Estado Del Arte Sobre SDN y FNV

Estado del Arte sobre SDN y NFV 

Resumen—Este texto propone el resultado de una investigación científica que ilustra el estado del arte de nuevos esfuerzos en el desarrollo de redes de comunicación, en donde se sintetizaran los principales hallazgos y se explicara las nuevas tendencias de diseño e implementación de redes de computadores basadas en conceptos de redes definidas por software (SDN) y virtualización de funciones de red (NFV). Índice de Términos — Estado del Arte: El estado del arte es una modalidad de la investigación documental que permite el estudio del conocimiento acumulado (escrito en textos) dentro de un área específica. 1. INTRODUCCIÓN a aparición de nuevas tecnologías informáticas como el uso de la nube, virtualización de hardware, redes definidas por software y en la actualidad la virtualización de funciones de red, intenta edificar nuevas posibilidades para la gestión de recursos físicos o lógicos de la infraestructura de red generando así un impacto positivo a nivel de costo y agilidad además de permitir la innovación y apertura de nuevos negocios. [2]

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2. SDN (Software Define Networking). 2.1. Que Es SDN? La separación física del plano de control de red desde el plano de reenvío, y donde un plano de control controla varios dispositivos.

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SDN (Software Define Networking) o en español; las Redes Definidas por Software, es una arquitectura emergente que es dinámica, manejable, rentable, y adaptable, por lo que es

ideal para un gran ancho de banda, naturaleza dinámica de las aplicaciones de hoy en día. Esta arquitectura desacopla el control de la red y las funciones de reenvío que permiten el control de la red para convertirse directamente programables y la infraestructura fundamental a extraerse para aplicaciones y servicios de red. El protocolo OpenFlow® es un elemento fundamental para la construcción de soluciones SDN Directamente programables: El control de red se puede programar directamente porque está desacoplada de las funciones de reenvió. Ágil: Haciendo abstracción de control de desvío, permite que los administradores ajusten dinámicamente el flujo de tráfico del ancho de red para satisfacer las necesidades cambiantes. Administración centralizada: La inteligencia de red es (lógicamente) centralizada en controladores basados en software SDN que mantienen una visión global de la red, que apunta a aplicaciones y motores de políticas como un solo conmutador lógico. Configurado mediante programación: SDN permite a los administradores de red configurar, administrar, proteger y optimizar los recursos de red muy rápidamente a través de los programas de SDN dinámicos, automatizados, los cuales pueden agregarse ellos mismos porque los programas no dependen de software propietario. Basados en estándares abiertos y proveedor neutral: Cuando se implementa a través de estándares abiertos, SDN simplifica el diseño y operación de la red porque las instrucciones son proporcionadas por los controladores SDN en lugar de múltiples dispositivos, específicos del proveedor y protocolos.

2.1.1. Redes Definidas Por Software

Las redes definidas por software (SDN) son una manera de abordar la creación de redes en la cual el control se desprende del hardware y se le da a una aplicación de software llamada controlador. Cuando un paquete llega a un conmutador en una red convencional, las reglas integradas al firmware propietario del conmutador le dicen al conmutador adónde transferir el paquete. El conmutador envía cada paquete al mismo destino por la misma trayectoria – y trata a todos los paquete de la exacta misma manera. En la empresa, los conmutadores inteligentes diseñados con circuitos integrados de aplicación específica (ASICs, por sus siglas en inglés) son lo suficientemente sofisticados para reconocer diferentes tipos de paquetes y tratarlos de forma diferente, pero estos conmutadores pueden ser bastante costosos. En una red definida por software, un administrador de red puede darle forma al tráfico desde una consola de control centralizada sin tener que tocar conmutadores individuales. El administrador puede cambiar cualquier regla de los conmutadores de red cuando sea necesario – dando o quitando prioridad, o hasta bloqueando tipos específicos de paquetes con un nivel de control muy detallado. Eso es especialmente útil en una arquitectura de múltiples arrendatario (multitenant architecture) de computación en nube porque permite al administrador manejar cargas de tráfico de manera flexible y más

