Um Guia Completo para Redes Definidas por Software

Você não pode escapar da onipresença do software.

Computação móvel, em nuvem, big data, redes sociais, virtualização e a Internet das Coisas (IoT) contribuíram para que o software se tornasse um facilitador econômico crítico para praticamente todos os negócios no planeta. E essas tecnologias ainda estão evoluindo.

O software está dominando o mundo e o networking não é diferente.

O software tradicional que roda em hardware convencional é espetacularmente ruim em proporcionar uma experiência satisfatória ao consumidor. A maioria das redes empresariais é controlada por pessoas e administrada com ferramentas de gerenciamento em um processo reativo e manual. Mas isso está mudando graças às melhorias em automação e programabilidade alcançadas pelo networking definido por software (SDN).

O networking definido por software tem uma promessa substancial de mudar radicalmente como as redes são construídas e operadas, reduzindo custos, melhorando o desempenho e aumentando a funcionalidade. Com o advento de soluções SDN, como software de rede de longa distância definida por software (SD-WAN), as expectativas para automação e programabilidade no controle de software e hardware de rede aumentaram dramaticamente.

Isso significa que, em vez de usar cabos físicos para conectar diferentes componentes de uma rede, o SDN cria canais de comunicação virtuais que as equipes de TI podem reconfigurar rapidamente com software. A frase "definido por software" em networking significa que configurações específicas não são mais codificadas nos dispositivos de hardware da infraestrutura de rede, mas podem ser gerenciadas através de software ou interfaces alternativas.

O networking definido por software é um subconjunto do conceito mais amplo de tudo definido por software. Os defensores o veem como a próxima geração de controle dinâmico de rede baseado em software. Redes definidas por software eliminam a necessidade de a equipe de TI visitar cada local para configurar fisicamente os dispositivos de rede. O resultado é uma rede altamente flexível que pode se adaptar a padrões de tráfego em mudança.

À medida que as empresas continuam a adotar soluções em nuvem e móveis, as expectativas para provisionamento rápido e automação aceleram além do que as redes existentes podem fornecer. A resposta é uma arquitetura SDN que reduz os gastos de capital enquanto simplifica as operações de rede. Como em muitas tendências de TI, as SDNs estão transformando redes dentro de empresas e entre empresas e provedores de serviços globalmente.

O que torna a tecnologia SDN tão atraente é que ela oferece aos engenheiros novas maneiras de programar suas redes, tornando possível para eles criar configurações de rede que anteriormente seriam impossíveis ou proibitivamente caras.

Por que as empresas precisam de networking definido por software?

Os padrões de tráfego de rede organizacional mudaram consideravelmente nos últimos anos, à medida que mais sistemas foram transferidos para a nuvem e a demanda por aplicativos amigáveis para dispositivos móveis cresceu. Embora as topologias de rede convencionais fizessem sentido quando os aplicativos rodavam em uma base cliente-servidor básica, algo mais flexível agora é essencial.

Não é segredo que aplicativos no data center se tornaram profundamente dependentes do desempenho previsível da rede e podem responder rapidamente a mudanças de serviço através de mecanismos de autoatendimento. Isso levou a uma visão mais centrada em software da rede, com muitas equipes de aplicativos buscando mais controle sobre a entrega de seus aplicativos. Em comparação, as equipes de TI buscam um controle mais rigoroso sobre a complexidade da infraestrutura e os custos.

As empresas de hoje precisam de tecnologia que garanta que suas operações estejam sempre em funcionamento, sejam flexíveis e escaláveis para apoiar o crescimento dos negócios. O networking definido por software oferece controle de rede contínuo, eficiência operacional e resultados de negócios acelerados.

O SDN permite que as redes empresariais sejam configuradas dinamicamente sob demanda e respondam de forma transparente a várias mudanças de serviço, integrando essas funções em um único plano de controle. Em resumo, switches e roteadores de rede se tornam programáveis, permitindo que as equipes de TI alcancem controle absoluto sobre como seus recursos de rede são utilizados. Isso, em última análise, permite que eles ofereçam uma experiência de maior qualidade para os usuários finais.

