伴隨著網絡技術的發展，數據中心的二層組網結構出現了階段性的架構變化，數據中心網絡分為了Underlay和Overlay兩個部分，網絡進入了Overlay虛擬化階段。那么Overlay網絡是如何形成的？與Underlay 有哪些區別？又試圖解決什么問題？

Underlay網絡

Underlay 網絡是負責傳遞數據包的物理網絡，由交換機和路由器等設備組成，借助以太網協議、路由協議和VLAN協議等驅動。Underlay的所有網絡組件都必須通過使用路由協議來確定 IP 連接。

 對Underlay 網絡而言，需要建立一個設計良好的L3，包括園區邊緣交換機等，以確保網絡的性能、可擴展性和高可用性。 

Underlay協議：BGP、OSPF、IS-IS、EIGRP。

Overlay網絡

Overlay 是使用網絡虛擬化在物理基礎設施之上建立連接的邏輯網絡。與UnderLay網絡相比，Overlay實現了控制平面與轉發平面的分離，這也是SDN的核心理念。 

VXLAN協議是目前最流行的Overlay網絡隧道協議之一，它是由IETF定義的NVO3（Network Virtualization over Layer 3）標準技術之一，采用L2 over L4（MAC-in-UDP）的報文封裝模式，將二層報文用三層協議進行封裝，可實現二層網絡在三層范圍內進行擴展，將“二層域”突破規模限制形成“大二層域”。

 通過OverLay技術，可以在對物理網絡不做任何改造的情況下，通過隧道技術在現有的物理網絡上創建了一個或多個邏輯網絡，有效解決物理數據中心存在的諸多問題，實現了數據中心的自動化和智能化。

 Overlay協議：VXLAN、NVGRE、GRE、OTV、OMP、mVPN 。

Underlay網絡的一些限制

傳統路由協議構建了路由前綴列表，每個路由條目都指向下一跳的 IP 地址。這意味著每個數據包都會根據路由表在網絡中逐跳轉發到目的地。這種逐跳路由行為有許多低效之處，例如：

(1) 網絡分段和網絡切片很難大規模實現：

• 在網絡中逐跳傳輸分段標簽需要 VRF、MPLS 和 MP-BGP 之間進行復雜的控制平面交互。
• 網絡切片和多租戶無法實現。

(2) 多路徑轉發繁瑣，無法融合多個底層網絡來實現負載均衡。

(3) 服務鏈無法有效擴展，因為它需要在多個設備上進行手動配置。

(4) 互聯網不能保證私密通信的安全要求。

Underlay網絡存在著以上諸多限制，而Overlay帶來了Underlay無法提供的靈活性。那么Overlay網絡又是如何形成的呢？

Overlay網絡是如何形成的？

Overlay是基于軟件的，不依賴于傳輸，它就像物理網絡之上的虛擬網絡。

 Overlay網絡的一個典型例子是Internet VPN ，它在Internet上構建了一個虛擬的封閉網絡。通過使用IPsec等協議構建虛擬網絡，使私有 IP 地址的通信成為可能。此外，SDN和SD-WAN也采用了Overlay網絡的概念。 

但是，要在 SD-WAN 中構建Overlay，需要一個特殊 CPE，稱為 SD-WAN 邊緣設備。

下面以SD-WAN邊緣設備建立GRE隧道為例進行說明。相互連接的SD-WAN邊緣設備之間建立隧道，數據包準備傳輸出去時，設備為數據包添加新的IP頭部和隧道頭部，并將內部IP頭與MPLS域隔離，MPLS轉發基于外部IP頭進行。 

一旦數據包到達其目的地，SD-WAN 邊緣設備將刪除外部 IP 標頭和隧道標頭，得到的是原始 IP 數據包。在整個過程中，Overlay網絡感知不到Underlay網絡。 

同樣的過程也可以用于Internet Underlay，但需要使用IPSec進行加密。 

Overlay網絡如何解決問題？

(1) 使用加密技術可以保護私密流量在互聯網上的通信。 

2) 流量傳輸不依賴特定線路。Overlay網絡使用隧道技術，可以靈活選擇不同的底層鏈路，使用多種方式保證流量的穩定傳輸。

(3) 支持多路徑轉發。在Overlay網絡中，流量從源傳輸到目的可通過多條路徑，從而實現負載分擔，最大化利用線路的帶寬。

4() 支持網絡切片與網絡分段。將不同的業務分割開來，可以實現網絡資源的最優分配。

Overlay vs Underlay總結

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