近幾年，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的普及，部署大量虛擬機(jī)成為一種必然趨勢。不過，虛擬機(jī)需要在網(wǎng)絡(luò)中無限制地遷移到目的物理位置，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中幾乎無法滿足，這樣虛擬機(jī)在遷移范圍上要受到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)限制，在規(guī)模上要受網(wǎng)絡(luò)規(guī)格限制，網(wǎng)絡(luò)隔離和分離能力也制約著虛擬機(jī)的大批量部署，解決這些虛擬機(jī)遷移問題理想的方案是在傳統(tǒng)單層網(wǎng)絡(luò)（Underlay）基礎(chǔ)上疊加（Overlay）一層邏輯網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)分成兩個組成部分。在 Underlay網(wǎng)絡(luò)中，所有的轉(zhuǎn)發(fā)行為都由控制器決定，控制器通過OpenFlow協(xié)議或者定制的BGP協(xié)議將轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)發(fā)器僅僅執(zhí)行動作，沒有單獨(dú)的控制面；而在Overlay網(wǎng)絡(luò)中，這種網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)器一般都是傳統(tǒng)設(shè)備，不支持OpenFlow，或者私有定制協(xié)議不能部署，這時就要用到隧道技術(shù)。基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)還是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)形式，通過路由協(xié)議打通各個節(jié)點(diǎn)，但是在服務(wù)器接入點(diǎn)，采用隧道技術(shù)將數(shù)據(jù)報文進(jìn)行封裝或者解封裝。對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說見到的就是普通的數(shù)據(jù)報文，轉(zhuǎn)發(fā)即可。隧道技術(shù)實(shí)際上就是報文的馬甲，迷惑網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，讓設(shè)備以為是自己人，實(shí)際上在外表以下還有一個真實(shí)轉(zhuǎn)發(fā)的內(nèi)容。

Underlay網(wǎng)絡(luò)

以太網(wǎng)從最開始設(shè)計(jì)出來就是一個分布式網(wǎng)絡(luò)，沒有中心的控制節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)路中的各個設(shè)備之間通過協(xié)議傳遞的方式學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)信息，由每臺設(shè)備自己決定要如何轉(zhuǎn)發(fā)，這直接導(dǎo)致了沒有整體觀念，不能從整個網(wǎng)絡(luò)的角度對流量進(jìn)行調(diào)控。由于要完成所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互通，就必須使用通用的語言，這就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，RFC就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的法律，相當(dāng)于國際法，各個設(shè)備供應(yīng)商遵從國際法行事，就基本保證了整個網(wǎng)絡(luò)世界的正常運(yùn)行。Underlay就是當(dāng)前數(shù)據(jù)中心網(wǎng)路基礎(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，只要數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)上任意兩點(diǎn)路由可達(dá)即可，指的是物理基礎(chǔ)層。我們可以通過物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本身的技術(shù)改良、擴(kuò)大設(shè)備數(shù)量、帶寬規(guī)模等完善Underlay網(wǎng)絡(luò)，其包含了一切現(xiàn)有的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

Overlay網(wǎng)絡(luò)

Overlay在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，是一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上疊加的虛擬化技術(shù)模式，其大體框架是對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)不進(jìn)行大規(guī)模修改的條件下，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上的承載，并能與其它網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分離。它是建立在已有網(wǎng)絡(luò)上的虛擬網(wǎng)，用邏輯節(jié)點(diǎn)和邏輯鏈路構(gòu)成了Overlay網(wǎng)絡(luò)。Overlay網(wǎng)絡(luò)是具有獨(dú)立的控制和轉(zhuǎn)發(fā)平面，對于連接在Overlay邊緣設(shè)備之外的終端系統(tǒng)來說，物理網(wǎng)絡(luò)是透明的。通過部署Overlay網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)向云和虛擬化的深度延伸，使云資源池化能力可以擺脫物理網(wǎng)絡(luò)的重重限制，是實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)融合的關(guān)鍵。Overlay網(wǎng)絡(luò)也是一個網(wǎng)絡(luò)，不過是建立在Underlay網(wǎng)絡(luò)之上的網(wǎng)絡(luò)。Overlay網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通過虛擬的或邏輯的鏈接進(jìn)行通信，每一個虛擬的或邏輯的鏈接對應(yīng)于Underlay網(wǎng)絡(luò)的一條路徑（Path），由多個前后銜接的鏈接組成。

