Una guía completa sobre redes definidas por software

No puedes escapar de la omnipresencia del software.

La computación móvil, la computación en la nube, los macrodatos, las redes sociales, la virtualización y el Internet de las Cosas (IoT) han contribuido a que el software se convierta en un habilitador económico crítico para prácticamente todos los negocios en el planeta. Y estas tecnologías siguen evolucionando.

El software está devorando el mundo y las redes no son una excepción.

El software tradicional que se ejecuta en hardware convencional es espectacularmente malo para proporcionar una experiencia satisfactoria al consumidor. La mayoría de las redes empresariales son controladas por personas y administradas con herramientas de gestión en un proceso reactivo y manual. Pero esto está cambiando gracias a las mejoras en automatización y programabilidad logradas por las redes definidas por software (SDN).

Las redes definidas por software tienen una promesa sustancial de cambiar radicalmente cómo se construyen y operan las redes al reducir costos, mejorar el rendimiento y aumentar la funcionalidad. Con la llegada de soluciones SDN, como el software de red de área amplia definida por software (SD-WAN), las expectativas para la automatización y la programabilidad en el control del software y hardware de red han aumentado dramáticamente.

Eso significa que en lugar de usar cables físicos para conectar diferentes componentes de una red, SDN crea canales de comunicación virtuales que los equipos de TI pueden reconfigurar rápidamente con software. La frase "definido por software" en redes significa que las configuraciones específicas ya no están codificadas en los dispositivos de hardware de la infraestructura de red, sino que pueden ser gestionadas a través de software o interfaces alternativas.

La red definida por software es un subconjunto del concepto más amplio de todo definido por software. Los defensores lo ven como la próxima generación de control de red dinámico basado en software. Las redes definidas por software eliminan la necesidad de que el personal de TI visite cada ubicación para configurar físicamente los dispositivos de red. El resultado es una red altamente flexible que puede adaptarse a los patrones de tráfico cambiantes.

A medida que las empresas continúan adoptando soluciones en la nube y móviles, las expectativas para la provisión rápida y la automatización aceleran más allá de lo que las redes existentes pueden proporcionar. La respuesta es una arquitectura SDN que reduce los gastos de capital mientras simplifica las operaciones de red. Como con muchas tendencias de TI, las SDN están transformando las redes dentro de las empresas y entre empresas y proveedores de servicios a nivel mundial.

Lo que hace que la tecnología SDN sea tan atractiva es que ofrece a los ingenieros nuevas formas de programar sus redes, haciéndolo posible para ellos crear configuraciones de red que anteriormente habrían sido imposibles o prohibitivamente caras.

¿Por qué las empresas necesitan redes definidas por software?

Los patrones de tráfico de red organizacional han cambiado considerablemente en los últimos años a medida que más sistemas se han transferido a la nube y la demanda de aplicaciones amigables con dispositivos móviles ha crecido. Aunque las topologías de red convencionales tenían sentido cuando las aplicaciones se ejecutaban en una base cliente-servidor básica, ahora es esencial algo más flexible.

No es un secreto que las aplicaciones en el centro de datos se han vuelto profundamente dependientes del rendimiento predecible de la red y pueden responder rápidamente a los cambios de servicio a través de mecanismos de autoservicio. Esto ha llevado a una visión más centrada en el software de la red, con muchos equipos de aplicaciones buscando más control sobre la entrega de sus aplicaciones. En comparación, los equipos de TI buscan un control más estricto sobre la complejidad de la infraestructura y los costos.

Las empresas de hoy necesitan tecnología que garantice que sus operaciones estén siempre en funcionamiento, sean flexibles y escalables para apoyar el crecimiento del negocio. La red definida por software ofrece un control de red sin interrupciones, eficiencia operativa y resultados empresariales acelerados.

SDN permite que las redes empresariales se configuren dinámicamente bajo demanda y respondan de manera transparente a varios cambios de servicio al integrar estas funciones en un único plano de control. En resumen, los conmutadores y enrutadores de red se vuelven programables, permitiendo a los equipos de TI lograr un control absoluto sobre cómo se utilizan sus recursos de red. Esto les permite, en última instancia, ofrecer una experiencia de mayor calidad para los usuarios finales.

