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Overlay网络是如何形成的?
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数据中心网络分为了Underlay和Overlay两个部分,网络进入了Overlay虚拟化阶段。那么Overlay网络是如何形成的?与Underlay 有哪些区别?又试图解决什么问题?

伴随着网络技术的发展,数据中心的二层组网结构出现了阶段性的架构变化,数据中心网络分为了Underlay和Overlay两个部分,网络进入了Overlay虚拟化阶段。那么Overlay网络是如何形成的?与Underlay 有哪些区别?又试图解决什么问题?

Underlay网络

Underlay 网络是负责传递数据包的物理网络,由交换机和路由器等设备组成,借助以太网协议、路由协议和VLAN协议等驱动。Underlay的所有网络组件都必须通过使用路由协议来确定 IP 连接。

 对Underlay 网络而言,需要建立一个设计良好的L3,包括园区边缘交换机等,以确保网络的性能、可扩展性和高可用性。 

Underlay协议:BGP、OSPF、IS-IS、EIGRP。

Overlay网络

Overlay 是使用网络虚拟化在物理基础设施之上建立连接的逻辑网络。与UnderLay网络相比,Overlay实现了控制平面与转发平面的分离,这也是SDN的核心理念。 

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VXLAN协议是目前最流行的Overlay网络隧道协议之一,它是由IETF定义的NVO3(Network Virtualization over Layer 3)标准技术之一,采用L2 over L4(MAC-in-UDP)的报文封装模式,将二层报文用三层协议进行封装,可实现二层网络在三层范围内进行扩展,将“二层域”突破规模限制形成“大二层域”。

 通过OverLay技术,可以在对物理网络不做任何改造的情况下,通过隧道技术在现有的物理网络上创建了一个或多个逻辑网络,有效解决物理数据中心存在的诸多问题,实现了数据中心的自动化和智能化。

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

Underlay网络的一些限制

传统路由协议构建了路由前缀列表,每个路由条目都指向下一跳的 IP 地址。这意味着每个数据包都会根据路由表在网络中逐跳转发到目的地。这种逐跳路由行为有许多低效之处,例如:

(1) 网络分段和网络切片很难大规模实现:

  • 在网络中逐跳传输分段标签需要 VRF、MPLS 和 MP-BGP 之间进行复杂的控制平面交互。
  • 网络切片和多租户无法实现。

(2) 多路径转发繁琐,无法融合多个底层网络来实现负载均衡。

(3) 服务链无法有效扩展,因为它需要在多个设备上进行手动配置。

(4) 互联网不能保证私密通信的安全要求。

Underlay网络存在着以上诸多限制,而Overlay带来了Underlay无法提供的灵活性。那么Overlay网络又是如何形成的呢?

Overlay网络是如何形成的?

Overlay是基于软件的,不依赖于传输,它就像物理网络之上的虚拟网络。

 Overlay网络的一个典型例子是Internet VPN ,它在Internet上构建了一个虚拟的封闭网络。通过使用IPsec等协议构建虚拟网络,使私有 IP 地址的通信成为可能。此外,SDN和SD-WAN也采用了Overlay网络的概念。 

但是,要在 SD-WAN 中构建Overlay,需要一个特殊 CPE,称为 SD-WAN 边缘设备。

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下面以SD-WAN边缘设备建立GRE隧道为例进行说明。相互连接的SD-WAN边缘设备之间建立隧道,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,并将内部IP头与MPLS域隔离,MPLS转发基于外部IP头进行。 

一旦数据包到达其目的地,SD-WAN 边缘设备将删除外部 IP 标头和隧道标头,得到的是原始 IP 数据包。在整个过程中,Overlay网络感知不到Underlay网络。 

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同样的过程也可以用于Internet Underlay,但需要使用IPSec进行加密。 

Overlay网络如何解决问题?

(1) 使用加密技术可以保护私密流量在互联网上的通信。 

2) 流量传输不依赖特定线路。Overlay网络使用隧道技术,可以灵活选择不同的底层链路,使用多种方式保证流量的稳定传输。

(3) 支持多路径转发。在Overlay网络中,流量从源传输到目的可通过多条路径,从而实现负载分担,最大化利用线路的带宽。

4() 支持网络切片与网络分段。将不同的业务分割开来,可以实现网络资源的最优分配。

Overlay vs Underlay总结

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责任编辑:赵宁宁 来源: SDNLAB

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