SDN Overview

Las redes definidas por software (SDN) es una revolución arquitectónica que permite programación controlada por aplicaciones y la gestión de recursos de red de forma dinámica y escalable. Los proveedores de servicios, los proveedores de nube y las empresas están adoptando SDN a gran escala para acelerar el despliegue de la red, ahorrar dinero y aumentar la fiabilidad.

Las redes basadas en SDN permiten el uso de hardware de conmutación de “caja blanca”, evitan la dependencia del proveedor y flexibilidad para optimizar el rendimiento de la red y ofrecer nuevos servicios que son difíciles de ofrecer con las redes existentes.

El número y el tipo de servicios basados en SDN ha alcanzado una masa crítica: ahora los servicios viables de extremo a extremo pueden aumentar o sustituir las redes basadas en hardware existentes.

Promesas SDN

• Programabilidad SDN define estándares (protocolo API) para comunicarse con la infraestructura.
• Agilidad mejorada
• Redes flexibles y elásticas para reaccionar rápidamente al cambiar.
• Visibilidad de la red: Visibilidad de extremo a extremo para una ingeniería de tráfico.
• Servicios innovadores: Permite ofrecer servicios innovadores dinámicamente, en función de las demandas de los usuarios.
• Neutralidad de proveedores: Promueve soluciones de múltiples proveedores y de código abierto basadas en la colaboración de los usuarios.

Arquitectura SDN

SDN introduce una arquitectura intuitiva de tres niveles, representada a continuación.

En el nivel, los administradores utilizan aplicaciones empresariales para establecer los objetivos generales para sus redes. Las políticas establecidas en este nivel se comunican al controlador SDN, que controla la red y dirige el funcionamiento de los elementos, que incluyen conmutadores, enrutadores y otros elementos físicos y virtualizados de acuerdo con estas políticas.

Los controladores SDN pueden desempeñar un papel activo en el control de la red.

Cuando un proceso cliente SDN en un conmutador/enrutador recibe un nuevo flujo que aún no ha visto, pasa al controlador SDN para determinar qué debe hacer con el flujo. El controlador responde al cliente con instrucciones sobre cómo gestionar el flujo. El resultado es una separación flexible de los planos de control y datos.

SDN en Accion

Network Functions Virtualization (NFV)

NFV encaja con SDN, proporcionando funciones de red virtualizadas que forman parte de las SDN. NFV aprovecha el hecho de que dispositivos de red no son más que un software que se ejecuta en un hardware específico, y que el software puede ejecutarse tan fácilmente como funciones de red virtualizadas (VNF) dentro de máquinas virtuales (VM) en servidores COTS. Las VNF incluyen conmutadores, enrutadores, cortafuegos equilibradores de carga, servidores de autenticación, IPS, DPI, NAT, CE y CDN, entre otros. Utilizando una combinación de SDN y NFV, aplicaciones completas de aplicaciones completas, con sus redes de conexión, pueden construirse dinámicamente a partir de componentes virtuales.

OpenFlow Switched Networks

OpenFlow fue el primer controlador SDN de código abierto. En un router o switch convencional, el reenvío de paquetes (plano de datos) y las decisiones de de alto nivel (plano de control) residen en el mismo dispositivo. Una red conmutada OpenFlow separa estas dos funciones. La parte de la ruta de datos sigue residiendo en el conmutador, mientras que las decisiones de enrutamiento de alto nivel se trasladan al plano de control.

OpenFlow permite programabilidad de la red al permitir que aplicaciones de alto nivel programen flujos directamente en el conmutador. 

Los controladores SDN inyectan flujos directamente en la tabla de reenvío de un conmutador. Las decisiones paquetes están centralizadas, de que la red puede ser programada por aplicaciones personalizadas.

Path Computation Element (PCE)

El protocolo (PCE-P) proporciona ingeniería de tráfico por flujo con una con una interrupción mínima de la red central existente. Sólo es necesario que los routers de borde de proveedor (PE) de entrada se comuniquen con un controlador PCE. El controlador PCE tiene visibilidad completa de la red, que utiliza para calcular la ruta de extremo a extremo por flujo basándose en el tráfico. Comunica la ruta al PE de entrada, que a su vez establece la ruta a través de la red.