Como resultado, as empresas podem distribuir mais efetivamente os recursos de rede. Como a rede é controlada por software, é mais ágil, simples de manusear e pronta para se adaptar a novos casos de uso. O SDN permite a natureza programável das redes através de aplicativos de software usando APIs abertas.

As organizações também podem usar redes definidas por software para melhorar a segurança da rede, categorizando o tráfego de negócios. Redes específicas podem ser classificadas como altamente seguras e transportar dados críticos, enquanto outras podem ser públicas. Se um hacker obtiver acesso a um servidor web voltado para o público, ele está limitado a essa parte da rede e não pode acessar outros segmentos, como as redes de data center protegidas.

O que o networking definido por software não é?

O networking definido por software é uma nova abordagem revolucionária para o gerenciamento de redes que permite que as empresas controlem e programem facilmente seus sistemas. O SDN pode resolver muitos problemas, mas antes de mudar para uma arquitetura SDN, as empresas devem entender claramente o que o networking definido por software não é.

• O networking definido por software não é networking baseado em intenção (IBN). Tanto o networking baseado em intenção quanto o SDN podem compreender a configuração e interação da rede em vários dispositivos, mas são diferentes. Embora o SDN separe o controle de gerenciamento dos dispositivos, ele mantém uma visão centrada no dispositivo da rede. As diretivas no IBN são abstraídas em um nível mais alto, movendo-as de centradas no dispositivo para centradas nos negócios.
• O networking definido por software não é automação de rede. Embora o SDN e a automação de rede sejam ambos baseados em código, eles não são iguais. O SDN cobre apenas um subconjunto da automação. A combinação de automação de rede com virtualização permite que as empresas introduzam rapidamente novas tecnologias, como o SDN, na infraestrutura.

Entendendo como o networking tradicional funciona

Conhecer como as redes de infraestrutura tradicionais funcionam é uma parte essencial para entender como o SDN funciona. As redes tradicionais são caracterizadas por conectividade de ponta a ponta, o que significa que cada computador pode se comunicar diretamente com todos os outros computadores.

Isso permite que os computadores usem várias tecnologias, como redes locais (LANs), redes de longa distância (WANs), redes sem fio urbanas e até satélites para se conectar à mesma rede.

A infraestrutura de rede tradicional é composta por hardware e software. Ela permite a computação e comunicação entre usuários, serviços, aplicativos e processos. Equipamentos de rede de função fixa, como switches e roteadores, são a base das redes tradicionais. Cada um desses dispositivos tem um propósito específico que funciona bem com os outros e ajuda a manter a rede.

As redes são retratadas como unidimensionais, com linhas conectando nós, mas esse não é o caso. Uma rede tem três dimensões conhecidas como "planos": o plano de dados, o plano de controle e o plano de gerenciamento. Um plano é uma representação abstrata de onde certas operações ocorrem no networking.

Plano de dados

Também conhecido como plano de encaminhamento, o plano de dados é uma camada de rede com infraestrutura para transportar tráfego de rede. A funcionalidade do plano de dados em redes convencionais é fornecida por firmware em switches ou outros dispositivos.

As ações do plano de dados dependem do plano de controle. O tráfego do plano de dados deve ser segregado e regulado para proteger o roteador e a rede de vários ataques. Esses riscos podem se originar tanto de tráfego válido quanto malicioso, e a estratégia de segurança do plano de dados deve levar em conta todos os cenários.

Plano de controle

O plano de controle é a camada de rede que transporta o tráfego de sinalização e é responsável pelo roteamento. Um plano de controle realiza sua tarefa de forma independente. Ele contém protocolos de rede para comunicação entre elementos de rede, como roteamento, sinalização, protocolos de estado de link e protocolos de controle adicionais para construir serviços de rede.

Plano de gerenciamento

O plano de gerenciamento é um subconjunto do plano de controle que lida com o gerenciamento de dispositivos e tráfego administrativo. Proteger o plano de gerenciamento é tão importante quanto proteger o plano de controle para o funcionamento eficaz do roteador e da rede. O acesso não autorizado invariavelmente resulta de um plano de gerenciamento comprometido, permitindo que um invasor comprometa ainda mais os planos de tráfego IP, adicionando rotas e alterando fluxos de tráfego.

