Definition Was ist ein Overlay Network?

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Ein Overlay Network ist ein auf der Infrastruktur eines bestehenden Netzes aufsetzendes Netzwerk. Es entkoppelt die logische Verbindungsebene von der physischen Netzwerkinfrastruktur. Das Overlay-Netzwerk erlaubt den Aufbau virtueller Netzwerkstrukturen unabhängig von der Topologie des darunter liegenden Underlay-Netzwerks. Dem Underlay Network fehlende Netzwerkfunktionalitäten lassen sich im Overlay Network bereitstellen.

Ein Overlay Network setzt auf einem bestehenden Netzwerk und dessen physischer Infrastruktur, das auch als Underlay Network bezeichnet wird, auf. Es überlagert das Underlay Network und entkoppelt die physische Netzwerkinfrastruktur des Underlay-Netzwerks von der logischen Verbindungsebene des Overlay-Netzes. Netzknoten und Netzteilnehmer werden auf einer logischen oder virtuellen Ebene miteinander vernetzt.

Die technische Realisierung basiert auf der Verkapselung von Datenpaketen und Tunneling. In der Regel sind die Protokolle des Overlay-Netzes auf höheren OSI-Schichten als die des Underlay-Netzes angesiedelt. Das Overlay Network ist logisch von den Adressräumen und Wegeauswahlverfahren (Routingverfahren) des Underlay-Netzes unabhängig, nutzt aber dessen Datentransportleistungen.

Definition

Was ist das OSI-Modell?

In einem Overlay Network lassen sich fehlende Funktionen des Underlay-Netzes auf einer höheren OSI-Ebene realisieren. Die Netzwerkstruktur des Overlay-Netzes kann von der Topologie und der physischen Infrastruktur des Underlay-Netzes abweichen. Typisches Beispiel für ein Overlay Network ist das Internet. Es entstand ursprünglich als Overlay-Netz auf Basis der Telefonnetze.

Das Internet ist heute jedoch selbst Underlay-Netz für zahlreiche Overlay-Netze wie virtuelle private Netze (VPNs), Peer-to-Peer-Netzwerke (P2P-Netze), Content-Delivery-Netzwerke (CDNs), VoIP-Netzwerke (Voice-over-IP-Netze) und viele mehr.

Auch das Internet der Dinge (IoT) oder das Software-Defined Networking (SDN) ist eine Form des Overlay-Networkings. In einem softwaredefinierten Netzwerk sind Hardware und Software entkoppelt. Die Steuerung des Netzwerks und die Datenweiterleitungsebene sind voneinander getrennt.

Die Merkmale eines Overlay Netzes

Ein Overlay Network ist durch folgende typische Merkmale gekennzeichnet:

• setzt auf der physischen Netzwerkinfrastruktur eines Underlay-Netzwerks auf

• Underlay und Overlay Network sind logisch voneinander entkoppelt

• bildet ein logisches, virtuelles Netzwerk unabhängig von der Topologie und physischen Infrastruktur des Underlay-Netzes

• Kommunikationsteilnehmer und Netzwerkknoten sind über virtuelle oder logische Verbindungen miteinander vernetzt

• eine logische oder virtuelle Verbindung kann über viele physische Hops und Netzwerkknoten des Underlay-Netzes hinweg realisiert sein

• Verkehrsflüsse sind unabhängig von der Infrastruktur des Underlay-Netzes definierbar und managebar

• im Overlay Network lassen sich fehlende Eigenschaften und Funktionalitäten des Underlay-Netzes realisieren

• Adressierung, Adressräume und Routingverfahren sind logisch unabhängig vom Underlay Network

• das Overlay Network arbeitet mit Tunneling und Datenkapselung und nutzt Protokolle höherer OSI-Ebenen

• im Overlay Network lassen sich logische Redundanzen realisieren

• das Overlay-Netzwerk kann eigene Broadcast- und Multicast-Mechanismen bereitstellen

