通俗理解Overlay和Underlay网络通信技术

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Overlay网络是通过网络虚拟化技术，在同一张Underlay网络上构建出的一张或者多张虚拟的逻辑网络。Overlay技术通常使用隧道技术来实现虚拟网络的连通性。通过将数据包封装在隧道中，可以在底层网络中传输，从而实现了虚拟网络的逻辑连接。不同的Overlay网络虽然共享Underlay网络中的设备和线路，但是Overlay网络中的业务与Underlay网络中的物理组网和互联技术相互解耦（换句话说：Overlay技术构建的虚拟网络与底层物理网络是独立的，不依赖于底层网络的特定技术和配置）这使得虚拟网络的构建和管理更加灵活和方便。Overlay网络的多实例化，既可以服务于同一租户的不同业务（如多个部门），也可以服务于不同租户，是SD-WAN以及数据中心等解决方案使用的核心组网技术。

一、Underlay网络

Underlay网络正如其名，是Overlay网络的底层物理基础。

如下图所示，Underlay网络可以是由多个类型设备互联而成的物理网络，负责网络之间的数据包传输。

在Underlay网络中，互联的设备可以是各类型交换机、路由器、负载均衡设备、防火墙等，但网络的各个设备之间必须通过路由协议来确保之间IP的连通性。

Underlay网络可以是二层也可以是三层网络。其中二层网络通常应用于以太网，通过VLAN进行划分。三层网络的典型应用就是互联网，其在同一个自治域使用OSPF、IS-IS等协议进行路由控制，在各个自治域之间则采用BGP等协议进行路由传递与互联。随着技术的进步，也出现了使用MPLS这种介于二三层的WAN技术搭建的Underlay网络。

然而传统的网络设备对数据包的转发都基于硬件，其构建而成的Underlay网络也产生了如下的问题：

• 由于硬件根据目的IP地址进行数据包的转发，所以传输的路径依赖十分严重。
• 新增或变更业务需要对现有底层网络连接进行修改，重新配置耗时严重。
• 互联网不能保证私密通信的安全要求。
• 网络切片和网络分段实现复杂，无法做到网络资源的按需分配。
• 多路径转发繁琐，无法融合多个底层网络来实现负载均衡。

二、Overlay网络

为了摆脱Underlay网络的种种限制，现在多采用网络虚拟化技术在Underlay网络之上创建虚拟的Overlay网络。

在Overlay网络中，设备之间可以通过逻辑链路，按照需求完成互联形成Overlay拓扑。

相互连接的Overlay设备之间建立隧道，数据包准备传输出去时，设备为数据包添加新的IP头部和隧道头部，并且被屏蔽掉内层的IP头部，数据包根据新的IP头部进行转发。当数据包传递到另一个设备后，外部的IP报头和隧道头将被丢弃，得到原始的数据包，在这个过程中Overlay网络并不感知Underlay网络。

Overlay技术可以为企业和运营商提供灵活、高效、可扩展的网络解决方案，可以满足各种不同的业务需求。