eficiente. Esencialmente, esto permite al administrado usar menos conmutadores pequeños y costosos y tener más control que nunca sobre el flujo del tráfico de red. A la SDN se les refiere a veces como la “asesina de Cisco” porque permite a los ingenieros de redes soportar un tejido de conmutación a través de hardware de múltiples vendedores y circuitos integrados de aplicación específica. Actualmente, la especificación más popular para crear un red definida por software es un estándar abierto llamado OpenFlow. OpenFlow permite a los administradores de red controlar tablas de enrutamiento de forma remota. 2.2. (SDN) Transformar Mediante La Innovación Las redes definidas por software (SDN) permiten a las organizaciones acelerar la implementación y la distribución de aplicaciones reduciendo drásticamente los costos de TI mediante la automatización del flujo de trabajo basada en políticas. La tecnología SDN habilita arquitecturas de nube mediante distribución y movilidad de aplicaciones de manera automatizada, a pedido y a escala. Las SDN incrementan los beneficios de la virtualización del centro de datos, ya que aumentan la flexibilidad y la utilización de recursos y reducen los gastos generales y los costos de infraestructura. Para lograr estos objetivos empresariales, las SDN convergen la administración de los servicios de red y aplicaciones en plataformas de coordinación centralizadas y ampliables que pueden automatizar el aprovisionamiento y la configuración de toda la infraestructura. Políticas de TI centralizadas comunes unifican grupos y flujos de trabajo de TI dispares. El resultado es una infraestructura moderna que

puede distribuir nuevas aplicaciones y servicios en minutos, en vez de días o semanas como antes. Las SDN proporcionan velocidad y agilidad al implementar nuevas aplicaciones y servicios empresariales. La flexibilidad, las políticas y la programabilidad son las señas de identidad de las soluciones SDN de Cisco, con una plataforma capaz de manejar las necesidades más exigentes de la red, tanto presentes como futuras. Fuente: CISCO 2.3. Explicación Técnica: Software Defined Networking (SDN) “ La definición de SDN que esta surgiendo actualmente se centra menos en el desacoplamiento y mas en proporcionar interfaces de programación en el equipo de red, haya o no una separación de planos de control y reenvió. Una razón secundaria para este cambio de enfoque se debe a que Cisco anuncio recientemente que como parte de su oferta de SDN, proporcionara API en las múltiples plataformas que ellos proporcionan. Este solo no es un enfoque de Cisco, ya que otros fabricantes, incluyendo Arista, Extreme y Juniper, actualmente proporcionan acceso directo a sus productos. Una ventaja de este enfoque es que permite el acceso muy detallado y el control de los elementos de red; sin embargo, no proporciona un punto central de control y es especifico del proveedor. Mientras que algunos vendedores de servicios de red pueden adoptar este enfoque en el corto plazo, es poco probable que ganen muchos adeptos en el mercado empresarial dentro del futuro previsible. Una razón mas poderosa para el cambio de enfoque de la definición de SDN es que si SDN se ve como proveedor de interfaces de programación en equipos de red, entonces su

valor es mucho mas amplio. Visto de esta manera, SDN permite que las organizaciones de TI reemplacen una interface manual de los equipos de red, con una interface de programación que pueda permitir la automatización de tareas como la configuración y administración de políticas y también pueda habilitar la red para responder dinámicamente a los requerimientos de la aplicación. Con una definición mas común de SDN, el control global de la red se consigue mediante la centralización lógica de la función de plano control, y la organización de operaciones de red puede hacer frente a un grupo de dispositivos de red como una sola entidad. Con un SDN, los flujos de red se controlan en el nivel de la abstracción de la red global, en lugar de en el nivel de los dispositivos individuales, por lo general, pero no siempre, con la ayuda del protocolo OpenFlow. 2.3.1. Arquitectura SDN El grupo que mas se asocia con el desarrollo de normas basadas en SDN es la Open Networking Foundation (ONF). La ONF se puso en marcha en el 2011 y tiene como visión hacer que el SDN basado en OpenFlow sea la nueva norma para las redes. Para lograr esta visión, la ONF ha asumido la responsabilidad de conducir la estandarización del protocolo OpenFLow. La amplitud del ecosistema SDN se refleja en el hecho de que la ONF en la actualidad cuenta con mas de 70 miembros de diversos tipos, incluyendo a los proveedores que proporcionan el silicio, así como los switches, dispositivos de red, controladores, equipos de prueba, servicios de telecomunicaciones, servicios de centros de datos de hiper-escala y los teléfonos inteligentes.