Abgrenzung zwischen Overlay Network und Underlay Network

Das Overlay Network stellt Verbindungen zwischen Netzknoten und Netzteilnehmer auf einer logischen oder virtuellen Ebene her. Das Underlay Network stellt hierfür die physische Netzwerkinfrastruktur zur Verfügung. Es sorgt für die grundsätzliche Konnektivität und die Zustellung der Datenpakete an die Netzkomponenten und -teilnehmer. Das Overlay-Netzwerk nutzt die Datentransportleistungen des Underlay-Netzes und ist im OSI-Referenzmodell auf höheren Netzwerkebenen angesiedelt. Während das Underlay Network hardwareorientiert arbeitet, ist die Arbeitsweise des Overlay-Netzes eher softwareorientiert. Adressierung und Wegewahlverfahren sind im Underlay Network und Overlay Network unabhängig voneinander. Kommunikationspartner können im Overlay Network logisch direkt miteinander verbunden sein, obwohl sie im Underlay Network viele physische Hops voneinander getrennt liegen.

Einige typische Beispiele für Overlay-Netzwerke

Es existieren zahlreiche Beispiele für Overlay-Netzwerke. Fast alle heutigen Daten- und Kommunikationsnetze sind in Form von Overlay- und Underlay-Netzen realisiert. Das Internet war in seinen Anfängen ein Overlay-Netz auf Basis der Telefonnetze der Telekommunikationsnetzbetreiber. Mittlerweile hat sich das Bild etwas gewandelt. Das Internet selbst fungiert heute für viele Netzwerke als Underlay Network. Beispielsweise sind moderne Telefonnetze in Form von Voice-over-IP-Overlay-Netzen auf Basis des Internets als Underlay-Netz realisiert.

Weitere auf Basis des Internets realisierte Overlay-Netze sind zum Beispiel virtuelle private Netze (VPNs), Peer-to-Peer-Netzwerke (P2P-Netze), Internetfernsehen (IP-TV), das Tor-Netzwerk oder Content-Delivery-Netzwerke (CDNs). Auch das Internet der Dinge (IoT) oder Software-Defined Networking (SDN) ist eine Form des Overlay-Networkings. In einem SDN sind Hard- und Software konzeptionell voneinander entkoppelt und die Datenweiterleitungsebene von der Steuerungsebene getrennt. Prinzipiell kann jedes auf der physischen Netzwerkinfrastruktur aufbauende Netzwerk höherer OSI-Schichten als Overlay Network bezeichnet werden. So sind beispielsweise private IP-Netze von Unternehmen als Overlay-Netzwerke auf einer geswitchten Kupfer- oder Glasfaserinfrastruktur eines Underlay-Netzwerks realisiert.

Vorteile eines Overlay-Netzwerks

• ermöglicht die Realisierung von fehlende Eigenschaften und Funktionalitäten des Underlay-Netzes

• beseitigt Limitierungen des Underlay-Netzes

• verbessert die Flexibilität des Netzwerks, da es von der physischen Infrastruktur des Underlay-Netzes entkoppelt ist

• erlaubt den Einsatz einer eigenen Adressierung und vom Underlay-Netzwerk unabhängiger Routingverfahren

• erlaubt eine logische Verwaltung des Netzwerks

• verbessert durch Segmentierung und Zugriffsverwaltung die Sicherheit des Netzwerks

• schafft zusätzliche logische Redundanzen

Nachteile eines Overlay-Netzwerks

Als Nachteil lässt sich anführen, dass durch das Overlay Network eine zusätzliche Verwaltungsebene und eine höhere Komplexität entstehen. Im Fall eines Fehlers muss das Troubleshooting gegebenenfalls sowohl im Underlay- als auch im Overlay-Netz erfolgen. Unter Umständen sind verschiedene Tools und unterschiedliches Know-how und Protokollwissen notwendig.

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