La SDN basada en PCE descarga el cálculo de rutas de ingeniería de tráfico, dejando la infraestructura de red sin modificar.

Testing SDN

Pasar a una red basada en SDN no está exento de dificultades. La conversión de un sistema propietario a uno abierto implica más piezas móviles, incluidos controladores, clientes, sistemas de orquestación y aplicaciones empresariales. En muchos casos, los componentes SDN deben interactuar con componentes heredados, lo que introduce una mayor complejidad.

Se necesitan nuevos protocolos de red y extensiones de los existentes para implementar la flexibilidad asociada a las SDN:

• Los protocolos de control incluyen OpenFlow, NetConf/Yang y PCE-P.
• El enrutamiento por segmentos permite el enrutamiento definido por la aplicación y las rutas MPLS a gran escala, sin necesidad de protocolos complejos como LDP o RSVP.
• Los protocolos de enrutamiento IS-IS y OSPF se han ampliado para proporcionar información de estado para la ingeniería de tráfico y la optimización de redes.
• El protocolo BGP tiene nuevos mensajes de estado de enlace, autodescubrimiento y flowspec que facilitan las redes SDN/NFV dinámicas.
• Se han desarrollado o ampliado otros protocolos para crear redes superpuestas, como MPLS, NVGRE (virtualización de redes mediante encapsulación de enrutamiento genérico), RSVP-TE, SR (enrutamiento de segmentos), EVPN (VPN Ethernet) y STT (túnel de transporte sin estado).

Todo esto significa más casos de prueba que verifican nuevos protocolos con nuevas métricas. Hay tres áreas clave para las pruebas de los componentes SDN:

• Operación funcional: funcionamiento correcto de los nuevos protocolos e interacciones.
• Escala: verificación del número máximo de conexiones, entradas de tablas o entradas de base de datos que los controladores y clientes SDN pueden gestionar.
• Fiabilidad: garantizar la detección de fallos y el rápido establecimiento de rutas alternativas.

SDN Test Case

En este ejemplo, veremos cómo un proveedor de servicios de telecomunicaciones (SP) de nivel 1 ha mejorado su red para soportar emisiones IPTV en directo multidifusión de alta prioridad y transferencia de archivos de vídeo de baja prioridad. El proveedor de servicios de nivel 1 se asegura de que las emisiones de televisión en directo cumplan los acuerdos de nivel de servicio (SLA) de tráfico, especialmente durante la franja horaria de máxima audiencia de las 21:00 horas, y de que no se vean afectadas negativamente por las transferencias de archivos de menor prioridad.

En particular, cuando se detecta un fallo en un circuito que transporta tráfico en directo, la recuperación debe ser casi instantánea; no se tolera la pérdida para el tráfico IPTV, pero sí para el servicio de transferencia de archivos. Incluso cuando se utiliza la multidifusión para el tráfico de difusión, el ancho de banda implicado es considerable: la transmisión en tiempo real de vídeo UHDTV 4K-8K sin comprimir supone un consumo de ancho de banda de 6 Gbps -12 Gbps.

El SP utilizó MPLS OAM para la detección y recuperación de fallos, mientras que SDN se utiliza para una mejor programabilidad de la red, agilidad y facilidad de gestión. En la Figura 2 se muestra una vista simplificada de la topología de red del SP.

Conclusion

Las redes definidas por software ofrecen la promesa de un menor CAPEX, mayor agilidad, redes optimizadas y escalabilidad. Sin embargo, esto tiene un coste, en forma de mecanismos adicionales de enrutamiento e ingeniería de tráfico, con protocolos y API asociados.

Muchas de las características de las SDN se deben a la centralización del control, lo que genera preocupaciones sobre el rendimiento, la escalabilidad y la fiabilidad de los controladores.

Aunque las SDN se construyen de forma diferente, siguen siendo redes de misión crítica que requieren pruebas de conformidad, funcionalidad y rendimiento de forma muy similar a sus homólogas de redes heredadas.