Como resultado, las empresas pueden distribuir más eficazmente los recursos de la red. Dado que la red está controlada por software, es más ágil, fácil de manejar y lista para adaptarse a nuevos casos de uso. SDN permite la naturaleza programable de las redes a través de aplicaciones de software que utilizan APIs abiertas.

Las organizaciones también pueden usar redes definidas por software para mejorar la seguridad de la red al categorizar el tráfico empresarial. Las redes específicas pueden clasificarse como altamente seguras y transportar datos críticos, mientras que otras pueden ser públicas. Si un hacker accede a un servidor web de cara al público, está limitado a esa parte de la red y no puede acceder a otros segmentos, como las redes del centro de datos protegidas.

¿De qué no se trata la red definida por software?

La red definida por software es un nuevo enfoque revolucionario para la gestión de redes que permite a las empresas controlar y programar fácilmente sus sistemas. SDN puede resolver muchos problemas, pero antes de cambiar a una arquitectura SDN, las empresas deben comprender claramente qué no es la red definida por software.

• La red definida por software no es una red basada en intenciones (IBN). Tanto la red basada en intenciones como SDN pueden comprender la configuración de la red y la interacción a través de numerosos dispositivos, pero son diferentes. Aunque SDN separa el control de gestión de los dispositivos, mantiene una visión centrada en el dispositivo de la red. Las directivas en IBN se abstraen a un nivel superior, moviéndolas de centradas en el dispositivo a centradas en el negocio.
• La red definida por software no es automatización de redes. Aunque SDN y la automatización de redes se basan en código, no son lo mismo. SDN solo cubre un subconjunto de la automatización. La combinación de la automatización de redes con la virtualización permite a las empresas introducir rápidamente nuevas tecnologías como SDN en la infraestructura.

Entendiendo cómo funciona la red tradicional

Conocer cómo funcionan las redes de infraestructura tradicionales es una parte esencial para entender cómo funciona SDN. Las redes tradicionales se caracterizan por la conectividad de extremo a extremo, lo que significa que cada computadora puede comunicarse directamente con cada otra computadora.

Esto permite a las computadoras usar varias tecnologías, como redes de área local (LAN), redes de área amplia (WAN), redes inalámbricas urbanas e incluso satélites para conectarse a la misma red.

La infraestructura de red tradicional está compuesta por hardware y software. Permite la computación y la comunicación entre usuarios, servicios, aplicaciones y procesos. El equipo de red de función fija, como conmutadores y enrutadores, es la base de las redes tradicionales. Cada uno de estos dispositivos tiene un propósito específico que funciona bien con los demás y ayuda a mantener la red.

Las redes se representan como unidimensionales con líneas que conectan nodos, pero ese no es el caso. Una red tiene tres dimensiones conocidas como "planos": el plano de datos, el plano de control y el plano de gestión. Un plano es una representación abstracta de dónde tienen lugar ciertas operaciones en la red.

Plano de datos

También conocido como el plano de reenvío, el plano de datos es una capa de red con infraestructura para transportar tráfico de red. La funcionalidad del plano de datos en redes convencionales es proporcionada por firmware en conmutadores u otros dispositivos.

Las acciones del plano de datos dependen del plano de control. El tráfico del plano de datos debe segregarse y regularse para proteger el enrutador y la red de varios ataques. Estos riesgos pueden originarse tanto de tráfico válido como malicioso, y la estrategia de seguridad del plano de datos debe tener en cuenta todos los escenarios.

Plano de control

El plano de control es la capa de red que transporta tráfico de señalización y es responsable del enrutamiento. Un plano de control realiza su tarea de manera independiente. Contiene protocolos de red para la comunicación entre elementos de red, como enrutamiento, señalización, protocolos de estado de enlace y protocolos de control adicionales para construir servicios de red.

Plano de gestión

El plano de gestión es un subconjunto del plano de control que maneja la gestión de dispositivos y el tráfico administrativo. Asegurar el plano de gestión es igualmente importante que asegurar el plano de control para el funcionamiento efectivo del enrutador y la red. El acceso no autorizado resulta invariablemente de un plano de gestión comprometido, permitiendo a un atacante comprometer aún más los planos de tráfico IP al agregar rutas y cambiar flujos de tráfico.

