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摘 要： 域名解析实验涉及网络拓扑规划、路由器的路由配置、域名服务器配置和DNS故障排除等知识，是计算机网络实验教学的重要内容。为了使学生更好地理解域名解析过程，详细设计了一套实验方案。该方案以DNS服务器为核心，设计实验拓扑，给出实验参数，采用Packet Tracer软件模拟真实网络环境，并在仿真器中实现和验证。实践证明，教学效果良好。
关键词： 域名系统； 域名解析； 仿真器； 实验设计
中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）02-34-04
0 引言
计算机网络课程是普通高等学校计算机、通信、电子和自动化等专业学生必修的专业核心课程，注重理论与实践紧密结合[1-2]。实验教学在计算机网络课程教学中占有举足轻重的地位，是培养学生实践能力和创新思维的重要环节[3-4]。以域名解析实验为例，使用Cisco Packet Tracer软件进行模拟设计与仿真，实现本地域名解析和外网域名解析，经实践证明，教学效果良好。
1 DNS协议
DNS（Domain Name System，域名系统），作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，它能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。通过主机名，最终得到其对应的IP地址的过程叫做域名解析（或主机名解析）。DNS协议运行在UDP协议之上，使用端口号53。在RFC文档中RFC 2181对DNS有规范说明，RFC 2308对DNS查询的反向缓存进行说明[5-6]。
DNS是实现互联网的WWW、FTP和E-MAIL等服务的基础。域名解析方法主要有两种：递归查询（Recursive Query）和迭代查询（Iterative Query）。递归查询中，域名服务器将代替提出请求的客户机进行域名查询，若在本地资源中无法解析，则会在域树中各分支的上下进行递归查询，最终将查询结果返回给客户机。迭代查询中，客户机送出查询请求后，若该域名服务器中未找到，会通知客户机另一台域名服务器的IP地址，使客户机自动转向另一台域名服务器查询，以此类推，直至查询成功。否则，由最后一台域名服务器通知客户机查询失败[7]。一般情况下，客户机向本地域名服务器的查询采用递归查询，本地域名服务器向根域名服务器的查询采用迭代查询[8]。
2 网络仿真软件工具
Packet Tracer是思科公司开发的一款网络模拟仿真软件工具，为网络课程初学者进行设计、配置、排除网络故障提供了网络模拟环境。它具有无场所依赖性、经费投入低、实验管理简单和实验效率高等优点，受到教师和学生的青睐。用户可以在该软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，并可以通过提供的数据包在网络行进中的详细处理过程来观察网络实时运行情况，还可以学习思科OS的配置、锻炼故障排查能力[9]。
3 实验设计仿真实现
域名解析属于综合型实验，要求学生理解DNS的工作原理，熟悉DNS服務器的工作过程和DNS报文格式，理解DNS缓存的作用，掌握DNS服务器的基本配置方法和故障排除。
3.1 实验拓扑结构图
实验拓扑结构如图1所示，实验设备包括三台路由器（Router0、Router1和Router2）、二台交换机（Switch0和Switch1）、四台域名服务器（root_dns、cn_dns、com_dns和b.com_dns）、二台网页服务器（www.a.cn和www.b.com）、一台主机和若干线缆。实验过程中，首先配置实验设备的IP地址，其次配置路由器的静态路由和在域名服务器中添加资源记录，并开启DNS服务和HTTP服务，最后分别观察验证本地域名解析和外网域名解析过程。
3.2 IP编址方案
根据图1实验拓扑结构，对三台路由器接口的IP地址参数进行配置，具体如表1所示，子网掩码均为255.255.255.0。
对一台主机、四台域名服务器和二台网页服务器的IP地址参数进行配置，具体如表2所示，子网掩码均为255.255.255.0。3.5 应用配置
实验设备及接口的IP地址配置直接在图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，域名服务器和网页服务器的配置在图形界面下完成。
3.5.1 IP地址配置
根据表1和表2完成六台服务器、一台主机和三台路由器接口的IP地址配置，下面以PC为例，配置如图2所示。
4 域名解析实验结果验证
根据拓扑结构，从PC访问www.a.cn网页服务器使用的域名解析为本地域名解析，由cn_dns作为本地域名服务器独立进行域名解析，访问结果如图6所示，与图4的配置相一致，从而验证结果正确；从PC访问www.b.com网页服务器使用的域名解析为外网域名解析过程，需要多个域名服务器进行查找，其中cn_dns作为本地域名服务器，root_dns作为根域名服务器，com_dns作为顶级域名服务器，b.com_dns作为权限域名服务器，依次进行域名的递归解析，访问结果如图7所示，与图5的配置相一致，从而验证结果正确。在实验过程中，可以在Packet Tracer软件仿真模式下查看和分析域名解析的整个过程。
5 结束语
DNS服务是实现HTTP、Web和E-mail等因特網基本服务的基础，因此域名解析实验是计算机网络实验教学的重要内容。实验内容以DNS服务器配置为核心，以路由器的路由配置为重点，精心设计，通过在Packet Tracer软件进行仿真和验证，效果良好。该实验方案在实验教学改革中非常值得借鉴。
参考文献（References）：
[1] 琚生根，陈黎，周刚等.“计算机网络”实验课程的教学探讨[J].
