Оверлейные сети
В последние годы все больше ощущается разница между продвижением пакетов через сеть и прикладными сетевыми процессами. Новые приложения, как правило, распределены в сети, и во многих случая эти приложения имеют свою систему принятия решения по доставке информации. Эти новые гибридные системы могут иногда внедрены в существующие традиционные маршрутизаторы и коммутаторы, которые поддерживают специфическую для данного приложения маршрутизацию. Так, например, маршрутизатор 7-уровня может выбирать маршрут доставки в зависимости от типа НТТР-запроса. Оверлейные сети возникли как механизм выбора внедрения новой функциональности в Интернет.
Оверле́йная сеть (Overlay Network) — общий случай логической сети, создаваемой поверх другой сети. Узлы оверлейной сети могут быть связаны либо физическим соединением, либо логическим, для которого в основной сети существуют один или несколько соответствующих маршрутов из физических соединений. Примерами оверлеев являются сети VPN и одноранговые сети, которые работают на основе интернета и представляют из себя «надстройки» над классическими сетевыми протоколами, предоставляя широкие возможности, изначально не предусмотренные разработчиками основных протоколов. Коммутируемый доступ в интернет фактически осуществляется через оверлей (например, по протоколу PPP), который работает «поверх» обычной телефонной сети.
Рис.7.12. Принцип оверлейных сетей
Оверлейные сети могут применяться в следующих случаях:
Для исследования, разработки и тестирования новых протоколов связи, невозможных в традиционной инфраструктуре (например, исследование свойств IPv6 или связи «один–со–многими»;
Для создания новых свойств сети, невозможных в традиционной инфраструктуре:
Маршрутизация с гарантией качества сервиса;
Инфраструктура, более подходящая для трансляции потоков информации;
Более гибкая, эффективная и надежная маршрутизация;
Повышенная безопасность соединения;
Полностью распределённая инфраструктура сети;
Маршрутизация без определения целевого IP-адреса;
Для создания и эксплуатации сервисов, невозможных в традиционной инфраструктуре:
Распределённое хранение информации;
Распределённые вычисления;
Основное преимущество оверлейных сетей заключается в том, что они позволяют разрабатывать и эксплуатировать новые крупномасштабные распределённые сервисы без внесения каких–либо изменений в основные протоколы сети. Распространённым недостатком оверлеев являются повышенные затраты при передаче информации из–за дополнительного уровня обработки пакетов или неоптимальных маршрутов.
Каждый узел в оверлейной сети также существует в ниже лежащей сети (рис.7.12). Такие узлы обрабатывают и отправляют пакет способом, который зависит специфики приложения. Канал, который соединяет оверлейный узел представляет собой туннель через ниже лежащую сеть. Оверлейные сети могут быть вложенными одна в другую.
Одним из примеров оверлейных сетей являются виртуальные частные сети (VPN). В такой сети каждый узел рассматривает путь, состоящий из нескольких узлов, как логический канал. Для этого используется так называемый внутренний заголовок.
Другим примером оверлейных сетей являются использование IP-адресов класса D для организации видео и аудиоконференций. Для этого используются магистраль многоадресной передачи совместно с протоколом групповой маршрутизации.
Еще одним примером оверлейных сетей являются системы оконечных систем многоадресной рассылки. Основной принцип таких систем является то, что способ доставки информации определяется не на маршрутизаторах, а на хостах (оконечных устройствах). Т.е. основными участниками оверлейных сетей являются хосты. Более того, такие хосты обмениваются сообщения через UDP туннели, а не через IP туннели, что позволяет внедрят такие приложения в виде обычных программных приложений на хостах. Это делает возможных рассматривать ниже лежащую сеть как полно связный граф. Каждый компьютер может обменяться сообщениями с любым хостом в Интернете. Такая система решает следующую проблему: начиная с полно связного графа представляющего Интернет, необходимо найти такое дерево графа, которое соединяет всех членов группы (рис.7.13).
Предположим, что необходимо организовать групповую рассылку из узла А на остальные три узла (рис.7.13.а). В простейшем случае, каждый узел должен отправлять отдельные сообщения каждому члену группы (рис.7.13.б). Недостатком такого способа является неэффективное использование сетевых ресурсов. Так, в канале А-R1 сообщение передается трижды и две копии передаются в канале R1-R2. Другой способ предполагает построение дерева групповой рассылки и использование протокола групповой рассылки сетевого уровня (рис.7.13.с). В данном случае в маршрутизаторах необходимо уничтожать лишние копии сообщений. И последний способ предполагает, что дерево групповой рассылки строится конечным узлом (рис.7.13.д).