR 130将存储主机132的资源记录。主机132的一个资源记录是与具有主机132的域名的DNR 130的全局地址有关的A类记录。
返回图7，解析域名之后，应用程序进程就具有其期望的目的端的IP地址。在步骤304，应用程序进程请求传输层(例如TCP)建立连接。在源端和目的端之间必须建立套接字。应用程序进程向传输层提交源端的套接字、目的端套接字、源域名和目的端域名。在步骤306，应用程序请求传输层发送数据。在步骤308，应用程序进程可以请求传输层接收数据(可选择的)。在步骤310，关闭(close)源端和目的端之间的连接。
结合图7所示步骤中的传输层的请求，图8解释了主机150的传输层是如何发送数据的。在步骤350，传输层(例如TCP)从应用层接收连接请求。在步骤352，传输层建立源套接字与目的套接字之间的连接。在一个实施例中，连接请求包括目的端和源端的域名。或者说，域名可以在步骤354期间传递。在步骤354，传输层从应用层接收要发送到目的套接字的数据。步骤354可以包括实际接收的数据或一个指向数据的指针。接收的数据可以被划分为一个或多个段并且每个段被单独发送。在步骤356，产生一个或多个段。建立段包括建立头部的步骤(步骤358)，将源域名和目的地域名附加到头部或数据部分(步骤360)，并将头部附加到数据(步骤362)。如果域名是附加到IP信息包而不是TCP段，则跳过步骤360。产生段之后，在步骤370，传输层发送这些段。发送段包括将段传递到网络层。
响应图8所示的步骤，图9解释了主机150上网络层发送数据的步骤。在步骤400，在因特网(或其它网络)上，网络层接收段和请求以发送信息包。如上所述，发送信息包的请求传送源域名和目的域名。或者说，域名可以被嵌入数据。在步骤402，建立信息包。建立信息包的步骤包括建立头部(步骤404)，将源域名和目的域名附加到头部或数据部分(步骤406)并将头部附到数据部分(步骤408)。如果域名被附加作为TCP段的部分而不是IP信息包的部分，则可以跳过步骤406。在步骤402中产生信息包之后，在步骤410，网络层路由选择此信息包。从主机150选择路由传送信息包，通过路由器156，通过因特网140到达DNR 138。传送的IP信息包包括DNR 138的目的IP地址和主机150的源IP地址，两者均是全局地址。IP信息包还包括主机132和主机150的域名。在一个实施例中，IP包不包括源域名。注意，图9所示的步骤可以对每个段重复进行。
在一个实施例中，主机150具有局部地址，路由器156是一个DNR。当路由器156接收主机150发送的IP信息包时，用路由器156的全局地址代替主机150的局部地址。
图10示出DNR 138从主机150接收IP信息包所执行的步骤。在步骤502，DNR 138接收IP信息包。在步骤504，DNR 138识别信息包的目的地域名。识别目的地域名的过程包括在IP信息包、TCP段、应用数据等的头部、数据部分或其它位置查找域名。识别此域名还可能包括读ASCII字符串。或者，如果域名被压缩、加密、编码等，则DNR 148需要对它进行解码、解压缩、解密等。在步骤506，DNR 138将目的域名翻译为局部地址，在步骤508，此信息包被路由选择送到具有局部地址的目的端。
图11示出完成将目的域名翻译为局部地址(图10所示步骤506)各步骤的一个典型方案。也可以使用其它恰当的域名翻译方法。翻译域名的过程可以包括少于图11所示的全部步骤。在步骤512，DNR 138在存储于其存储器或其它存储装置的DNR表中查找域名。DNR表包括域名和相应的局部地址。在一个实施例中，DNR表还可以包括以太网地址。局部网络还可以包括多个DNR形成一个树。因此在DNR表中对特定域名的入口可能恰好是另一个DNR的地址。这样可能会将信息包送到另一个DNR，而第二个DNR会利用此域名查找最终(或下一个)局部地址将信息包送到目的端或另一个DNR等。DNR表可以由网络管理者手工建立也可以利用嵌入的软件、固件或硬件自动建立。
在步骤514，DNR确定是否找到了域名的记录。如果未发现域名记录，则在步骤516向主机150返回一个错误消息。如果发现了域名记录，则用DNR表中的局部地址代替IP信息包中DNR138的全局地址。在步骤520，如果需要就调节IP头部的校验和。由于目的端IP地址在头部发生变化，所以需要相应调节校验和。如果该应用将IP信息包使用的信息插入到其数据载荷，由于目的端IP地址发生变化，所以需要调节这种应用的信息包。
当主机收到信息包时，网络层将源域名和目的地域名传递到传输层(至少每次连接传递一次)。传输层可以将源域名和目的地域名传递到应用层。任何一层均可以使用源域名以发送一个应答。
尽管图5示出DNR 138位于并连接于LAN与因特网之间，但是DNR 138还可以位于LAN之内。本发明还可以用于非TCP/IP参考模型和/或因特网的其它网络范型。
