Definition Was ist ein Underlay Network?

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Ein Underlay Network stellt die physische Netzwerkinfrastruktur für ein oder mehrere Overlay-Netze zur Verfügung. Während das Underlay Network für die grundlegende Konnektivität und die Zustellung der Datenpakete verantwortlich ist, sind im Overlay Network logische oder virtuelle Verbindungen der Netzwerkteilnehmer und -komponenten realisiert. Funktionalitäten, Routingverfahren, Adressräume und Netzwerkstruktur der Underlay- und Overlay-Netze können unterschiedlich sein.

Als Underlay Network bezeichnet man die physische Netzwerkinfrastruktur, auf der sich ein oder mehrere logisch überlagernde Netzwerke (Overlay-Netzwerke) einrichten lassen. Während das Underlay-Netzwerk für die Zustellung der Datenpakete und die grundlegende Konnektivität der Netzkomponenten und Netzteilnehmer sorgt, sind im Overlay-Netzwerk logische oder virtuelle Verbindungen auf einer höheren Netzwerkebene realisiert.

Definition

Was ist das OSI-Modell?

Die im Underlay Network verwendeten Protokolle sind im OSI-Schichtenmodell in der Regel unterhalb der Protokolle des Overlay-Netzes angesiedelt. Das Overlay-Netz nutzt die vom Underlay Network bereitgestellten Konnektivitätsservices und Netzwerkinfrastrukturen für die Realisierung abweichender logischer Topologien oder dem Underlay-Netz fehlende Funktionalitäten.

Routingverfahren, Adressräume und Netzwerkstruktur des Underlay Networks und des Overlay Networks können sich unterscheiden. Typisches Beispiel für ein auf Basis eines Underlay-Netzes realisiertes Overlay-Netzwerk ist ein Peer-to-Peer-Netz (P2P-Netz). In einem P2P-Netz sind die Peers über die vom Underlay Network bereitgestellte physische Netzwerkinfrastruktur logisch direkt miteinander verbunden. Hierfür muss im Underlay Network kein direkter physischer Link zwischen den Peers vorhanden sein.

Das Overlay Network entkoppelt die physische Infrastruktur von der logischen Verbindungsebene und stellt logische beziehungsweise virtuelle Verbindungen über beliebig viele physische Hops her. Auch das Internet ist aus der Überlagerung von Underlay- und Overlay-Netzen entstanden. In seinen Anfängen war das Internet ein Overlay-Netz auf dem Underlay Network bestehender Telefonnetze verschiedener nationaler und internationaler Telefonnetzbetreiber.

Die typischen Merkmale eines Underlay Networks

Die typischen Merkmale eines Underlay Networks lassen sich stichpunktartig folgendermaßen zusammenfassen:

• liefert die physische Netzwerkinfrastruktur für ein oder mehrere überlagernde logische Overlay-Netze

• ist für die Zustellung der Datenpakete und die grundlegende Konnektivität der Netzkomponenten und Netzteilnehmer verantwortlich

• ist im Vergleich zum Overlay Network auf niedrigeren Schichten des OSI-Referenzmodells angesiedelt und arbeitet näher an der Hardware

• agiert für das Overlay Network als eine Art Dienstleister für Netzwerk- und Konnektivitätsservices

• ist optimiert für hohen Datendurchsatz und niedrige Latenzzeiten

Einige Beispiele für das Zusammenspiel von Underlay Network und Overlay Network

Das Internet ist als Overlay Network auf Basis des Underlay-Netzes bestehender Telefonnetze nationaler und internationaler Telefonnetzbetreiber entstanden. Während die Telefonnetze die physikalische Konnektivität bereitstellten, führte das Internet auf der Verbindungsebene IP-Adressen ein und sorgte auf höherer OSI-Ebene für die logische IP-Konnektivität.

Heute fungiert das Internet selbst als Underlay Network und physische Infrastrukturbasis für viele Overlay-Netze. Mittlerweile sind zum Beispiel fast alle modernen Telefonnetze in Form von Voice-over-IP-Netzen (VoIP-Netzen) als Overlay-Netze auf dem Internet als Underlay realisiert. Auch andere Overlay-Netze wie das TOR-Netzwerk, virtuelle private Netze (VPNs), P2P-Netze (Peer-to-Peer-Netze), Content-Delivery-Netze (CDNs), IPTV (Internetfernsehen) oder das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) nutzen die Grundkonnektivität des Internets als Underlay Network.

Prinzipiell ist jedes auf einer physischen Underlay-Netzwerkinfrastruktur aufbauende logische Netzwerk einer höheren OSI-Schicht als Overlay-Netzwerk darstellbar. Moderne IP-basierte Unternehmensnetzwerke sind als Overlay-Netzwerke auf Underlay-Netzen einer glasfaser- oder kupferbasierten Switching-Netzwerkinfrastruktur realisiert.

Auch das Konzept des so genannten Software-Defined Networkings (SDN) lässt sich als Kombination aus Underlay- und Overlay-Netzwerken darstellen. In einem Software-Defined Network sind Hard- und Software voneinander entkoppelt und die Datenweiterleitungsebene von der Netzwerksteuerungsebene getrennt.

Die wichtigsten Unterschiede zwischen Underlay Network und Overlay Network

Zur besseren Abgrenzung von Underlay Network und Overlay Network im Folgenden ein kurze, stichpunktartige Gegenüberstellung typischer Unterschiede:

• Das Underlay Network stellt die physische Infrastruktur zur Verfügung. Das Overlay Network nutzt diese als Konnektivitätsservice und sorgt für die Vernetzung der Netzteilnehmer auf logischer oder virtueller Ebene.

• Während das Underlay-Netzwerk mehr hardwareorientiert arbeitet, ist die Arbeitsweise des Overlay-Netzwerks eher softwareorientiert.

• Im Overlay Network lassen sich Netzwerkfunktionalitäten realisieren, die dem Underlay Network fehlen.

• Adressierung, Wegeauswahl und Topologie sind im Overlay Network logisch unabhängig vom Underlay Network.

• Typische Protokolle des Underlay Networks sind Ethernet-Switching-, Routing- und VLAN-Protokolle. Typische Overlay-Protokolle sind VXLAN (Virtual Extensible LAN), VPLS (Virtual Private LAN Service), NVO3 (Network Virtualization Overlays), OTV (Overlay Transport Virtualization) oder NVGRE (Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation) und andere.

• Die Skalierbarkeit des Underlay Networks ist maßgeblich durch Hardwarelimitierungen gekennzeichnet. Das Overlay Network kann viele dieser Limitierung auf logischer oder virtueller Ebene umgehen. Erweiterungen und neue Funktionalitäten lassen sich in Software und ohne die Notwendigkeit von Hardwareinstallationen realisieren.

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