Una arquitectura de capas para SDN se muestra en la figura 1. En esta arquitectura, la funcionalidad del plano de control se centraliza en el software del control de SDN. La mayor parte del tiempo que se ha discutido SDN, el protocolo OpenFLow se utiliza para programar el comportamiento de revino del switch. Hay, sin embargo, alternativas al uso de OpenFlow, incluyendo Extensible MEssaging and Presence Protocolo (XMPP), Network Configuración Protocolo (Netcong) y OpenStack de Rackspace y la NASA. En este modelo, las aplicaciones se escriben en un conjunto de API que son proporcionadas por el controlador SDN. Desafortunadamente, estas API no están normalizadas, por lo que una aplicación que se ejecuta en un controlador SDN determinado, tendría que ser modificado para funcionar en otro controlador SDN. Ejemplos de las aplicaciones centradas en la red que podrían ejecutarse en un controlador SDN se dan a continuación. El controlador SDN soporta un numero de unidades que controlan el comportamiento de los elementos subyacentes de la red, de modo que la red va a proporcionar los servicios de red deseados. El controlador proporciona funcionalidad de gestión de plano como el rendimiento y gestión de fallas a través de SNMP y otros protocolos estándar, y por lo general ocupa la gestión de configuración de los dispositivos de OpenFlow con el fin de proporcionar topología de la red, el reenvió, QoS, y de gestión de enlace.

2.3.3. Openflow Los switches y routers Ethernet mas modernos contienen tablas de flujo (por lo general con el soporte de apoyo de memoria de contenido ternario direccionable) que funciona a velocidad de la línea y se utilizan para realizar funciones de desvió basadas en la capa 2,3,y 4 encabezados de los paquetes. Mientras que cada tabla de flujo del proveedor es diferente, hay un conjunto común de funciones soportadas por una amplia variedad de switches y routers. Este conjunto común de funciones es aprovechado por OpenFlow, que es un protocolo abierto entre un controlador centra OpenFlow y un switch de OpenFlow y que, como se ha señalado, se puede utilizar para programar el comportamiento de reenvió del switch. Con OpenFlow , un solo controlador central puede programar todos los switches físicos y virtuales en una red. Si bien es posible implementar SDN con un solo controlador, vendedores como Big Switch y NEC han anunciado un clúster de producción de alta disponibilidad, o su intención de aplicar un conjunto de controladores. Es probable que IBM haga lo mismo. El protocolo OpenFlow se desarrollo en Stanford, y la v1.0 fue publicada a finales del 2009 y la v1.1 a principios del 2011. En marzo del 2011 se creo la ONF y los derechos de propiedad intelectual de OpenFlow fueron transferidos a ella. Parte de la tarea de la ONF es controlar y comercializar OopenFlow. Con ese objetivo en mente, la ONF publico recientemente OpenFLow v1.3 y en marzo de 2012, la ONF patrocino un evento de interoperabilidad que estaba abierto a todos los miembros de la ONF. Un total de 14 empresas y dos instituciones de investigación participaron en el evento, que se centro en la norma OpenFLow V1.0.” Jim Metzler, Network World 2.4. SDN Marca El Futuro Del

Networking ¿Son realmente, como aseguran los expertos, las ‘redes definidas por software’ (SoftwareDefined Networking, SDN) el futuro del networking? El mercado asociado a SDN está llamado a evolucionar a una tasa de crecimiento anual compuesto del 117,42% durante los próximos tres años y además todas las grandes marcas de redes se están apresurando a perfilar sus estrategias para no quedarse al margen del potencial de negocio de este nuevo concepto de red. Luego no hay duda: SDN es el futuro del networking y, tarde o temprano, pocas organizaciones que apuesten por la innovación y la eficiencia quedarán al margen de su influjo.

