Введение
Компьютерная сеть, построенная поверх другой сети.
Накладная сеть — это компьютерная сеть, развернутая поверх другой (логической, а не физической) сети. Концепция накладной сети отличается от традиционной модели многоуровневых сетей OSI и почти всегда предполагает, что базовая сеть является IP-сетью того или иного типа. Примеры технологий накладных сетей включают VXLAN, BGP VPN (уровней 2 и 3), а также технологии IP over IP, такие как GRE или туннели IPsec. Технологии IP over IP, такие как SD-WAN, относятся к классу накладных сетей.
Структура
Узлы в наложенной сети можно рассматривать как связанные виртуальными или логическими каналами, каждый из которых соответствует пути, возможно, проходящему через множество физических каналов в базовой сети. Например, распределенные системы, такие как одноранговые сети, являются наложенными сетями, поскольку их узлы формируют сети поверх существующих сетевых соединений. Интернет изначально был создан как наложение на телефонную сеть, а сегодня (с развитием VoIP) телефонная сеть все больше превращается в наложенную сеть, построенную на основе Интернета.
Атрибуты
Накладочные сети обладают определенным набором характеристик, включая разделение логической адресации, безопасность и качество обслуживания. К другим необязательным характеристикам относятся отказоустойчивость/восстановление, шифрование и управление полосой пропускания.
Операторы телекоммуникаций
Операторы связи используют накладные сети для предоставления услуг поверх своей физической инфраструктуры. В сетях, соединяющих физически удаленные площадки (Wide Area Networks, WAN), одной из распространенных технологий накладных сетей являются VPN на основе BGP. Эти VPN предоставляются предприятиям в качестве услуги для соединения их собственных площадок и приложений. Преимущество таких накладных сетей заключается в том, что оператору связи не требуется управлять адресацией или другими сетевыми атрибутами, специфичными для предприятия. В центрах обработки данных ранее чаще использовался VXLAN, однако из-за его сложности и необходимости интеграции накладных сетей VXLAN второго уровня с сетями IP/BGP третьего уровня, все более распространенным становится использование BGP и в центрах обработки данных для обеспечения подключения второго уровня между виртуальными машинами или кластерами Kubernetes.
Сети предприятий
Корпоративные частные сети изначально строились поверх телекоммуникационных сетей, таких как Frame Relay и асинхронный режим передачи (ATM) с коммутацией пакетов, но переход от этих (устаревших) инфраструктур к IP-сетям MPLS и виртуальным частным сетям начался (2001–2002 гг.) и сейчас завершен, сохранившись лишь в незначительном количестве сетей Frame Relay или ATM. С точки зрения предприятия, хотя VPN-сервис, предоставляемый оператором, может удовлетворять базовые потребности в подключении, ему не хватает гибкости. Например, подключение услуг от разных операторов или корпоративной услуги через интернет-провайдера и обеспечение безопасности такого соединения невозможно с использованием стандартных VPN-технологий, что и привело к распространению SD-WAN-сетей, позволяющих предприятиям соединять площадки и пользователей независимо от типа доступа к сети.
Через Интернет
Интернет служит основой для создания дополнительных, надстроенных сетей, позволяющих осуществлять маршрутизацию сообщений к адресатам, не идентифицируемым по IP-адресу. Например, распределенные хеш-таблицы могут использоваться для маршрутизации сообщений к узлу, обладающему определенным логическим адресом, чей IP-адрес неизвестен заранее.
Качество обслуживания
Гарантирование полосы пропускания посредством маркировки трафика имеет несколько решений, включая IntServ и DiffServ. IntServ требует отслеживания каждого потока и, как следствие, вызывает проблемы масштабируемости на маршрутизирующих платформах. Он не получил широкого распространения. DiffServ широко внедрен многими операторами как способ дифференциации типов трафика. Сам по себе DiffServ не предоставляет гарантий пропускной способности, но позволяет оператору сети определять, какой трафик имеет более высокий приоритет и, следовательно, будет пересылаться первым в условиях перегрузки. Overlay-сети реализуют гораздо более детальную градацию качества обслуживания, позволяя корпоративным пользователям определять приоритет трафика на уровне приложений и пользователей/сайтов.
