曹艳明-OverlayNetworks教案详解

覆盖网（Overlay

network）覆盖网的出现

因特网的体系结构是一种分层的结构，其最上一层是应用层，它利用传输层提供的服务完成相应的应用功能，如Web浏览、电子邮件服务、FTP服务等。

但这种传统的结构已经不能很好地满足越来越复杂的应用需求。例如，多媒体应用的发展迫切要求网络能够支持组播功能，而目前的因特网尚不能完全支持组播。什么是覆盖网

覆盖网是建立在现有网络基础之上独立的虚拟网；是面向应用层的，不考虑或者很少考虑网络层和物理层。逻辑位置

覆盖网存在于因特网基础设施和应用程序之间，利用ISP提供的服务来向其用户提供更加优化的服务。可以认为，覆盖网络是分布在因特网上的一组提供服务的主机的集合，它们为一个或多个应用程序提供下层的基础设施，在某种程度上转发和处理应用程序的数据。它不是当前因特网体系结构的一部分。覆盖网示意图

覆盖节点通常具有路由，数据处理和数据保存等功能，而逻辑链路(即覆盖链路)通常对应底层一条或多条物理路径，对数据进行传输。

利用覆盖网络技术，不需要大规模改变现有网络架构就能提供更为可靠、容错性更好的服务，可以方便地通过针对特定应用的覆盖网络提供在现有网络层基础结构中难以提供的新业务，通过采用更好地利用网络资源信息的算法来提高现有Internet已有的业务性能。

目前，比较流行的覆盖网络大致可以分为三类：路由覆盖网络内容传送网络应用层组播路由覆盖网络

路由覆盖网络的作用是为了控制或改善网络上数据传送的路径，在一个路由覆盖网络中，通信双方的端结点并不改变，改变的是其分组可能经过的路由。

因特网由很多个自治系统组成，自治系统之间运行边界网关协议（Border

Gateway

Protocol），BGP允许每个ISP设定关于接收、转发分组的控

制策略，然后通过分布式计算来确定一条从源结点到目的结点的“最佳”的路径。路由覆盖网

但是由于每一个ISP侧重的目标不一致。因此，这种所谓的“最佳”路径对于用户来说很大程度上并不是最佳的。因特网本身的路由机制，完全由ISP决定，端用户和应用程序无法参与，这种

路由机制对于端用户和应用程序来说是不精确的，它仅反映了ISP对开销和运行效率的考虑，而不

顾用户和应用程序的真正需求。

针对这种现状而提出了，旨在改善路由选择，并与应用程序紧密联系的一种覆盖网络——弹性覆盖网络（RON）。弹性覆盖网

弹性覆盖网，是由David

Andresen在2001年其硕士论文中提出的。后来他又撰写了《Resililent

Overlay

Networks》，《The

Case

for

Resilient

Overlay

Networks》。介绍了弹性覆盖网的模型并且对弹性覆盖网进行了仿真。弹性覆盖网(RON)

弹性覆盖网络是一种分布式覆盖网络体系结构

分布于因特网上的RON结点可以仅用数秒的时间检测到链路的失效和周期性的性能恶化，并快速恢复

RON结点自动监测连接它们的下层因特网链路的质量，使用收集到的信息决定分组是直接由因特网链路转发还是经由另一RON结点，更加优化应用程序的路由选择。RON的设计目标在20秒内检测到链路失效和恢复分组路由提供应用区分服务，可按应用要求选取合适的路径进行路由选择提供终端区分服务，可根据端主机或用户进行灵活地定义路由策略在20秒内检测到链路失效和恢复分组路由当今基于BGP4的Internet路由系统，并不能很好

地处理网络中的失效。从网络角度看有两种失效，链路失效和路径失效。从应用的角度看，也有两

种失效一种是彻底失效，另一种是性能下降。

提供应用区分服务，可按应用要求选取合适的路径进行路由选择不同应用对网络性能降低的容忍程度是不同的。用户可以定义失效和如何应对失效的响应提供终端区分服务，可根据端主机或用户进行灵活地定义路由策略目前BGP还不能针对单个用户或者主机定义路由策略，这样就不能对不同的端用户提供不同的路径选择。而由于RON节点本身就是运行在端系统上，因此RON可以针对终端主机定义灵活的路由策略。RON系统结构

RON

client：通过RON进行通信的应用程序称为RON客户程序。策略路由

RON的策略路由允许RON客户端定义在特定网络连接上的数据流类别。RON把策略路由分成两个部分：分类和路由表构成(classification

and

routing

tableformation)分类和路由表构成

分类：当一个包进入RON的时候，这个包被分类赋予一个策略标签，这个策略标签是用来在每个RON路由器中的路由表引导查询的。路由表构成：对于每一个策略，一个独立的路由表集合是通过再次运行路由计算得到的，路由计算得到本RON节点到其他任何节点的最短路径。策略分类器

在RON中通过策略分类器来进行分类和路由表构成。

策略分类器提供了“permit”功能，用来确定给定策略是否能使用某条特定虚电路。

策略分类器提供了conduit数据分类器，用来帮助RON节点确定那个策略适合进来的

数据包。

目前有两种策略机制：小圈子策略

(exclusive

cliques)和通用策略(generalpolicies)。

小圈子策略：只有在小圈子中产生的数据和目的地是属于小圈子的数据才能使用小圈子内的链路。

通用策略：允许RON用户创建他们自己的策略组合数据的转发

RON的forward实现数据的转发功能。管道

(Conduit)对数据包进行封装和分类。在包上贴上了信息的标签，这些信息决定了才用什么样的度量。

RON一般不分割一个包，除非包超过了

MTU，返回ICMP信息，”must

fragment”RON报文头RON报头中的routing

flag和flow

ID是由

conduit所设置。Packet

type是发送数据包到合适的接收者(receiver)的conduit的关键.Policy

Tag是路由策略标签。Routing

flag是路由优先度量标签，flowID指定下一跳。数据的转发

包到达RON节点的forwarder时候，检测包的目的地址是本地还远端。如果不是本地则进行三级查找，则需要讲RON包头传递给routing

table。三级路由查找

第一级查找基于策略类型，通过policy

tag知道此次的策略路由，然后找到相应的参考路由表。

第二级查找基于路由优先度，根据routingflag找到一个与数据包相一致的路由选择度量。

第三级查找是基于目的地址的哈希查找，

forwarder将数据包送往下一个节点。RON引导协议和同伴管理

RON提供了两种同伴管理机制：一种是从文件导入的静态管理机制；一种是基于通告的动态的软状态同伴管理机制。

当一个新的节点加入RON的时候，新节点至少需要知道当前RON节点中的一个；新节点通过这个节点向RON中的其它节点宣布自己存在。总结

覆盖网络是在现有的因特网上构建一个完全位于应用层的网络系统。

覆盖网存在于因特网基础设施和应用程序之间，利用ISP提供的服务