覆蓋網絡

覆蓋網絡（英語：Overlay network）是一種建立在另一網絡之上的電腦網絡。覆蓋網絡中的節點可以被認為是通過虛擬或邏輯連結相連，其中每個連結對應一條路徑（Path）。節點之間也可能通過下層網絡中的多個物理連接實現相連。例如對等網絡或客戶-伺服器應用這類分散式系統都可視為覆蓋網絡，因為它們的節點都執行在互聯網之上。互聯網自身最初也是作為一個電話網絡之上的覆蓋網絡構建，而當今（藉由VoIP的引入），電話網絡正越來越變成一個建立在互聯網之上的覆蓋網絡。

覆蓋網絡的用途

在電信領域

圖1：覆蓋網絡範例

圖2：覆蓋網絡分解為多個邏輯層

在電信領域中能夠使用覆蓋網絡要歸功於電信網絡中所提供的數字電路交換裝置和光纖傳輸媒介。^[1] 電信傳輸網和IP網絡（二者合併構造了更廣泛的互聯網）都至少覆蓋在一個光纖層、一個傳輸層和一個IP層或電路交換層（就PSTN而言）之上。

企業私有網絡最初是在電信網絡（如幀中繼和非同步傳輸模式的封包交換）的基礎設施之上的覆蓋網絡。不過自2001~2002年起，企業私有網絡開始從這些（現在被視為遺產）基礎設施上遷移到基於IP的多協定標籤交換（MPLS）網絡和虛擬私有網絡（VPN）。

從物理的角度看，覆蓋網絡相當複雜（參見圖1），因為其中組合了多種多樣、由不同實體（商業公司、大學、政府等）負責操作和建立的邏輯層，同時這類網絡鼓勵關注點分離，從而隨着時間的推移，可以逐漸累積範圍更廣的服務（從寬頻互聯網接入，IP語音或 IPTV以及有競爭力的電信維等），而這些服務不太可能由某個單一的電訊供應商來提供。^[2]

互聯網上的應用

如今的互聯網已成為更多的覆蓋網絡的基礎；構造這些覆蓋網絡的目的是為了支援將訊息路由到目的地不由IP位址指定的位置。例如，分散式雜湊表可以將訊息路由到具有特定的邏輯地址的節點，而這個節點的IP位址是事先未知的。

覆蓋網絡也被建議作為一種改進互聯網路由的方法，例如通過服務質素擔保以實現高質素的串流媒體服務。較早期的建議，例如IntServ，DiffServ和IP多播都沒有被廣泛接受，主要是因為它們要求修改網絡中的所有路由器。此外，覆蓋網絡可以增量部署在執行覆蓋協定軟件的終端主機商，不需要ISP進行配合。覆蓋網絡無法控制在下層網絡中兩個覆蓋節點間如何路由封包，但它可以控制，例如，訊息在到達目的節點之前需要經過的覆蓋節點序列。

例如， Akamai Technologies所管理的一個覆蓋網絡能夠提供可靠、高效的內容傳遞（一種多播技術）。學術研究方向包括終端系統的多播和為組播提供超播（Overcast）；為彈性路由所提出的RON(彈性覆蓋網絡) 以及為改進服務質素所提出的OverQoS等等。

彈性（Resilience）

彈性覆蓋網絡（RON）是一種允許分散式互聯網應用來檢測和恢復中斷或干擾的架構。目前的廣域路由協定至少需要幾分鐘才能中斷或干擾中恢復，這可以通過應用層的覆蓋技術得以改進。RON節點監視彼此之間的互聯網路徑，並確定是否直接通過互聯網或其他RON節點來重新路由封包，進而最佳化了應用程式特定的指標。^[3]

彈性覆蓋網絡的概念設計相對簡單。RON節點部署在互聯網上的不同位置。這些節點構造成一種應用層的覆蓋網絡，負責協助封包路由。每個RON節點監視彼此之間的互聯網路徑質素，並使用這些資訊準確、自動地從封包中選擇路徑，進而縮短了從較差的服務質素進行恢復所需要的時間。

多播

覆蓋多播（Overlay Multicast）也被稱為終端系統多播或對等多播。在高度分部的節點之間實現高頻寬多源多播是一個很多應用（如音視像會議、多方遊戲以及內容分發等）的一個關鍵能力。在過去十年間，一些研究專案探討了使用多播作為一種高效、可延伸的機制來支援這類組內通訊應用多播技術使得數據接收方集合的大小與每個節點上需要儲存的狀態資訊數量無關，並且潛在地避免了網絡中的冗餘通訊。

作為網絡層多播協定的最佳實踐，IP組播的部署很有限，這就導致人們對替代方案產生相當大的興趣。這類替代方案可以僅使用終端系統，在應用層實現。在覆蓋多播或終端系統多播方案中，參與的各方將自己組織成一個覆蓋拓撲結構以便數據傳遞。拓撲結構中的每個邊對應下層互聯網中兩個終端系統或對等方之間的一條單播路徑。所有與多播有關的功能都在對等方實現，而不是在路由器實現。多播協定的目標是建造和維護一個高效的覆蓋網絡完成數據傳輸。

缺點

傳播數據的速度較慢。
較長的延遲。
在某些點會出現重複分組。

覆蓋網絡協定列表

基於TCP/IP的覆蓋網絡協定包括：

分散式雜湊表 (DHTs)，如KAD網絡和其他基於Kademlia演算法的其它協定。
JXTA
XMPP：基於一個端點的Jabber ID（例如：nodeId_or_userId@domainId\resourceId）執行訊息路由，而不是通過IP位址執行路由
許多對等（P2P）協定，包括 Gnutella, Gnutella2, Freenet, I2P和Tor等。
PUCC
Solipsis：一個法國電信系統，用於提供大型共用虛擬世界
HyParView：一種非常穩定的、非結構化的覆蓋網絡，用於廣播八卦

基於UDP/IP的覆蓋網絡協定包括：

即時傳媒流協定（Real Time Media Flow Protocol) - Adobe Flash

參考

外部連結

List of overlay network implementations, July2003 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
Resilient Overlay Networks （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
Overcast: reliable multicasting with an overlay network （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
OverQoS: An overlay based architecture for enhancing Internet QoS （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
HyParView: a membership protocol for reliable gossip-based broadcast. João Leitão, José Pereira and Luís Rodrigues（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Proceedings of the 37th Annual IEEE/IFIP International Conference on Dependable Systems and Networks (DSN), 2007
RFC 3170
（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
Multicast over TCP/IP HOWTO （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
Nemo - Resilient Overlay Multicast
FatNemo - Emulating FatTrees for Overlay Multisource/Multicast
End System Multicast
IRTF Scalable Adaptive Multicast Research Group （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）關於覆蓋多播和應用層多播的參考文獻（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

參考文獻

^ AT&T history of Network transmission. [2017-05-23]. （原始內容存檔於2012-10-02）.
^ Fransman, Martin.
^ David Andersen , Hari Balakrishnan , Frans Kaashoek , Robert Morris. Resilient Overlay Networks. Proceedings of the eighteenth ACM symposium on Operating systems principles. December 2001: 131–145. doi:10.1145/502034.502048.

[1] AT&T history of Network transmission. [2017-05-23]. （原始內容存檔於2012-10-02）.

[2] Fransman, Martin.

[paper1-3] David Andersen , Hari Balakrishnan , Frans Kaashoek , Robert Morris. Resilient Overlay Networks. Proceedings of the eighteenth ACM symposium on Operating systems principles. December 2001: 131–145. doi:10.1145/502034.502048.

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