Overlay 网络和Underlay 网络作为两种不同层次的网络架构，在数据中心和云计算环境中各自扮演重要角色。以下是它们的详细定义、协议列表以及功能特点：
1. Overlay 网络
定义：Overlay 网络是建立在 Underlay 网络之上的虚拟网络，通过隧道封装等技术，虚拟化和抽象底层物理连接，实现逻辑上的网络结构。Overlay 网络的作用是将数据流量在不同的虚拟网络间隔离，并允许跨越多个物理网络，达到灵活的网络分段和安全隔离的目的。
常见协议：
- VXLAN（Virtual Extensible LAN）：使用 UDP 端口封装数据包，扩展了 VLAN ID 的数量限制，支持多租户隔离。
- GRE（Generic Routing Encapsulation）：一种通用封装协议，可用于在任意两个 IP 地址之间创建隧道。
- NVGRE（Network Virtualization using GRE）：微软提出的使用 GRE 封装的数据中心虚拟化协议，用于多租户隔离。
- MPLS L3VPN/L2VPN（Multi-Protocol Label Switching）：用于建立隧道，常见于运营商网络中。
- STT（Stateless Transport Tunneling）：通过将隧道封装到 TCP 数据流，提供负载均衡和网络隔离。
- Geneve（Generic Network Virtualization Encapsulation）：一种泛化的网络虚拟化封装协议，允许更强的可扩展性。
- LISP（Locator/ID Separation Protocol）：分离终端节点标识和位置，提供灵活的移动性管理。
- IPsec VPN（Internet Protocol Security Virtual Private Network）：通过 IPsec 协议创建加密隧道，确保数据的安全传输。
- WireGuard：一种现代的 VPN 协议，提供快速和轻量的加密隧道。
Overlay 网络的主要功能：
- 多租户隔离：支持多租户环境，便于分隔不同租户的网络流量。
- 跨域网络连接：支持跨数据中心的网络连接，灵活配置网络拓扑。
- 虚拟机迁移：支持虚拟机在数据中心内的无缝迁移，保持 IP 地址不变。
- 网络隔离与安全性：通过虚拟化技术隔离不同应用的网络流量，提高安全性。
2. Underlay 网络
定义：Underlay 网络是 Overlay 网络依赖的底层物理网络，主要由物理设备（如路由器、交换机）组成，负责在数据中心、企业或广域网环境中传输数据。它提供了数据包的真实传输路径，并保证了传输质量和带宽。
常见协议：
- IP（Internet Protocol）：支持基本的数据包传输和路由，是所有网络协议的基础。
- OSPF（Open Shortest Path First）：基于链路状态的动态路由协议，常用于企业网和数据中心。
- BGP（Border Gateway Protocol）：主要用于跨域和跨自治系统的路由，是 Internet 的主干协议。
- MPLS（Multi-Protocol Label Switching）：用于流量工程，提供高效的数据包传递机制，常用于运营商网络。
- ISIS（Intermediate System to Intermediate System）：一种链路状态路由协议，广泛用于运营商网络。
- Ethernet（以太网协议）：在局域网中广泛使用的物理和数据链路层协议。
- LLDP（Link Layer Discovery Protocol）：邻居发现协议，用于交换设备间信息。
- CDP（Cisco Discovery Protocol）：Cisco 提供的邻居发现协议，用于交换设备和接口信息。
- ARP（Address Resolution Protocol）：地址解析协议，将 IP 地址解析为 MAC 地址。
- ICMP（Internet Control Message Protocol）：支持诊断（如 ping）和网络状态信息。
Underlay 网络的主要功能：
- 路由：通过动态和静态路由协议，负责数据在不同网络设备之间的传输。
- QoS（服务质量）：控制流量优先级和带宽分配，保证关键应用的数据传输。
- 流量工程：通过流量优化和路径选择，提升网络传输效率和稳定性。
- 基础连接：为 Overlay 网络提供底层的物理或虚拟传输链路。
Overlay 与 Underlay 的关系与区别
- 依赖关系：Overlay 网络依赖于 Underlay 网络提供物理链路和数据传输支持，二者相辅相成。
- 虚拟化和物理化：Overlay 网络实现了逻辑上的虚拟化，而 Underlay 网络则负责实际的物理连接和数据传输。
- 隔离性：Overlay 网络提供多租户隔离和虚拟化支持，而 Underlay 网络更关注传输效率和设备间的基础连接。