Легкость внедрения
Накладочные сети могут быть развернуты постепенно на площадках конечных пользователей или хостах, работающих с программным обеспечением протокола накладной сети, без взаимодействия с интернет-провайдерами. Накладная сеть не контролирует маршрутизацию пакетов в базовой сети между двумя узлами накладной сети, но может контролировать, например, последовательность узлов, через которые проходит сообщение перед достижением получателя. Например, Akamai Technologies управляет накладной сетью, обеспечивающей надежную и эффективную доставку контента (разновидность многоадресной рассылки).
Устойчивость
Целью отказоустойчивости в телекоммуникационных сетях является обеспечение автоматического восстановления при возникновении сбоев для поддержания заданного уровня обслуживания или доступности. Поскольку телекоммуникационные сети имеют многоуровневую структуру, отказоустойчивость может быть реализована на физическом, оптическом, IP или уровне сеансов/приложений. Каждый уровень опирается на механизмы отказоустойчивости нижнего уровня. Наложенные IP-сети в виде сервисов SD-WAN, таким образом, зависят от физических, оптических и базовых IP-сервисов, по которым осуществляется их передача. Наложения на уровне приложений зависят от всех нижележащих уровней. Преимущество наложений заключается в их большей гибкости и программируемости по сравнению с традиционной сетевой инфраструктурой, что компенсирует недостатки в виде дополнительной задержки, сложности и накладных расходов на пропускную способность.
Подходы к устойчивости уровня приложений
Resilient Overlay Networks (RON) – это архитектуры, позволяющие распределенным интернет-приложениям обнаруживать и восстанавливаться после разрывов соединения или помех. Они улучшают существующие протоколы широкозонной маршрутизации, которым требуется несколько минут для восстановления, за счет использования этого наложения на уровне приложений. Узлы RON отслеживают интернет-пути между собой и определяют, перенаправлять ли пакеты напрямую через интернет или через другие узлы RON, оптимизируя таким образом прикладные метрики. Resilient Overlay Network имеет относительно простую концептуальную структуру. Узлы RON развертываются в различных точках сети Интернет и образуют наложение на уровне приложений, совместно осуществляющее маршрутизацию пакетов. Каждый узел RON контролирует качество интернет-путей между другими узлами и использует эту информацию для точного и автоматического выбора маршрута для каждого пакета, сокращая время восстановления при ухудшении качества обслуживания.
Мультикаст
Оверлейная многоадресная рассылка также известна как многоадресная рассылка от конечных систем или «точка-точка». Многоисточниковая многоадресная рассылка с высокой пропускной способностью между широко распределенными узлами является критически важной возможностью для широкого спектра приложений, включая аудио- и видеоконференции, многопользовательские игры и распространение контента. На протяжении последнего десятилетия ряд исследовательских проектов изучал использование многоадресной рассылки как эффективного и масштабируемого механизма для поддержки подобных приложений групповой связи. Многоадресная рассылка отделяет размер группы получателей от объема состояния, хранящегося на любом отдельном узле, и потенциально позволяет избежать избыточной передачи данных в сети. Ограниченное распространение IP-многоадресной рассылки, протокола многоадресной рассылки сетевого уровня с наилучшим усилием, вызвало значительный интерес к альтернативным подходам, реализованным на уровне приложений, с использованием только конечных систем. В подходе оверлейной или многоадресной рассылки от конечных систем, участвующие узлы организуются в оверлейную топологию для доставки данных. Каждое ребро в этой топологии соответствует одноадресному пути между двумя конечными системами или узлами в базовой сети Интернет. Вся функциональность, связанная с многоадресной рассылкой, реализуется на узлах, а не на маршрутизаторах, и целью протокола многоадресной рассылки является построение и поддержание эффективной оверлейной сети для передачи данных.