实验技术与管理，2013.30（4）：159-165
[2] 蒋小洛，李晗，李昌.电子类专业计算机网络课程实践教学体
系[J].计算机教育，2010.23：78-81
[3] 王小妹，王建萍，张爽等.计算机网络实验教学改革的系统性
研究[J].实验技术与管理，2015.32（1）：210-212
[4] 叶阿勇，赖会霞，张桢萍等.计算机网络实验与学习指导[M].
电子工业出版社，2014.
[5] R. Elz， R. Bush. Clarifications to the DNS Specification.
[EB/OL]. [1997-07-01].https：//www.rfc-editor.org/rfc/pdfrfc/rfc2181.txt.pdf.
[6] M. Andrews. Negative Caching of DNS Queries （DNS
NCACHE）[EB/OL].[1998-03-01].https：//www.rfc-editor.
org/rfc/pdfrfc/rfc2308.txt.pdf.
[7] 催北亮.CCNA（200120）学习与实验指南[M].电子工业出版
社，2014.
[8] 谭毓银.基于Packet Tracer软件的DNS服务器实验设计[J].
实验技术与管理，2013.30（9）：103-104
[9] 薛琴.基于Packet Tracer的计算机网络仿真实验教学[J].实
验室研究与探索，2010.29（2）：57-59
关键词： 域名系统； 域名解析； 仿真器； 实验设计
中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）02-34-04
0 引言
计算机网络课程是普通高等学校计算机、通信、电子和自动化等专业学生必修的专业核心课程，注重理论与实践紧密结合[1-2]。实验教学在计算机网络课程教学中占有举足轻重的地位，是培养学生实践能力和创新思维的重要环节[3-4]。以域名解析实验为例，使用Cisco Packet Tracer软件进行模拟设计与仿真，实现本地域名解析和外网域名解析，经实践证明，教学效果良好。
1 DNS协议
DNS（Domain Name System，域名系统），作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，它能够使用户更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。通过主机名，最终得到其对应的IP地址的过程叫做域名解析（或主机名解析）。DNS协议运行在UDP协议之上，使用端口号53。在RFC文档中RFC 2181对DNS有规范说明，RFC 2308对DNS查询的反向缓存进行说明[5-6]。
DNS是实现互联网的WWW、FTP和E-MAIL等服务的基础。域名解析方法主要有两种：递归查询（Recursive Query）和迭代查询（Iterative Query）。递归查询中，域名服务器将代替提出请求的客户机进行域名查询，若在本地资源中无法解析，则会在域树中各分支的上下进行递归查询，最终将查询结果返回给客户机。迭代查询中，客户机送出查询请求后，若该域名服务器中未找到，会通知客户机另一台域名服务器的IP地址，使客户机自动转向另一台域名服务器查询，以此类推，直至查询成功。否则，由最后一台域名服务器通知客户机查询失败[7]。一般情况下，客户机向本地域名服务器的查询采用递归查询，本地域名服务器向根域名服务器的查询采用迭代查询[8]。
2 网络仿真软件工具
Packet Tracer是思科公司开发的一款网络模拟仿真软件工具，为网络课程初学者进行设计、配置、排除网络故障提供了网络模拟环境。它具有无场所依赖性、经费投入低、实验管理简单和实验效率高等优点，受到教师和学生的青睐。用户可以在该软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，并可以通过提供的数据包在网络行进中的详细处理过程来观察网络实时运行情况，还可以学习思科OS的配置、锻炼故障排查能力[9]。
3 实验设计仿真实现
