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SDN: el futuro de las redes inteligentes

Autor: Ramón Jesús Millán Tejedor

Publicado en Conectrónica nº 179, GM2 Publicaciones Técnicas, 2014

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Introducción

En los dos últimos MWC los temas estrellas han sido SDN y NFV. En el MWC de 2013 se introdujeron los conceptos de SDN (Software-Defined Networks) y NFV (Networks Function Virtualization), mientras que en el del 2014, se habló más de cómo hacerlos una realidad. El objetivo final de los operadores adoptando NFV y SDN es: simplificar su arquitectura de red y su operación, escalar más eficientemente, acelerar el despliegue de nuevos servicios y maximizar y acortar en el tiempo el retorno de la inversión. Este rediseño de las arquitecturas de red es imprescindible ante la amenaza de las OTT, la explosión de tráfico de datos liderado por el vídeo, la proliferación de conexiones M2M, la movilidad y los servicios en la nube.

Las arquitecturas de red tradicionales no están optimizadas para satisfacer los requerimientos actuales y futuros de los operadores de telecomunicaciones, empresas y usuarios finales. NFV va a transformar radicalmente la forma en que los operadores de red diseñan y dimensionan sus redes, permitiendo la consolidación de servicios de red en servidores, concentradores y sistemas de almacenamiento estándar, que pueden ubicarse en centros de datos, nodos de red o en las premisas del cliente [1]. La automatización de la gestión y provisión de la red, a través de SDN, es la siguiente fase en la virtualización de la infraestructura de tecnologías de la información y las telecomunicaciones [2].

De este modo, SDN crea una red inteligente mucho más abierta, flexible, escalable y reprogramable. La red se transforma en una herramienta de negocio más eficiente y permite a través de API, que las aplicaciones soliciten y modifiquen dinámicamente los servicios proporcionados por la infraestructura de red, sin necesidad de intervención humana, pudiendo la red informar de su nuevo estado a las aplicaciones. SDN permite maximizar la fiabilidad, rendimiento, escalabilidad y calidad, que requiere cada tipo de servicio o usuario actual o futuro, optimizando a la vez el CAPEX y OPEX y generando nuevas oportunidades de negocio.

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 dólares del año 2013 a 3.700 millones de dólares en 2016. Según datos de una encuesta a operadores de Infonetic Research [3], el 29% de los participantes estaban actualmente implementando SDN y un 52% tenía planes de empezar a evaluar SDN a finales de 2014. Prácticamente la totalidad de operadores tenía planes de desplegar NFV y SDN, en al menos algún segmento de sus redes, en los próximos años.

Arquitectura

La arquitectura de SDN, especificada por la ONF e ilustrada en la Figura 1, muestra a alto nivel, los puntos de referencia e interfaces al controlador, considerando las siguientes capas [4]:

Arquitectura de SDN

Figura 1: Arquitectura de SDN.

Una de las formas más populares de implementar SDN es el protocolo OpenFlow, que es soportado por la ONF. OpenFlow es un protocolo de bajo nivel para implementar un control de los nodos de red, que requiere de nuevos desarrollos en estos elementos para ser compatibles con el controlador SDN. OpenFlow es un estándar abierto que busca la interoperabilidad entre distintos fabricantes. El código abierto es considerado por muchos operadores como la alternativa más rápida para conseguir soluciones interoperables o multivendedor, respecto a la estandarización de las API, que requerirá de más tiempo. En la comunidad de código abierto nos encontramos con iniciativas como: OpenStack, Floodlight, OpenDaylight, etc. Sin embargo, la aproximación a SDN más extendida actualmente entre los grandes fabricantes de conmutadores y encaminadores es utilizar API basadas en las plataformas propietarias de cada vendedor, lo cual dificulta el cambio de proveedor.

El controlador SDN ha generado un gran interés entre los fabricantes de PCRF (Policy and Charging Rules Function), debido a las semejanzas con el rol que éste nodo juega en la red. Aunque el PCRF es muy probable que no tome el rol del controlador SDN, la gestión de políticas tendrá un rol clave para permitir que el controlador SDN haga su trabajo, abstrayendo los datos procedentes de un amplio rango de dispositivos de red –DPI, sondas de red, bases de datos de usuarios de red, etc.- y tomando decisiones basadas en esos datos y alimentando con ellos al controlador SDN; por ejemplo, si un evento inesperado origina cambios significativos en el uso de la red por parte de los usuarios, el PCRF podría dirigirse al controlador SDN para reconfigurar la red o implementar nuevas políticas acerca de la priorización del tráfico.