A comutação e o roteamento em redes de computadores são tradicionalmente feitos usando componentes de hardware com os três planos acima. Recentemente, a tendência tem sido mudar para dispositivos de rede baseados em software que rodam em unidades de processamento central (CPUs) de propósito geral.

Como o networking definido por software funciona?

O networking definido por software está se tornando cada vez mais popular em grandes data centers, WANs, escritórios de filiais, campi, redes de data center e redes de telecomunicações por uma razão empolgante: ele aumenta a eficiência da rede. Com sua capacidade de alocar recursos dinamicamente para reduzir custos de manutenção e complexidade operacional, o SDN está emergindo como uma ferramenta poderosa para redes modernas.

No networking definido por software, o software é desacoplado do hardware. O plano de controle, que determina para onde o tráfego deve ser enviado, é movido para o software pelo SDN. Mas o plano de dados, que envia informações, permanece no hardware. Isso permite que os administradores de rede que utilizam o SDN programem e administrem toda a rede a partir de um único ponto de controle, em vez de por dispositivo.

O SDN elimina a necessidade de gerenciar individualmente dispositivos, como roteadores ou switches tradicionais. Isso tem implicações para a arquitetura, economia e segurança de uma rede empresarial.

Embora não haja um modelo único para o networking definido por software, a topologia desse tipo de rede mudou ao longo do tempo. O paradigma OpenFlow, que foi crucial no desenvolvimento e padronização inicial do SDN, foi um dos primeiros protocolos de comunicação SDN.

Essa estratégia, gerida pela Open Networking Foundation (ONF), exige que as empresas implantem elementos de rede físicos, como controladores SDN, roteadores e switches, explicitamente projetados para suportar o protocolo OpenFlow. À medida que o SDN cresceu, muitas pessoas descobriram que o paradigma básico era muito restritivo e desenvolveram métodos alternativos.

Como resultado, modelos de virtualização de rede surgiram, permitindo que redes virtuais fossem criadas. Essas redes virtuais podem ser separadas do hardware de rede subjacente e controladas por software.

Arquitetura SDN

O networking definido por software é composto por três componentes principais que podem ou não estar fisicamente localizados juntos: a camada de aplicação, a camada de controle e a camada de infraestrutura.

Camada de aplicação

A camada de aplicação contém os aplicativos ou funções de rede padrão que as empresas utilizam para melhorar a velocidade dos aplicativos, simplificar a TI e aumentar a segurança. Exemplos desses sistemas são sistemas de detecção de intrusão, controladores de otimização de WAN (WOCs), sistemas de balanceamento de carga e firewalls de aplicativos.

As redes tradicionais exigem equipamentos de rede dedicados para essas funções. Uma rede definida por software substitui o dispositivo por um aplicativo que gerencia o comportamento do plano de dados através de um controlador. Programas na camada de aplicação transmitem instruções de rede específicas para o controlador SDN.

Camada de controle

A camada de controle é responsável pelas políticas e fluxo de tráfego de uma rede. Os requisitos apresentados pela camada de aplicação são processados pela camada de controle, que posteriormente os envia para a infraestrutura de rede subjacente. A camada de controle também envia dados da camada de infraestrutura de volta para a camada de aplicação para melhorar a funcionalidade.

O controlador SDN, que liga as camadas de aplicação e infraestrutura, faz parte da camada de controle. O software do controlador SDN oferece uma visão centralizada e controle sobre toda a rede. As equipes de rede usam o controlador para regular como a camada de encaminhamento da infraestrutura subjacente lida com o tráfego.

O controlador também é responsável por impor regulamentos que governam a atividade da rede. Os administradores de rede definem políticas que são implementadas de forma consistente em todos os nós da rede. As políticas de rede são regras que definem qual grau de acesso ao tráfego da rede tem, quantos recursos são permitidos e qual prioridade é dada.