域名解析属于综合型实验，要求学生理解DNS的工作原理，熟悉DNS服務器的工作过程和DNS报文格式，理解DNS缓存的作用，掌握DNS服务器的基本配置方法和故障排除。
3.1 实验拓扑结构图
实验拓扑结构如图1所示，实验设备包括三台路由器（Router0、Router1和Router2）、二台交换机（Switch0和Switch1）、四台域名服务器（root_dns、cn_dns、com_dns和b.com_dns）、二台网页服务器（www.a.cn和www.b.com）、一台主机和若干线缆。实验过程中，首先配置实验设备的IP地址，其次配置路由器的静态路由和在域名服务器中添加资源记录，并开启DNS服务和HTTP服务，最后分别观察验证本地域名解析和外网域名解析过程。
3.2 IP编址方案
根据图1实验拓扑结构，对三台路由器接口的IP地址参数进行配置，具体如表1所示，子网掩码均为255.255.255.0。
对一台主机、四台域名服务器和二台网页服务器的IP地址参数进行配置，具体如表2所示，子网掩码均为255.255.255.0。3.5 应用配置
实验设备及接口的IP地址配置直接在图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，域名服务器和网页服务器的配置在图形界面下完成。
3.5.1 IP地址配置
根据表1和表2完成六台服务器、一台主机和三台路由器接口的IP地址配置，下面以PC为例，配置如图2所示。
4 域名解析实验结果验证
根据拓扑结构，从PC访问www.a.cn网页服务器使用的域名解析为本地域名解析，由cn_dns作为本地域名服务器独立进行域名解析，访问结果如图6所示，与图4的配置相一致，从而验证结果正确；从PC访问www.b.com网页服务器使用的域名解析为外网域名解析过程，需要多个域名服务器进行查找，其中cn_dns作为本地域名服务器，root_dns作为根域名服务器，com_dns作为顶级域名服务器，b.com_dns作为权限域名服务器，依次进行域名的递归解析，访问结果如图7所示，与图5的配置相一致，从而验证结果正确。在实验过程中，可以在Packet Tracer软件仿真模式下查看和分析域名解析的整个过程。
5 结束语
DNS服务是实现HTTP、Web和E-mail等因特網基本服务的基础，因此域名解析实验是计算机网络实验教学的重要内容。实验内容以DNS服务器配置为核心，以路由器的路由配置为重点，精心设计，通过在Packet Tracer软件进行仿真和验证，效果良好。该实验方案在实验教学改革中非常值得借鉴。
参考文献（References）：
[1] 琚生根，陈黎，周刚等.“计算机网络”实验课程的教学探讨[J].
实验技术与管理，2013.30（4）：159-165
[2] 蒋小洛，李晗，李昌.电子类专业计算机网络课程实践教学体
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[3] 王小妹，王建萍，张爽等.计算机网络实验教学改革的系统性
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[4] 叶阿勇，赖会霞，张桢萍等.计算机网络实验与学习指导[M].
电子工业出版社，2014.
[5] R. Elz， R. Bush. Clarifications to the DNS Specification.
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[6] M. Andrews. Negative Caching of DNS Queries （DNS
NCACHE）[EB/OL].[1998-03-01].https：//www.rfc-editor.
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[7] 催北亮.CCNA（200120）学习与实验指南[M].电子工业出版
社，2014.
[8] 谭毓银.基于Packet Tracer软件的DNS服务器实验设计[J].
实验技术与管理，2013.30（9）：103-104
[9] 薛琴.基于Packet Tracer的计算机网络仿真实验教学[J].实
验室研究与探索，2010.29（2）：57-59