2.2 覆蓋網絡的分類

根據節點的性質不同，覆蓋網絡大致可以分為兩大類：基于終端主機的覆蓋網絡、基于固定節點（一般是指連接到路由器的業務服務器）的覆蓋網絡。

（1）在基于終端主機的覆蓋網絡中，終端主機屬于互聯網體系結構中的資源子網的組成元素，是用戶級可操作的實體。隨著CPU和內存的性能提升，用戶主機不僅僅是用戶瀏覽和數據處理的終端，也可以作為數據轉發的節點，為其他用戶提供服務，這也是基于終端主機的覆蓋網絡產生的一個必要條件。在基于終端主機的覆蓋網絡中，互聯網絡的通信子網是一個“黑盒子”，終端節點相互連接形成Mesh或樹狀虛擬拓撲，而不需要改動互聯網基礎設施。著名的P2P文件共享系統Gunutella[20]和基于終端主機的覆蓋網多播[21]都是屬于這類網絡。有兩個問題限制了這類網絡的應用：終端節點的低接入帶寬和較大的“最后一公里”傳輸延遲[22]。此外，由于終端節點隨時可能加入和離開，所以這類覆蓋網絡是動態變化的，不能提供非常可靠的服務。

（2）基于固定節點的覆蓋網絡使用一系列連接到互聯網基礎設施（如路由器）上的服務器來實現覆蓋服務。這些服務器節點通常提供某種穩定的業務，且由第三方服務提供商（Overlay Service Provider, OSP）維護，形成了三層架構的體系結構：基礎設施層、服務層和用戶層。用戶可以根據自己的業務需求向服務提供商購買服務，并建立相應的覆蓋網絡拓撲。服務提供商通過和ISP簽訂服務等級協議（Service Level Agreement, SLA）使覆蓋服務節點之間的覆蓋鏈路的QoS得到一定的保證，內容分發網（CDN）就屬于這類覆蓋網絡。這類覆蓋網絡的優點是能夠提供可靠的服務，缺點是覆蓋服務節點相對固定，靈活性受到一定的影響。

根據提供服務的目的，覆蓋網絡可以分為尋內容、尋路和尋址3種。

（1）尋內容是服務于應用層的覆蓋網絡，目的是為用戶提供內容查尋服務。通過集中或者分布式的路由機制實現對特定內容所在節點的查找，然后建立連接，完成內容傳輸，而這個節點的IP地址事先并不知道，P2P和CDN屬于這類覆蓋網絡。其中，CDN使得用戶可以從距離自己最近的邊緣服務器獲取相應的內容，減少數據傳輸時延。

（2）尋路是服務于網絡層的覆蓋網絡，是通過覆蓋路由算法建立源目的節點對間的覆蓋路徑，屏蔽物理網絡細節，滿足用戶QoS需求，如實現物理鏈路故障的快速恢復，不改變互聯網基礎設施的前提下實現數據的多播服務。此外，通過尋路覆蓋網絡，可以根據用戶的不同需求，在同一個物理拓撲上建立多個覆蓋網絡實現數據的傳輸。RON[23]、SOSR[24]和QRON[25]屬于這類覆蓋網絡。

比較尋內容與尋路兩種覆蓋網絡，前者本質上是內容服務器在覆蓋網絡中的放置問題，旨在構建覆蓋網絡拓撲，將處理能力強、存儲容量大的內容服務器分布在網絡中的不同位置，并設計合理的分布式覆蓋內容查找算法，使得用戶可以找到距離自己最近的內容服務器，獲得所需內容；而尋路是解決覆蓋網絡路由的問題，其產生的背景是終端主機的計算能力和存儲能力的普遍提高，使得終端主機不僅可以完成傳統的簡單的數據處理工作，而且可以完成原本只能由路由器實現的路由任務。從這個意義上講，尋路是尋內容的延伸和發展。

（3）尋址是服務于MAC層的覆蓋網絡，常用于云計算數據中心中，實現可以跨越三層物理網絡進行通信的二層邏輯網絡，即將二層報文封裝在IP報文內（MAC-in-IP），通過隧道機制實現跨數據中心的覆蓋網絡通信機制。尋址覆蓋網絡突破了傳統二層網絡中存在的物理位置受限、VLAN數據有限等阻礙，實現了虛擬機在數據中心中的動態移遷，滿足了云計算要求。目前，應用尋址覆蓋網絡技術設計的VXLAN（Virtual eXtensible Local Network）協議已得到廣泛應用。

本書的研究內容著眼于尋路覆蓋網絡，且在選擇覆蓋網絡節點時，綜合了主機節點和固定節點覆蓋網絡的優點和特性，旨在解決互聯網體系結構的一些缺陷，如鏈路故障恢復時間長、IP多播可擴展性差，以及傳統網絡設備和網絡協議對多路徑路由支持差等問題。