Camada de infraestrutura

No data center, a camada de infraestrutura abriga os switches e roteadores reais da rede. Esses dispositivos de rede são responsáveis por funções cruciais de encaminhamento e capacidades de processamento de dados e coletam informações críticas, como uso e topologia da rede, para relatar de volta à camada de controle.

As três camadas acima se comunicam usando APIs norte-sul. A API norte permite comunicações entre as camadas de controle e aplicação, enquanto a API sul permite comunicações entre as camadas de controle e infraestrutura.

APIs norte

Aplicativos em uma rede definida por software dependem do controlador para informá-los sobre a disponibilidade da infraestrutura de rede para determinar quais recursos estão disponíveis. O controlador SDN pode garantir automaticamente que o tráfego de aplicativos seja roteado de acordo com as políticas definidas. Os aplicativos se comunicam com a camada de controle através de APIs norte, informando-os sobre seus recursos necessários e seu destino pretendido.

A camada de controle orquestra como os recursos disponíveis são alocados para os aplicativos na rede. Ela também emprega inteligência para determinar o melhor caminho para o aplicativo em termos de latência e segurança. As APIs norte são geralmente APIs RESTful. A orquestração é totalmente automatizada e não requer configuração manual.

APIs sul

O controlador SDN usa APIs sul para se conectar com infraestruturas de rede, como roteadores e switches. A infraestrutura de rede é informada sobre o caminho que os dados do aplicativo devem seguir, conforme determinado pelo controlador.

O controlador pode modificar como os roteadores e switches movem dados em tempo real. Os dados não dependem mais de dispositivos e tabelas de roteamento para determinar para onde viajam. Em vez disso, a inteligência do controlador toma decisões informadas que melhoram a rota dos dados.

Tipos de networking definido por software

Aplicações de próxima geração exigem novas arquiteturas de rede para lidar com mais tráfego, fornecer melhor desempenho e reduzir custos. As redes definidas por software lideram esse esforço ao transferir o controle de networking do hardware tradicional para o software que roda em hardware de servidor comum.

No entanto, existem várias arquiteturas SDN que variam em seus detalhes de implementação, estrutura de controlador e interfaces de gerenciamento.

• SDN aberto: Uma arquitetura SDN aberta controla os dispositivos virtuais e físicos que roteiam pacotes de dados usando protocolos abertos.
• API SDN: Esta topologia controla o fluxo de dados de e para cada dispositivo utilizando interfaces de programação, também conhecidas como APIs sul.
• Modelo de sobreposição SDN: O SDN constrói uma rede virtual sobre o hardware atual, oferecendo túneis com canais para data centers. O modelo então atribui dispositivos a cada canal e distribui largura de banda em cada canal.
• Modelo híbrido SDN: Esta topologia combina as melhores características do SDN com o networking tradicional, permitindo que o melhor protocolo para cada tipo de tráfego seja alocado. O SDN híbrido é frequentemente utilizado como uma abordagem de transição para o SDN.

Networking definido por software vs. virtualização de funções de rede

O setor de networking está sempre na vanguarda da mudança, lidando com um cenário econômico e tecnológico em constante alteração, enquanto gerencia simultaneamente expectativas de consumidores cada vez mais altas. Alguns dos disruptores mais visíveis foram a crescente prevalência de smartphones e aplicativos baseados na internet, o boom do 5G, as necessidades de WAN em mudança e a criação de novos padrões de tráfego a partir de conexões IoT.

Quando combinados com um rápido aumento na demanda por largura de banda dinâmica e serviços sob demanda, receitas achatadas e uma necessidade urgente de reduzir custos, provedores de serviços e empresas não têm escolha a não ser mudar suas redes e operações.

Networking definido por software e virtualização de funções de rede (NFV) são dois conceitos que estão ganhando muita tração. Os termos são frequentemente usados de forma intercambiável dentro da indústria, embora alcancem objetivos diferentes.

Networking definido por software

Networking definido por software é uma arquitetura de networking que permite configuração de rede dinâmica e programaticamente eficiente para aumentar o desempenho geral da rede, tornando as redes mais ágeis e adaptáveis. O SDN controla redes ao desacoplar os planos de controle e encaminhamento para permitir provisionamento mais automatizado e gerenciamento de recursos de rede baseado em políticas.

