重疊網

重疊網( OverlayNetwork)，顧名思義是一種網絡，因此它首先具有網絡的基本特徵，例如它應當由若干節點共同構成，並且為節點定義了編址、規定了節點間數據傳遞的路由。而具體到重疊網，我們可以找到很多大同小異的定義。例如, “重疊網是一種運行在一個或多個已存在網絡之上的網絡, 提供特定的附加功能。其將在一個或多個方面改變下層網絡的性能/功能/特性 ”。還有更為簡單的定義：“重疊網就是Internet 上覆蓋的邏輯網絡, 它位於網絡層之上，應用 /業務層之下; 其上的節點( Node) 就是 Internet 的主機或者服務器, 節點間的數據傳送通過Internet 路徑；其擁有自己的編址空間和虛擬路由算法。” ^[1] 

重疊網是一個位於一個或多個已存在的網絡之上的虛擬網絡，即在 IPv4 底層網絡的基礎上通過節點之間單播機制將主機兩兩相連，形成一個虛擬、獨立的網絡，就好像在原有的網絡上疊加了一層新的網絡 。可以認為 Internet 就是一種重疊網,因為Internet 是建立在各類局域網(如以太網)之上 , 給所有的包增加互聯網協議頭，用以連接各個局域網中的主機,形成一層新的網絡。如圖1就是一個重疊網的概念示意圖 。圖1中IPv4 基礎網絡的七個節點中的兩個子集，通過節點之間的單播連接，形成了具有星形拓撲和環形拓撲的兩個虛擬重疊網。

重疊網的組成主要有三個部分：主機(Host)、路由器(Router)和隧道(Tunnel)。隧道是基於底層網絡的路徑 ,也是重疊網的邏輯鏈路。每條鏈路由底層網絡的若干個單跳(Hop)組成 。重疊網鏈路的特徵參數如時延、帶寬和丟包率等也是底層網絡鏈路的集合。單個的網絡組成元件(路由器或主機)可以同時參與多個重疊網，也可以同時參與一個重疊網的多條鏈路 。

一個重疊網是一個位於一個或者多個已存在的網絡之上的獨立的虛擬網絡。它實際上是一種按重疊網協議而構成的一系列Overlay 套接字 。

重疊網協議首先將成員組織成一個有效的重疊網拓撲，然後根據具體應用需求在此拓撲上發佈數據。重疊網協議由用户根據應用定義, 處於用户空間, 位於TCP/IP 協議棧之上。重疊網協議一般被設計成一個純軟件實現的中間件，使用底層IP 網絡提供的服務，並且向上層的應用系統提供應用API 接口。這樣的話，只要在想要參與多方通信的主機上安裝根據特定應用而設計的重疊網中間件軟件，就能在搭建的重疊網上實現特定的應用。

重疊網就是在現有的IPv4 網絡的基礎之上通過節點之間的單播連接將主機兩兩相連，形成一個虛擬的網絡，就好像在原有網絡上疊加了一層新的網絡。這很容易根據應用特殊需求來確定重疊網的拓撲結構和協議。不論具體拓撲結構和協議如何，重疊網都應該具有一些共同性質，主要有以下幾點：

1、確保節點能獲取數據

2、查詢時間可以證明是有限的

3、自動負載平衡

4、自我組織

重疊網的優點是顯而易見的。第一，重疊網的部署不必改變現有的網絡層，它的屬性是可以變化的，具有很強的靈活性 。利用重疊網可以部署許多應用，如：移動通信、路由、QoS、組播等。第二，重疊網易於部署和擴展，它不需要路由器的支持，同時具有獨特的應用型架構。

重疊網的主要缺點是重疊網的節點並不總是處於最佳位置，而不處於最佳位置的節點會對重疊網性能產生負面影響。

重疊網的出現引起的這些互聯網架構上的變化，都可以看作是互聯網自身的技術演變。實際上，互聯網從誕生到現在的30年間，其原始的設計架構和基本設計理念隨着互聯網應用範圍的擴張、應用環境的變遷等一直在不斷地遭到各種問題( 地址短缺、服務質量、網絡信息安全等) 的挑戰。業界對於互聯網技術革新的呼聲越來越高，也出現了很多對未來互聯網的技術演進思路。重疊網就是其中重要的一種思路。 ^[1] 

互聯網採用“覆蓋( Overlay) ”的方法設計了路由器網絡，覆蓋在各種需要互聯的異構網絡之上，因此其本身是一種重疊網( OverlayNetwork) 。在現有體系架構的基礎上，可以仍然遵循重疊網的思想，在互聯網承載層之上、應用層之下增加一個墊層，系統性地在這個墊層中實現承載層中個性化和應用層中共性化的功能，在尊重互聯網現實存量的基礎上讓互聯網更加健康地持續發展。 ^[1] 

重疊網技術的基本思路是在互聯網承載層之上、應用層之下增加一個“墊層”，為上層業務和應用提供有針對性的服務。這種方式不必改變目前已經廣泛應用的IP承載網技術，不抑制用户創新，只對已有的應用和業務進行適當控制，是對現有互聯網體系架構的“系統性”修補。重疊網技術可以最大程度地降低由現實存量網絡所造成的承載層問題的解決難度，充分兼容現實存量網絡和設備，提高方案可行性並減小實施成本。 ^[1]