El conmutación y enrutamiento en redes informáticas se realiza tradicionalmente utilizando componentes de hardware con los tres planos mencionados. Recientemente, la tendencia ha sido cambiar a dispositivos de red basados en software que se ejecutan en unidades centrales de procesamiento (CPUs) de propósito general.

¿Cómo funciona la red definida por software?

La red definida por software se está volviendo cada vez más popular en grandes centros de datos, WANs, oficinas sucursales, campus, redes de centros de datos y redes de telecomunicaciones por una razón emocionante: aumenta la eficiencia de la red. Con su capacidad para asignar recursos dinámicamente para reducir costos de mantenimiento y complejidad operativa, SDN está emergiendo como una herramienta poderosa para las redes modernas.

En la red definida por software, el software se desacopla del hardware. El plano de control, que determina a dónde debe enviarse el tráfico, se mueve al software por SDN. Pero el plano de datos, que envía información, permanece en el hardware. Esto permite a los administradores de red que utilizan SDN programar y administrar toda la red desde un único punto de control en lugar de por dispositivo.

SDN elimina la necesidad de gestionar individualmente dispositivos, como enrutadores o conmutadores tradicionales. Esto tiene implicaciones para la arquitectura, la economía y la seguridad de una red empresarial.

Aunque no hay un modelo único para la red definida por software, la topología de este tipo de red ha cambiado con el tiempo. El paradigma OpenFlow, que fue crucial en el desarrollo y estandarización temprana de SDN, fue uno de los primeros protocolos de comunicación SDN.

Esta estrategia, gestionada por la Open Networking Foundation (ONF), requiere que las empresas desplieguen elementos de red físicos, como controladores SDN, enrutadores y conmutadores, diseñados explícitamente para soportar el protocolo OpenFlow. A medida que SDN creció, muchas personas descubrieron que el paradigma básico era demasiado restrictivo y idearon métodos alternativos.

Como resultado, surgieron modelos de virtualización de redes, permitiendo crear redes virtuales. Estas redes virtuales pueden separarse del hardware de red subyacente y ser controladas por software.

Arquitectura SDN

La red definida por software comprende tres componentes principales que pueden o no estar físicamente ubicados juntos: la capa de aplicación, la capa de control y la capa de infraestructura.

Capa de aplicación

La capa de aplicación contiene las aplicaciones o funciones de red estándar que las empresas utilizan para mejorar la velocidad de las aplicaciones, simplificar TI y aumentar la seguridad. Ejemplos de estos sistemas son los sistemas de detección de intrusiones, los controladores de optimización de WAN (WOCs), los sistemas de balanceo de carga y los cortafuegos de aplicaciones.

Las redes tradicionales requieren equipos de red dedicados para estas tareas. Una red definida por software sustituye el dispositivo con una aplicación que gestiona el comportamiento del plano de datos a través de un controlador. Los programas en la capa de aplicación transmiten instrucciones de red específicas al controlador SDN.

Capa de control

La capa de control está a cargo de las políticas y el flujo de tráfico de una red. Los requisitos presentados por la capa de aplicación son procesados por la capa de control, que posteriormente los envía a la infraestructura de red subyacente. La capa de control también envía datos de la capa de infraestructura de vuelta a la capa de aplicación para mejorar la funcionalidad.

El controlador SDN, que vincula las capas de aplicación e infraestructura, es parte de la capa de control. El software del controlador SDN ofrece una vista centralizada y control sobre toda la red. Los equipos de red utilizan el controlador para regular cómo la capa de reenvío de la infraestructura subyacente maneja el tráfico.

El controlador también es responsable de hacer cumplir las regulaciones que gobiernan la actividad de la red. Los administradores de red establecen políticas que se implementan de manera consistente en todos los nodos de la red. Las políticas de red son reglas que definen qué grado de acceso tiene el tráfico de red, cuántos recursos se le permiten y qué prioridad se le da.

Capa de infraestructura

En el centro de datos, la capa de infraestructura alberga los conmutadores y enrutadores reales de la red. Estos dispositivos de red están a cargo de funciones de reenvío cruciales y capacidades de procesamiento de datos y recopilan información crítica, como el uso de la red y la topología, para informar de vuelta a la capa de control.

