overlay网络和underlay网络是一组相对概念,overlay网络是建立在underlay网络上的逻辑网络。而为什么需要建立overlay网络,就要从底层的underlay网络的概念以及局限讲起。
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。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。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。
overlay网络和underlay网络是一组相对概念,overlay网络是建立在underlay网络上的逻辑网络。而为什么需要建立overlay网络,就要从底层的underlay网络的概念以及局限讲起。
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。
典型的underlay网络
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:
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。
overlay网络拓扑
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网络有着各种网络协议和标准,包括vxlan、nvgre、sst、gre、nvo3、evpn等。
随着sdn技术的引入,加入了控制器的overlay网络,有着如下的优点:
overlay网络在sd-wan、数据中心两大解决方案中被广泛应用,由于其底层underlay网络的架构也不尽相同,使得overlay网络的拓扑存在不同的形式。
随着数据中心架构演进,现在数据中心多采用spine-leaf架构构建underlay网络,通过vxlan技术构建互联的overlay网络,业务报文运行在vxlan overlay网络上,与物理承载网络解耦。
数据中心的overlay网络
leaf与spine全连接,等价多路径提高了网络的可用性。
leaf节点作为网络功能接入节点,提供underlay网络中各种网络设备接入vxlan网络功能,同时也作为overlay网络的边缘设备承担vtep(vxlan tunnel endpoint)的角色。
spine节点即骨干节点,是数据中心网络的核心节点,提供高速ip转发功能,通过高速接口连接各个功能leaf节点。
sd-wan的underlay网络基于广域网,通过混合链路的方式达成总部站点、分支站点、云网站点之间的互联。通过搭建overlay网络的逻辑拓扑,完成不同场景下的互联需求。
图1-5 sd-wan的overlay网络(以hub-spoke为例)
sd-wan的网络主要由cpe设备构成,其中cpe又分为edge和gw两种类型。
根据企业网络规模、中心站点数量、站点间互访需求可以搭建出多个不同类型的overlay网络。
overlay网络和underlay网络的区别如下所示:
表1-1 underlay网络 vs overlay网络