Si además tenemos en cuenta que esta nueva propuesta de infraestructura de red se integra necesariamente con las grandes tendencias que hoy mueven los entornos TIC de las empresas –como automatización, virtualización, cloud computing y centros de datos de nueva generación- las pocas dudas que podrían quedar se disiparán rápidamente. Las cifras parecen incuestionables. Según IDC, el volumen de ingresos por productos SDN – infraestructura de red, aplicaciones y soluciones de plano de control- y servicios profesionales asociados para empresas y proveedores de servicios pasarán de los 360 millones de euros que generarán este año a 3.700 millones en 2016. Una evolución que se justifica por el rol clave que hoy juegan estas tecnologías de red. Al separar los equipos de red de los elementos que facilitan su configuración y control, las redes ganan en flexibilidad, dinamismo y escala, ventajas clave para los actuales entornos de centro de datos y de cloud computing, donde las cargas de trabajo y los recursos están virtualizados y requieren arquitecturas de red ‘planas’ y ágiles.

3. NFV (NETWORK FUNCTION VIRTUALIZATION). 3.1. Que Es NFV? Las funciones de virtualización de red (NFV) es una iniciativa para virtualizar los servicios de red que ahora son realizados por hardware dedicado, propietario. Si tiene éxito, NFV disminuirá la cantidad de hardware propietario que se necesita para poner en marcha y operar los servicios de red. El objetivo de NFV es disociar las funciones de red de dispositivos de hardware dedicados y permitir que los servicios de red que ahora son llevados a cabo por routers, firewalls, balanceadores de carga y otros dispositivos de hardware dedicado sean hospedados en máquinas virtuales (VM). Una vez que las funciones de red están bajo el control de un hipervisor, los servicios que solían requerir un hardware dedicado se puede realizar en los servidores x86 estándar. Esta capacidad es importante porque significa que los administradores de red ya no necesitarán adquirir dispositivos de hardware dedicados para construir una cadena de servicios. Debido a que la capacidad del servidor podrá añadirse a través de software, no habrá necesidad de que los administradores de red aprovisionen demás sus centros de datos, lo cual reducirá tanto los gastos de capital (CAPEX) como los gatos operativos (OPEX). Si una aplicación que se ejecuta sobre una VM requiere más ancho de banda, por ejemplo, el administrador puede mover la máquina virtual a otro servidor físico o aprovisionar otra VM en el servidor original para tomar parte de la carga. Tener esta flexibilidad permitirá al departamento de TI responder de manera más ágil a los cambiantes objetivos de negocio y a las demandas de servicios de red.

Las funciones de virtualización NFV promueve la aceleración de redes y servicios dinamizando el mercado de las telecomunicaciones usando nuevos enfoques más rápidos y con mayor seguridad. En las redes tradicionales los proveedores usaban dispositivos físicos para cada propósito, lo cual resulta en esta época poco eficiente, poco flexible, costoso y poco tolerante a fallos. 3.2. Esquema General NFV De acuerdo con el grupo industrial de especificación de NFV (NFV-ISG) del Instituto Europeo de estandarización de Telecomunicaciones (ETSI), NFV explota las técnicas de virtualización para crear módulos de red virtuales. 3.2.1. Beneficios: * Reducción de costos. * Reducción de consumo energético. * Reducción en tiempo de actualización. * Flexibilidad y escalabilidad. 3.2.2. Antecedentes De Las Tecnologías NFV 3.2.2.1. Historia Iniciativa que surge en 2012 cuando los mayores proveedores de telecomunicaciones formaron NFV dentro de la ETSI para realizar cooperación entre todos y con el objetivo de generar una serie de recomendaciones para una implementación de NFV de manera más ágil. Desde su lanzamiento el grupo ha ido creciendo y ha celebrado 7 reuniones que abarcan Asia, Norteamérica y Europa. NFV se ha convertido en punto focal para el crecimiento de la industria. En octubre de 2013 se publicó el primer paquete de documentos