Las tres capas mencionadas se comunican utilizando APIs norte-sur. La API norte permite comunicaciones entre las capas de control y aplicación, mientras que la API sur permite comunicaciones entre las capas de control e infraestructura.

APIs norte

Las aplicaciones en una red definida por software dependen del controlador para informarles sobre la disponibilidad de la infraestructura de red para determinar qué recursos están disponibles. El controlador SDN puede garantizar automáticamente que el tráfico de la aplicación se enrute de acuerdo con las políticas establecidas. Las aplicaciones se comunican con la capa de control a través de APIs norte, informándoles de sus recursos requeridos y su destino previsto.

La capa de control orquesta cómo se asignan los recursos disponibles a las aplicaciones en la red. También emplea inteligencia para determinar el mejor camino para la aplicación en términos de latencia y seguridad. Las APIs norte son típicamente APIs RESTful. La orquestación está completamente automatizada y no requiere configuración manual.

APIs sur

El controlador SDN utiliza APIs sur para conectarse con infraestructuras de red como enrutadores y conmutadores. La infraestructura de red es informada sobre el camino que los datos de la aplicación deben tomar, según lo determinado por el controlador.

El controlador puede modificar cómo los enrutadores y conmutadores mueven datos en tiempo real. Los datos ya no dependen de dispositivos y tablas de enrutamiento para determinar a dónde viajan. En su lugar, la inteligencia del controlador toma decisiones informadas que mejoran la ruta de los datos.

Tipos de red definida por software

Las aplicaciones de próxima generación requieren nuevas arquitecturas de red para manejar más tráfico, proporcionar un mejor rendimiento y reducir costos. Las redes definidas por software lideran este esfuerzo al cambiar el control de la red del hardware tradicional al software que se ejecuta en hardware de servidor de uso común.

Sin embargo, existen varias arquitecturas SDN que varían en sus detalles de implementación, estructura de controladores e interfaces de gestión.

• SDN abierta: Una arquitectura SDN abierta controla los dispositivos virtuales y físicos que enrutan paquetes de datos utilizando protocolos abiertos.
• API SDN: Esta topología controla el flujo de datos hacia y desde cada dispositivo utilizando interfaces de programación, también conocidas como APIs sur.
• Modelo de superposición SDN: SDN construye una red virtual sobre el hardware actual, ofreciendo túneles con canales a centros de datos. El modelo luego asigna dispositivos a cada canal y distribuye el ancho de banda en cada canal.
• Modelo híbrido SDN: Esta topología combina las mejores características de SDN con la red tradicional, permitiendo que el mejor protocolo para cada tipo de tráfico sea asignado. El SDN híbrido se utiliza frecuentemente como un enfoque de transición hacia SDN.

Red definida por software vs. virtualización de funciones de red

El sector de redes siempre está a la vanguardia del cambio, lidiando con un panorama económico y tecnológico en constante cambio mientras gestiona simultáneamente expectativas de consumidores cada vez más altas. Algunos de los disruptores más visibles han sido la creciente prevalencia de teléfonos inteligentes y aplicaciones basadas en Internet, el auge del 5G, las necesidades cambiantes de WAN y la creación de nuevos patrones de tráfico a partir de conexiones IoT.

Cuando se combina con un rápido aumento en la demanda de ancho de banda dinámico y servicios bajo demanda, ingresos aplanados y una necesidad urgente de reducir costos, los proveedores de servicios y las empresas no tienen más remedio que cambiar sus redes y operaciones.

La red definida por software y la virtualización de funciones de red (NFV) son dos conceptos que están ganando mucha tracción. Los términos se utilizan a menudo de manera intercambiable dentro de la industria, aunque logran objetivos diferentes.

Red definida por software

La red definida por software es una arquitectura de red que permite una configuración de red dinámica y programáticamente eficiente para aumentar el rendimiento general de la red, haciendo que las redes sean más ágiles y adaptables. SDN controla las redes al desacoplar los planos de control y reenvío para permitir una provisión más automatizada y una gestión de recursos de red basada en políticas.

SDN ofrece a sus usuarios un método para controlar los servicios de red a través de software que hace que las redes sean programables de manera centralizada y permite una configuración más rápida. Permite a las empresas y proveedores de servicios adaptarse rápidamente a las demandas y requisitos comerciales cambiantes, mejorando finalmente el control de la red.