上述对本发明的详细说明已实现了说明描述本发明的目的。本发明并不是用所披露的具体形式来穷尽说明本发明或对本发明作限制，很明显，利用以上所讲述的内容会产生许多替换方案和变化方案。选择所描述的方案是为了最好解释本发明原理及其实际应用，以使本领域的其它技术人员能将本发明应用于不同实施例中并且利用各种变型适于特定使用用途。本发明范围由所附权利要求确定。

Claims (52)

1、一种对数据进行通信的方法，该方法包括步骤：
接收数据单元，所述数据单元包括一个代表一个第一域名的信息的第一集合；
将所述第一域名翻译为一个局部地址；以及
向所述局部地址发送所述数据单元。
2、根据权利要求1所述的方法，其中：所述第一信息集合包括所述第一域名。
3、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一信息集合包括所述第一域名和一个第二域名，所述第一域名与一个目的端相关，所述第二域名与一个源端相关，所述局部地址与所述目的端相关。
4、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一信息集合包括所述第一域名的压缩形式。
5、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一信息集合包括所述第一域名的编码形式。
6、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一信息集合包括所述第一域名的加密形式。
7、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述数据单元包括TCP段。
8、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述数据单元包括IP信息包。
9、根据权利要求8所述的方法，其中：
所述IP信息包包括一个头部；以及
所述第一信息集合存储在所述头部中。
10、根据权利要求9所述的方法，其中：
所述头部包括一个选项字段；以及
所述第一信息集合存储在所述选项字段中。
11、根据权利要求10所述的方法，其中：
所述第一信息集合包括表示所述第一域名的信息和表示一个第二域名的信息，所述第一域名与一个目的端相关，所述第二域名与一个源端相关，所述目的端与所述局部地址相关。
12、根据权利要求8所述的方法，其中：
所述IP信息包包括一个头部和数据部分；以及
所述第一信息集合存储在所述数据部分。
13、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述翻译步骤包括在与所述第一域名相关的一个表中查找一个记录，所述表中的所述记录包括所述局部地址。
14、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述发送步骤包括向路由器发送所述数据单元。
15、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述发送步骤包括向目的端发送所述数据单元，所述目的端与所述局部地址相关。
16、根据权利要求1所述的方法，其中：
在所述接收步骤之前，所述数据单元包括一个全局目的地址。
17、根据权利要求16所述的方法，进一步包括步骤：
用所述局部地址替换所述数据单元中的所述全局目的地址，在所述翻译步骤之后进行所述替换步骤。
18、根据权利要求17所述的方法，其中：
所述数据单元包括一个校验和；以及
所述通信数据的方法进一步包括调节所述数据单元中的所述校验和的步骤，在替换所述全局目的地址的步骤之后，进行调节所述校验和的所述步骤。
19、根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
作为目的端的权威域名服务器工作，所述目的端与所述局部地址相关。
20、根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
根据所述第一信息集合识别所述第一域名。
21、一种对数据进行通信的方法，包括步骤：
接收一个第一数据集合；
接收一个与目的端相关的域名；以及
产生一个用于应用层之下的协议的数据单元，产生数据单元的所述步骤包括步骤：产生一个头部，将所述头部附加到所述第一数据集合以及将一个表示所述域名的第一信息集合附加到所述数据单元。
22、根据权利要求21所述的方法，其中：
所述数据单元是一个IP地址。
23、根据权利要求21所述的方法，其中：
所述头部是一个IP头部；
所述IP头部包括一个选项字段；以及
所述第一信息集合存储在所述选项字段中。
24、根据权利要求21所述的方法，进一步包括步骤：
将所述数据单元发送到另一个实体。
25、根据权利要求21所述的方法，其中：
所述附加第一信息集合的步骤将所述第一信息集合作为尾部附加到所述第一数据集合。
26、根据权利要求21所述的一种方法，其中：
所述数据单元是一个TCP段。
27、一种对数据进行通信的装置，包括：
处理器；
与所述处理器通信的第一网络接口；
与所述处理器通信的第二网络接口；以及
