オーバーレイネットワーク

オーバーレイネットワークは、別の（物理ではなく論理的な）ネットワークの上に階層化されたコンピュータネットワークです。オーバーレイネットワークの概念は、従来のOSI階層化ネットワークモデルとは異なり、ほとんどの場合、アンダーレイネットワークが何らかのIPネットワークであると想定されています。 ^[1]

オーバーレイ ネットワーキング テクノロジーの例としては、VXLAN、BGP VPN、レイヤー 2とレイヤー 3 、 GREやIPSECトンネルなどの IP over IP テクノロジーなどがあります。SD -WANなどの IP over IP テクノロジーは、オーバーレイ ネットワークの一種です。

オーバーレイネットワーク内のノードは、仮想リンクまたは論理リンクによって接続されていると考えることができます。各リンクは、おそらく多くの物理リンクを介して、基盤となるネットワーク内のパスに対応しています。たとえば、ピアツーピアネットワークなどの分散システムは、ノードが既存のネットワーク接続を介してネットワークを形成するため、オーバーレイネットワークです。^{[2] [引用が必要]}

インターネットはもともと電話ネットワーク上のオーバーレイとして構築されましたが、今日では（ VoIPの出現により）、電話ネットワークはインターネット上に構築されるオーバーレイ ネットワークへと変わりつつあります。^{[引用が必要]}

オーバーレイ ネットワークには、論理アドレスの分離、セキュリティ、サービス品質など、特定の属性セットがあります。その他のオプションの属性には、回復力/回復、暗号化、帯域幅制御などがあります。

多くの通信事業者は、オーバーレイ ネットワークを使用して、物理インフラストラクチャ上でサービスを提供しています。物理的に異なるサイトを接続するネットワーク (ワイド エリア ネットワーク、WAN) では、一般的なオーバーレイ ネットワーク テクノロジの 1 つが BGP VPN です。これらの VPN は、企業が独自のサイトやアプリケーションを接続するためのサービスとして提供されます。このようなオーバーレイ ネットワークの利点は、通信事業者がアドレス指定やその他の企業固有のネットワーク属性を管理する必要がないことです。

データセンター内では、VXLAN を使用するのが一般的でしたが、その複雑さと、レイヤー 2 VXLAN ベースのオーバーレイ ネットワークをレイヤー 3 IP/BGP ネットワークにステッチする必要性から、データセンター内で BGP を使用して仮想マシンまたはKubernetes クラスター間のレイヤー 2 接続を提供することが一般的になりました。

エンタープライズ プライベート ネットワークは、最初はフレーム リレーや非同期転送モードパケット スイッチングインフラストラクチャなどの通信ネットワーク上にオーバーレイされていましたが、これらの (現在はレガシー) インフラストラクチャから IP ベースのMPLSネットワークおよび仮想プライベート ネットワークへの移行が開始され (2001 ～ 2002 年)、現在では完了しており、フレーム リレー ネットワークや ATM ネットワークはほとんど残っていません。

企業の観点から見ると、オペレータが構成したオーバーレイ VPN サービスは基本的な接続要件を満たすかもしれませんが、柔軟性に欠けています。たとえば、競合オペレータのサービスや、インターネット サービス経由でのエンタープライズ サービスへの接続やそのサービスのセキュリティ保護は、標準の VPN テクノロジーでは不可能です。そのため、企業がネットワーク アクセス タイプに関係なくサイトやユーザーを接続できるようにする SD-WAN オーバーレイ ネットワークが普及しています。

インターネットは、 IP アドレスで指定されていない宛先へのメッセージのルーティングを可能にするために構築できる、よりオーバーレイされたネットワークの基盤です。たとえば、分散ハッシュ テーブルを使用すると、事前に IP アドレスがわからない 特定の論理アドレスを持つノードにメッセージをルーティングできます。

トラフィックのマーキングによる帯域幅の保証には、 IntServやDiffServなど複数のソリューションがあります。IntServ ではフローごとの追跡が必要なため、ルーティング プラットフォームでスケーリングの問題が発生します。広く導入されていません。DiffServ は、トラフィックの種類を区別する方法として、多くのオペレータで広く導入されています。DiffServ 自体はスループットの保証を提供しませんが、ネットワーク オペレータがどのトラフィックの優先度が高いかを決定し、輻輳状況で最初に転送できるようにします。

オーバーレイ ネットワークは、より細かい粒度のサービス品質を実装し、企業ユーザーがアプリケーションとユーザー/サイトに基づいてどのトラフィックを優先するかを決定できるようにします。

オーバーレイ ネットワークは、 ISPの協力なしに、エンド ユーザー サイトまたはオーバーレイ プロトコル ソフトウェアを実行しているホストに段階的に導入できます。オーバーレイは、2 つのオーバーレイ ノード間の基盤ネットワークでパケットがどのようにルーティングされるかを制御することはできませんが、たとえば、メッセージが宛先に到達する前に通過するオーバーレイ ノードの順序を制御することはできます。