Virtualización de funciones de red

La virtualización de funciones de red es una arquitectura de red que permite a los operadores de red ofrecer servicios más rápido y a menor costo al trasladar funciones como cortafuegos y cifrado de hardware dedicado a servidores virtuales. Esto consolida diferentes funciones en un solo servidor físico y reduce los costos totales. NFV permite a múltiples operadores de red implementar políticas de red sin preocuparse por dónde deben colocarse las funciones en la red o cómo enrutar el tráfico.

NFV es un método de virtualizar servicios de red (como enrutadores, cortafuegos y balanceadores de carga) y permitir que se ejecuten en máquinas virtuales. Múltiples sistemas operativos pueden compartir un solo procesador de hardware con la ayuda de un hipervisor llamado administrador de máquinas virtuales. En comparación con las redes creadas con equipos de red tradicionales, NFV proporciona redes de alto rendimiento con mejor escalabilidad, flexibilidad y adaptabilidad a precios más bajos.

La industria de las telecomunicaciones desarrolló inicialmente NFV para abordar el proceso cada vez más complejo de gestionar y aprovisionar servicios de red. También hay una creciente demanda de nuevos modelos de negocio y ofertas de servicios innovadoras. Los casos de uso de NFV están aumentando y evolucionando, desde redes centrales móviles virtualizadas y servicios Ethernet de operador hasta WAN minoristas y empresariales y redes IoT.

SDN vs. SD-WAN

La naturaleza acelerada de los negocios y los cambios en la tecnología han resultado en una mayor necesidad de redes receptivas. Las empresas modernas necesitan soluciones de red ágiles, confiables y seguras para operar de manera eficiente. El aumento en el uso móvil, la adopción de la nube y la llegada del IoT han añadido una mayor complejidad a las redes tradicionales.

Para enfrentar este desafío y ofrecer los beneficios de la red definida por software, las empresas utilizan una red de área amplia definida por software (SD-WAN) que proporciona acceso seguro y confiable a través de toda una red empresarial.

Sin embargo, con SDN siendo una de las tecnologías más comentadas hoy en día, las organizaciones también están enfocadas en entender de qué se trata SDN y cómo puede ayudar a las empresas a construir redes más receptivas.

SDN y SD-WAN son dos ideas relacionadas que describen redes que pueden ser controladas y monitoreadas usando software. Ambas representan cambios tecnológicos esenciales que impactarán cómo las empresas y los proveedores de tecnología mueven y gestionan el tráfico de red en el futuro. Entender sus diferencias es crítico para crear redes ágiles.

Red definida por software

La red definida por software fue creada para satisfacer las demandas de computación tanto en LANs como en redes de proveedores de servicios. El objetivo era crear conexiones dinámicas, flexibles y escalables dentro del centro de datos y en redes centrales para acomodar necesidades cambiantes.

Las SDNs son directamente programables, permitiendo una plataforma flexible, gestionada de manera centralizada que separa el plano de control, que decide dónde debe ser enrutado el tráfico, del plano de datos, que define cómo debe ser entregado el tráfico.

Red de área amplia definida por software

La red de área amplia definida por software es una extensión de SDN que se centra en el borde de la red (el área donde un dispositivo o red local se conecta a Internet) y permite a las empresas conectar varios sitios distantes utilizando Internet y conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS). Incluye un conjunto de utilidades orientadas al borde, como capacidades de cortafuegos.

La principal diferencia entre los dos es que SD-WAN proporciona una red de área amplia que conecta muchas ubicaciones, convirtiéndola en una SDN en la WAN. Otra distinción significativa es que SD-WAN es gestionada por el proveedor en lugar de por recursos internos. SD-WAN requiere menos esfuerzo de un ingeniero de red porque el proveedor ofrece el servicio.

Casos de uso de SDN

La adopción de SDN ha creado un revuelo en los círculos de TI. Cuantificar su impacto sigue siendo un desafío porque tiene muchas aplicaciones en toda la empresa. Hay tres categorías amplias donde las organizaciones están utilizando SDN: redes, almacenamiento y cargas de trabajo.

Para tener una idea de hacia dónde se dirige SDN, veamos algunos de los casos de uso típicos que se están implementando en toda la industria.