与所述处理器通信的处理器可读存储单元，其中所述装置包括：
接收部分，用于接收一个数据单元，所述数据单元包括一个表示一个第一域名的信息的第一集合，
翻译部分，用于将所述第一域名翻译为一个局部地址，以及
发送部分，用于向所述局部地址发送所述数据单元。
28、根据权利要求27所述的装置，其中：
所述第一网络接口是以太网接口。
29、根据权利要求27所述的装置，其中：
所述处理器可读存储单元存储一个表结构，所述表结构包括一个记录的集合，所述记录集合的每个记录包括一个域名和一个局部地址。
30、根据权利要求27所述的装置，其中：
所述处理器可读存储单元存储一个表结构，所述表结构包括一个记录的集合，所述记录集合的每个记录包括一个域名和一个全局地址。
31、根据权利要求27所述的装置，其中：
所述数据单元是IP信息包；
所述IP信息包包括一个头部和一个数据部分；以及
所述第一信息集合存储在所述数据部分中。
32、根据权利要求27所述的装置，其中：
在接收所述数据单元之前，所述数据单元包括一个全局目的地址。
33、根据权利要求32所述的装置，进一步包括：
替换部分，用于用所述局部地址替换所述数据单元内的所述全局目的地址，所述替换部分在所述翻译部分之后执行。
34、根据权利要求33所述的装置，其中：
所述数据单元包括一个校验和；以及
进一步包括调节部分，用于调节所述数据单元内的所述校验和，所述调节部分在所述替换部分之后执行。
35、一种用于与私有网络中的多个实体通信的方法，包括步骤：
启动与一第一实体的通信，所述通信是从外部的所述私有网络中利用一唯一标识符启动的，所述唯一标识符不是公用的IP地址，所述唯一标识符被用于应用层之下，所述第一实体在所述私有网络中，所述第一实体是不具有全局唯一地址的可设定地址的物理实体；以及
向所述第一实体传送消息，该消息经由一中间实体到达所述第一实体，所述中间实体具有一第一全局地址。
36、根据权利要求35所述的方法，其中：
所述唯一标识符包括一域名。
37、根据权利要求35所述的方法，其中所述启动步骤包括步骤：
利用所述唯一标识符识别所述第一实体。
38、根据权利要求35所述的方法，其中所述启动步骤包括步骤：
利用所述唯一标识符请求所述第一实体的一个标识。
39、根据权利要求35所述的方法，其中：
所述唯一标识符被用在网络层。
40、根据权利要求35所述的方法，还包括步骤：
接收在所述中间实体中的一特殊消息，所述特殊消息包括所述唯一标识符和所述第一全局地址；以及
根据所述唯一标识符为所述第一实体确定一局部地址，并且根据所述局部地址将所述特殊消息发送给所述第一实体。
41、一种支持通信的方法，包括步骤：
从一实体中接收一消息，所述消息中包括不同于一公用IP地址的一唯一标识符，所述唯一标识符识别一第二实体，所述第二实体不具有全局唯一IP地址，所述第二实体在私有网络中，所述第一实体在所述私有网络外部；
利用所述唯一标识符存取不是全局唯一的局部地址，其在应用层之下执行，所述局部地址对应于所述第二实体；以及
响应所述消息提供所述局部地址。
42、根据权利要求41所述的方法，其中：
所述唯一标识符包括一域名。
43、根据权利要求41所述的方法，还包括步骤：
利用所述局部地址简化所述第一实体和所述第二实体之间的通信。
44、根据权利要求41所述的方法，还包括步骤：
向所述消息添加所述局部地址，并将所述消息发送到所述第二实体。
45、根据权利要求41所述的方法，其中：
所接收的消息包括目的地址；以及
所述目的地址对应于实体集合中的每一个实体，所述实体集合包括所述第二实体，但不包括所述第一实体。
46、根据权利要求42所述的方法，其中：
所述消息是所述第一实体和所述第二实体之间的初始通信。
47、根据权利要求42所述的方法，其中：
所述利用步骤在网络层执行。
48、一种用于传送数据的方法，包括步骤：
接收数据单元，所述数据单元包括一目的地址和与所述目的地址隔离的一第一信息集合，所述第一信息集合不是公用的IP地址，所述目的地址对应于一实体集合中的每一个实体，所述第一信息对应于所述实体集合中的一个子集合，所述实体的所述子集合包括一第一实体；以及
向所述第一实体传送所述数据单元，该步骤包括利用所述第一信息寻址所述数据单元，所述第一信息被用在应用层之下。
49、根据权利要求48所述的方法，其中：
所述第一信息包括域名。
50、根据权利要求48所述的方法，其中所述发送步骤包括步骤：
利用所述第一信息识别一局部地址，利用所述局部地址发送所述数据单元，所述局部地址对应于所述第一实体，其中利用所述第一信息识别一局部地址的步骤在应用层之下执行。
51、根据权利要求48所述的方法，其中：
所述数据单元在一个源实体和所述第一实体之间的初始通信中，所述第一实体在一私有网络之中，所述第一实体不具有全局唯一地址，所述源实体在所述私有网络外部。
52、根据权利要求48所述的方法，其中：
所述第一信息被用在一网络层中。
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