técnicos que describen la tecnología. La segunda publicación se realizó en enero de 2015, estos documentos se encuentran en el sitio web de la ETSI. 3.2.2.2. Virtualización de las funciones de red Ofrecer un servicio de red comúnmente implica la instalación de nuevo hardware en la mayoría de veces propietario y que suelen ser costosos y necesitan de capacitación de personal idóneo por lo cual era muy difícil la innovación de servicios de red. Además el hardware propietario tenia definido su propio ciclo de vida que normalmente tenía poco tiempo por lo cual se debía adquirir, integrar y desplegar hardware cada vez que esto ocurriera. El objetico de NFV es transformar la manera en que los proveedores de red diseñan sus redes evolucionando la tecnología de visualización de servicios consolidando diferentes funciones de red los cuales pueden estar ubicados en diferentes puntos geográficos de la organización. La tecnología NFV transforma las funciones de quipos de red en aplicaciones tipo Software que puedan ejecutarse en cualquier tipo de hardware permitiendo movilidad, trabajo en tiempo real y evitando el uso de equipos propietarios. 3.3. Redes Definidas Por Software * Virtualización de red: Proporciona medio para crear redes arbitrarias de gran calidad de servicio de extremo a extremo ejecutadas sobre la misma infraestructura de red incluyendo ahora los administradores de red no necesitan hacer conexiones manuales ya que éstas se hacen a través de túneles, además generala separación de roles de ISP en proveedor de infraestructura y proveedor de servicio.

* Redes definidas por software: Las SND hacen que las redes sean programables por la separación del plano de control (administración) y el plano de datos (enrutamiento). SND depende de la existencia de equipos de transmisión configurados a través de controladores SND, actualmente son las mejores herramientas para la implementación de la virtualización en red.

REFERENCIAS [1]

Estado del Arte [online] http://revistas.lasalle.edu.co/index.php/sv/article/view/1666

[2]

J. J. Gil, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia, e-mail: [email protected]

[3]

SDN (Software Define Networking). [online] Open Networking Foundation: https://www.opennetworking.org/sdn-resources/sdn-definition

[4]

Search Datacenter TechTarget Guía Esencial: Redes empresariales: Todo lo que necesita saber http://searchdatacenter.techtarget.com/es/definicion/Redesdefinidas-por-software-SDN

[5]

Transformar mediante la innovación [online] CISCO http://www.cisco.com/c/es_mx/solutions/softwaredefined-networking/overview.html

[6]

Explicacion Tecnica (SDN) Jim Metzler , Network World http://cioperu.pe/articulo/11606/explicacion-tecnica-softwaredefined-networking-sdn/?p=5 Copyright © 2009 Saya Comunicaciones S.A.C. Prohibida la reproducción total o parcial en cualquier medio (escrito o electrónico) sin autorización expresa por escrito de la editorial.

[7]

SDN Marca el Futuro de Networking http://www.networkworld.es/sdn/sdn-marca-el-futuro-delnetworking

[8]

* El plano de control se abstrae a la infraestructura y se estandariza a la innovación de la red.

Search Datacenter TechTarget http://searchdatacenter.techtarget.com/es/definicion/Virtualizacio n-de-las-funciones-de-red-NFV

[9]

Esquema General J. F. Botero, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia, e-mail: [email protected]

Relación entre NFV y SND

[10] NFV-ISG, Network Functions Virtualization, Draft Documents: [Online]. Available: http://docbox.etsi.org/ISG/NFV/Open/Latest_Drafts .

SND y NFV son compatibles pero no dependientes, por lo cual NFV provee la infraestructura para que SND se ejecute, además NFV complementa la idea de usar hardware a nivel general. Esta combinación aplica un gran valor agregado a las redes actuales dado que: * El hardware propietario es costoso, muchas veces de una sola función específica y por ello reemplazable por hardware genérico con múltiples funciones. * El plano de control se puede mover de un software costoso a una ubicación optimizada.

Como se ha dicho anteriormente ambas tecnologías son complementarias mas no dependientes, ambas se pueden implementar sin la otra, pero ambas combinadas ofrecen mayor valor agregado a la red.

[11] http://www.etsi.org/technologies-clusters/technologies/nfv [12] http://www.revistaieeela.pea.usp.br/issues/vol14issue2Feb.2016/ 14TLA2_76GilHerrera.pdf