• Escalado del centro de datos empresarial: Las empresas han utilizado SDN para crear centros de datos escalables, lo que significa que los ingenieros pueden usar más o menos recursos para gestionar de manera eficiente el almacenamiento de datos definido por software y el consumo.
• Despliegue de aplicaciones: SDN permite a los equipos de aplicaciones lanzar y controlar aplicaciones desde una red central.
• Seguridad de la arquitectura IoT: Aunque los dispositivos IoT proporcionan conveniencia y opciones, también proporcionan a los hackers y otros ladrones de datos varios puntos de acceso. Con SDN, los desarrolladores de IoT pueden ofrecer una capa protectora central y personalizada que ayuda a salvaguardar el proceso.
• Soporte para redes basadas en intenciones: Con las redes basadas en intenciones, los equipos pueden instruir a la red sobre lo que necesita realizar de acuerdo con los objetivos comerciales específicos. Una infraestructura habilitada para SDN puede personalizar el funcionamiento de varios componentes de una manera que armonice con los objetivos a gran escala.

Desafíos de SDN

La red definida por software ha inaugurado otra revolución en la red como el software de código abierto, la computación en la nube pública y la virtualización. Ha cambiado la forma en que se construyen y gestionan las redes en la empresa. SDN ha proporcionado una flexibilidad enorme, impulsado ganancias multifacéticas en eficiencia y ampliado el alcance de la automatización para incluir operaciones de red definidas por software, seguridad de red y servicios SD-WAN.

No importa cómo planees usar SDN, es imperativo que entiendas los desafíos de SDN y cómo afectará a tu organización para evitar riesgos indebidos.

• Riesgos de seguridad: Aunque SDN facilita la gestión de redes, también plantea un riesgo de seguridad. La administración centralizada es un único punto de falla, por lo que si falla, toda la red sufre.
• Estándares de API norte: Los proveedores y entidades de código abierto están creando diferentes APIs para sus controladores SDN ya que no hay un estándar ampliamente reconocido para las APIs norte. Esto complica el desarrollo de aplicaciones ya que los desarrolladores deben crear numerosas versiones de aplicaciones para que funcionen con diferentes controladores.
• Cuellos de botella del controlador SDN: Cuando un controlador SDN tiene solo una instancia, puede crear un cuello de botella para una red con mucho tráfico, enrutadores y conmutadores. Básicamente, hay demasiado para conectar con una sola instancia de controlador.

Beneficios de SDN

Las empresas que invierten en SDN a menudo se sienten atraídas por su capacidad para manejar aplicaciones intensivas en datos. Más allá de ese objetivo, SDN ofrece una plétora de ventajas que lo hacen un esfuerzo valioso. A continuación se enumeran algunos de los beneficios más significativos.

• Aumento de la adaptabilidad: SDN ayuda a las empresas a ser más ágiles al separar el plano de control, que es responsable de enrutar el tráfico de red, del plano de datos, que envía datos a través de enrutadores. La naturaleza de alto ancho de banda y dinámica de las aplicaciones de hoy en día necesita esta escalabilidad.
• Mejor uso de los recursos de red: Las organizaciones que cambian a SDN pueden ahorrar dinero en gastos operativos (OPEX) al usar recursos virtuales.
• Aumento de la programabilidad: SDN ayuda a los equipos de TI a instalar, proteger y optimizar fácilmente los recursos de red ya que no hay protocolos específicos de proveedores o software propietario. La red es directamente programable porque el plano de control está separado del plano de reenvío.
• Gestión simplificada: Una red definida por software resulta en una arquitectura más fácil de operar en general porque no requiere especialistas en redes altamente calificados para operarla.

La nueva forma de hacer redes

Como una industria en constante evolución, las redes siempre están buscando tecnologías emergentes para satisfacer las demandas de los clientes. Cambiar a SDN es un hito esencial para las empresas. Proporciona una excelente mejora en la eficiencia en la gestión de recursos de red, mejora la resiliencia y simplifica el despliegue de servicios.

Las redes empresariales están evolucionando de centradas en dispositivos a basadas en intenciones. Aprende cómo las redes basadas en intenciones (IBN) pueden ayudarte a construir redes que sean inteligentes y ágiles.