Overlay技術(shù)可以分為網(wǎng)絡(luò)Overlay，主機(jī)Overlay和混合式Overlay三大類。網(wǎng)絡(luò)Overlay是指通過控制協(xié)議對邊緣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和擴(kuò)展，也就是本文所講的Overlay網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。Overlay網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多種多樣，一般采用TRILL、VxLan、GRE、NVGRE等隧道技術(shù)。TRILL（Transparent Interconnection of Lots of Links）技術(shù)是電信設(shè)備廠商主推的新型環(huán)網(wǎng)技術(shù)；NVGRE（Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation）和STT（Stateless Transport Tunneling Protocol）是IT廠商主推的Overlay技術(shù)；以及大家非常熟悉的VXLAN（Virtual eXtensible LAN）等基于隧道的封裝技術(shù)。由于這些也都是新增的協(xié)議，均需要升級現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能支持。Overlay網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用部署的位置將不受限制，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可即插即用、自動配置下發(fā)，自動運(yùn)行，Overlay網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)變化，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)不感知，并對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改造極少，最為重要的是虛擬機(jī)和物理服務(wù)器都可以接入Overlay網(wǎng)絡(luò)中。

Overlay網(wǎng)絡(luò)和Underlay網(wǎng)絡(luò)是相互獨(dú)立的，Overlay網(wǎng)絡(luò)使用Underlay網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對點(diǎn)傳遞報文，而報文如何傳遞到Overlay網(wǎng)絡(luò)的目的節(jié)點(diǎn)完全取決于Underlay網(wǎng)絡(luò)的控制平面和數(shù)據(jù)平面，報文在Overlay網(wǎng)絡(luò)入和出節(jié)點(diǎn)的處理（如丟棄，轉(zhuǎn)發(fā)）則完全由Overlay網(wǎng)絡(luò)的封裝協(xié)議來決定。既然是隧道技術(shù)，就需要在原有報文的基礎(chǔ)增加一些報文頭，這無疑會增加網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)負(fù)擔(dān)，要多傳遞一些“無用”字節(jié)報文，會降低網(wǎng)路性能，Underlay方式才是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的終極形式。還有Overlay網(wǎng)絡(luò)并沒有完全的與物理網(wǎng)絡(luò)解耦合，仍然需要在服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上做大量的人工配置，Overlay網(wǎng)絡(luò)的部署在可維護(hù)性上不是減少，反而是增加了運(yùn)維的負(fù)擔(dān)。Overlay網(wǎng)絡(luò)和Underlay網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上并不是什么新鮮概念，比如在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，L3VPN、靈活QINQ、MACinMAC等功能都是隧道技術(shù)，這些協(xié)議的作用和Overlay的實(shí)現(xiàn)作用非常類似，只不過Overlay所用到的新協(xié)議考慮更多的是虛擬機(jī)遷移、移動性，新協(xié)議定義內(nèi)容更加豐富和合理而已。Overlay網(wǎng)絡(luò)技術(shù)充分考慮到了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實(shí)問題，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)很難一下子切換到SDN網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)完全由控制器和Underlay網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，轉(zhuǎn)發(fā)平面與控制平面完全解耦。Overlay網(wǎng)絡(luò)就可以充分利用現(xiàn)有的物理網(wǎng)絡(luò)，完全虛擬出一張邏輯網(wǎng)絡(luò)，這樣完全可以滿足虛擬機(jī)在網(wǎng)絡(luò)里任意遷移的目的，又不會浪費(fèi)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，是在SDN網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間做出的一種折衷方案，網(wǎng)絡(luò)的未來必要還是Underlay加控制器的方案。

將數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)分為Underlay和Overlay兩個部分，是在數(shù)據(jù)中心虛擬化的大背景下產(chǎn)生的，雖然目前Overlay網(wǎng)絡(luò)更為重要，但是也需要Underlay網(wǎng)絡(luò)，而且Underlay網(wǎng)絡(luò)必不可少，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，兩種網(wǎng)絡(luò)形式將長期并存。隨著SDN技術(shù)的成熟，Overlay網(wǎng)絡(luò)也許會慢慢退出歷史舞臺，完全由控制器接管網(wǎng)絡(luò)。