たとえば、Akamai Technologies は、信頼性が高く効率的なコンテンツ配信 (一種のマルチキャスト) を提供するオーバーレイ ネットワークを管理しています。

通信ネットワークにおける復元力の目的は、必要なサービス レベルまたは可用性を維持するために、障害イベント中に自動回復を可能にすることです。通信ネットワークは階層化されて構築されるため、復元力は物理層、光層、IP 層、またはセッション/アプリケーション層で使用できます。各層は、その下の層の復元力機能に依存します。したがって、SD-WAN サービスの形式のオーバーレイ IP ネットワークは、転送される物理サービス、光サービス、および基礎となる IP サービスに依存します。アプリケーション層オーバーレイは、その下のすべての層に依存します。オーバーレイの利点は、従来のネットワーク インフラストラクチャよりも柔軟でプログラム可能であることです。これは、追加の遅延、複雑さ、および帯域幅のオーバーヘッドの欠点を上回ります。

レジリエントオーバーレイネットワーク（RON）は、分散インターネットアプリケーションが切断や干渉を検出して回復できるようにするアーキテクチャです。回復に少なくとも数分かかる現在の広域ルーティングプロトコルは、このアプリケーション層オーバーレイによって改善されます。RONノードは、インターネットパスを相互に監視し、パケットをインターネット経由で直接再ルーティングするか、他のRONノード経由で再ルーティングするかを決定して、アプリケーション固有のメトリックを最適化します。^[3]

レジリエントオーバーレイネットワークの概念設計は比較的単純です。RONノードはインターネット上のさまざまな場所に配置されます。これらのノードは、パケットのルーティングで協力するアプリケーション層オーバーレイを形成します。各RONノードは、インターネットパスの品質を相互に監視し、この情報を使用して各パケットからパスを正確かつ自動的に選択し、サービス品質の低下から回復するために必要な時間を短縮します。^[3]

オーバーレイ マルチキャストは、エンド システムまたはピアツーピア マルチキャストとも呼ばれます。広範囲に分散したノード間の高帯域幅のマルチソース マルチキャストは、オーディオおよびビデオ会議、マルチパーティ ゲーム、コンテンツ配信など、さまざまなアプリケーションにとって重要な機能です。過去 10 年間、多くの研究プロジェクトで、このようなグループ通信アプリケーションをサポートする効率的でスケーラブルなメカニズムとしてマルチキャストの使用が検討されてきました。マルチキャストは、受信セットのサイズと単一ノードで保持される状態の量を切り離し、ネットワーク内の冗長な通信を回避できる可能性があります。

ベスト エフォート ネットワーク層マルチキャスト プロトコルである IP マルチキャストの限定的な導入により、エンド システムのみを使用してアプリケーション層で実装される代替アプローチに大きな関心が寄せられています。オーバーレイまたはエンド システム マルチキャスト アプローチでは、参加するピアは、データ配信のためにオーバーレイ トポロジに自らを編成します。このトポロジの各エッジは、基盤となるインターネットの 2 つのエンド システムまたはピア間のユニキャスト パスに対応します。マルチキャスト関連の機能はすべて、ルータではなくピアで実装され、マルチキャスト プロトコルの目的は、データ転送用の効率的なオーバーレイを構築して維持することです。

• 実際のネットワークトポロジに関する知識がないため、基盤となるネットワークのルーティングの非効率性により、最適ではないパスでルーティングされる可能性があります。
• オーバーレイ以外のサービスに比べてレイテンシが増加する可能性がある
• 特定のポイントでパケットを複製します。
• 追加のカプセル化オーバーヘッド。複数のペイロードのカプセル化により、ネットワークの総容量が低下する。

TCP/IPに基づくオーバーレイ ネットワーク プロトコルには次のものがあります。

• Chordに基づく分散ハッシュテーブル（DHT）
• ジャクスタ
• XMPP : IP アドレスではなくエンドポイント Jabber ID (例: nodeId_or_userId@domainId\resourceId) に基づいたメッセージのルーティング
• Gnutella、Gnutella2、Freenet、I2P、Torを含む多くのピアツーピア プロトコル。
• プック
• Solipsis :大規模に共有される仮想世界のためのフランステレコムのシステム

UDP/IP に基づくオーバーレイ ネットワーク プロトコルには次のものがあります。

• KADなどのKademliaアルゴリズムに基づく分散ハッシュ テーブル(DHT) 。
• リアルタイム メディア フロー プロトコル– Adob​​e Flash

• ダークネット
• メッシュネットワーク
• コンピュータネットワーク
• ピアキャスティング
• 仮想プライベートネットワーク

• オーバーレイ ネットワーク実装のリスト (2003 年 7 月)
• 回復力のあるオーバーレイネットワーク
• Overcast: オーバーレイネットワークによる信頼性の高いマルチキャスト
• OverQoS: インターネット QoS を強化するオーバーレイ ベースのアーキテクチャ
• エンドシステムマルチキャスト