Para que la arquitectura de SDN sea exitosa, debe poder ser desplegada en redes multivendedor, asegurando la seguridad e interoperabilidad y la coexistencia con los actuales BSS/OSS (Business & Operation Support System). En los despliegues en redes extremo a extremo podría haber distintos controladores SDN por tecnología (transporte óptico, IP, etc.) o por vendedor, dando lugar a distintos dominios. El orquestador de servicio es la entidad que enlazará estos dominios y que enlazará con los OSS/BSS tradicionales, trasladando los requerimientos de las aplicaciones en solicitudes de conexión de red, permitiendo así optimizar la provisión de servicios y las conexiones a través de las redes. Para asegurar la interoperabilidad entre los distintos dominios, los vendedores de equipamiento deben desarrollar API abiertas a sus controladores SDN, algo que actualmente está en estado aún muy incipiente, dada la complejidad en acordar un API estándar. Por ello, la mayoría de los grandes vendedores de infraestructura de red (Ericsson, Ciena, Huawei, Nokia, etc.), están desarrollando y demostrando soluciones SDN que incluyen la orquestación de servicio de sus propias soluciones de red o bien de partners a los que posicionan dentro de su solución extremo a extremo propia. Aprovechando el nicho abierto, han aparecido “start-up” dentro del ecosistema SDN (Active Broadband Networks, Infoblox, Overture Networks, Vello, etc.), así como empresas tradicionales del mundo IT como HP u Oracle, que tratan de resolver los retos que presentan los ecosistemas SDN multivendedor y multitecnología, pudiendo actuar como la capa de orquestación para los elementos de red de otros vendedores.

Estandarización

La ONF (Open Network Foundation) es un consocio industrial sin ánimo de lucro que está liderando la evolución de SDN y estandarizando los elementos críticos de esta nueva arquitectura, tal y como el protocolo OpenFlow. El consorcio fue fundado en 2011 por Deutsche Telekom, Facebook, Google, Microsoft, Verizon y Yahoo!; contando en la actualidad con más de 140 compañías miembro.

Otros organismos de estandarización (ATIS, Broadband Forum, ETSI, OIF, ITU-T, etc.) en especial el IETF, a través del grupo el grupo I2RS (Interface to the Routing System), también están trabajando en extender sus especificaciones para soportar los principios de SDN. Además de los organismos de estandarización, existen varias iniciativas de código abierto, como OpenStack, que están especificando varias herramientas SDN.

ETSI y ONF han mantenido una fuerte colaboración desde la creación de la NFV ISG en 2012. Además, en marzo de 2014, ETSI y ONF firmaron un acuerdo estratégico de colaboración para impulsar el desarrollo conjunto de las especificaciones de NFV, lo cual sin duda acelerará la adopción de tanto NFV como SDN, así como su desarrollo coordinado. Las dos organizaciones muestran así su compromiso en soportar los requerimientos de los operadores y un enfoque complementario en el desarrollo de estándares, metodologías y compartición del conocimiento. ETSI NFV ISG promoverá las pruebas de concepto que empleen tanto NFV como SDN para demostrar los beneficios de emplear conjuntamente ambas tecnologías.

La ONF ha realizado un informe técnico [5] que muestra cómo los operadores están combinando NFV y SDN para conseguir los objetivos comunes de ambas tecnologías para mejorar la agilidad de la red. Explica los retos que los operadores tienen que superar para implementar NFV y presenta casos de uso que demuestran cómo SDN habilitada por OpenFlow puede satisfacer las necesidades de una red más flexible, programable y abierta para soportar NFV. El informe demuestra cómo SDN puede acelerar los despliegues de NFV de forma escalable y elástica.

Beneficios

Para obtener el máximo rendimiento, utilización y simplicidad, las operadoras de telecomunicaciones, proveedores de servicios en la nube y las empresas, pueden utilizar la tecnología SDN en toda la red, desde el centro de datos hasta el escritorio, independizando la infraestructura hardware del plano de control, y de las aplicaciones; ello permitirá solucionar las complejidades existentes hoy en día y mejorar la agilidad del negocio. Para dar respuesta a los desafíos que han generado las redes convencionales, las organizaciones necesitan ser capaces de automatizar la red de extremo a extremo y SDN hace posible independizar el plano de control de la infraestructura física.

La principal motivación de las redes definidas por software o SDN es la reducción de los costes en equipamiento y operación de red, incrementar la velocidad de innovación y potenciar un ecosistema abierto, acelerar la introducción de nuevos servicios y su escalabilidad, y crear nuevas oportunidades de negocio con sus clientes ofreciéndoles acceso a la información sobre el estado de la red y a la gestión de sus flujos de tráfico de forma más inteligente y eficiente en costes [2]. SDN es una arquitectura de red flexible y escalable, que protege las inversiones actuales a la vez que permite adaptarse a las necesidades futuras. Con SDN, la red actual, muy estática, puede evolucionar en una plataforma de despliegue de aplicaciones y servicios capaz de responder rápidamente a los cambios en las necesidades del negocio, usuario final o mercado. Gracias a SDN, las aplicaciones podrán demandar recursos de red en tiempo real, como ancho de banda, calidad de servicio, rutas de protección, etc.

Bibliografía y referencias

  1. NFV: la virtualización de las ‘telcos’”. Ramón Jesús Millán Tejedor y Shirin Esfandiari. Conectrónica nº 173, GM2 Publicaciones Técnicas, 2014. 
  2. Software-Defined Networking: The New Norm for Networks”. ONF, Abril 2012.
  3. SDN and NFV strategy survey”. Infonetics, Julio 2013.
  4. SDN Architecture”. ONF, Junio 2014.
  5. OpenFlow-enabled SDN and Network Functions Virtualization”. ONF, Febrero 2014.

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