O SDN serve seus usuários com um método para controlar serviços de rede através de software que torna as redes programáveis centralmente e permite uma configuração mais rápida. Ele permite que empresas e provedores de serviços se adaptem rapidamente às demandas e requisitos de negócios em mudança, melhorando, em última análise, o controle da rede.

Virtualização de funções de rede

Virtualização de funções de rede é uma arquitetura de rede que permite que operadores de rede entreguem serviços mais rapidamente e por menos custo ao transferir funções como firewalls e criptografia de hardware dedicado para servidores virtuais. Isso consolida diferentes funções em um único servidor físico e reduz os custos totais. A NFV permite que vários operadores de rede implementem políticas de rede sem se preocupar com onde as funções devem ser colocadas na rede ou como rotear o tráfego.

A NFV é um método de virtualizar serviços de rede (como roteadores, firewalls e balanceadores de carga) e permitir que eles rodem em máquinas virtuais. Vários sistemas operacionais podem compartilhar um único processador de hardware com a ajuda de um hipervisor chamado gerenciador de máquinas virtuais. Em comparação com redes criadas com equipamentos de networking tradicionais, a NFV fornece redes de alto desempenho com melhor escalabilidade, flexibilidade e adaptabilidade a preços mais baixos.

A indústria de telecomunicações desenvolveu inicialmente a NFV para lidar com o processo cada vez mais complexo de gerenciar e provisionar serviços de rede. Há também uma demanda crescente por novos modelos de negócios e ofertas de serviços inovadoras. Os casos de uso para NFV estão aumentando e evoluindo, desde redes de núcleo móvel virtualizadas e serviços Ethernet de operadora até redes WAN de varejo e empresariais e redes IoT.

SDN vs. SD-WAN

A natureza acelerada dos negócios e as mudanças na tecnologia resultaram em uma necessidade crescente de redes responsivas. As empresas modernas precisam de soluções de networking ágeis, confiáveis e seguras para operar de forma eficiente. O aumento no uso móvel, adoção de nuvem e o advento da IoT adicionaram complexidade adicional às redes tradicionais.

Para enfrentar esse desafio e oferecer os benefícios do networking definido por software, as empresas usam uma rede de longa distância definida por software (SD-WAN) que fornece acesso seguro e confiável em toda a rede empresarial.

No entanto, com o SDN sendo uma das tecnologias mais comentadas hoje, as organizações também estão focadas em entender do que se trata o SDN e como ele pode ajudar as empresas a construir redes mais responsivas.

SDN e SD-WAN são duas ideias relacionadas que descrevem redes que podem ser controladas e monitoradas usando software. Ambos representam mudanças tecnológicas essenciais que impactarão como empresas e provedores de tecnologia movem e gerenciam o tráfego de rede no futuro. Entender suas diferenças é fundamental para criar redes ágeis.

Networking definido por software

Networking definido por software foi criado para satisfazer as demandas de computação tanto em LANs quanto em redes de provedores de serviços. O objetivo era criar conexões dinâmicas, flexíveis e escaláveis dentro do data center e nas redes principais para acomodar necessidades em mudança.

As SDNs são diretamente programáveis, permitindo uma plataforma flexível e gerenciada centralmente que separa o plano de controle, que decide para onde o tráfego deve ser roteado, do plano de dados, que define como o tráfego deve ser entregue.

Rede de longa distância definida por software

Rede de longa distância definida por software é uma extensão do SDN que se concentra na borda da rede (a área onde um dispositivo ou rede local se conecta à Internet) e permite que as empresas conectem vários locais distantes utilizando a internet e a comutação de rótulos multiprotocolo (MPLS). Inclui um conjunto de utilitários voltados para a borda, como capacidades de firewall.

A principal diferença entre os dois é que o SD-WAN fornece uma rede de longa distância que conecta muitos locais, tornando-o um SDN na WAN. Outra distinção significativa é que o SD-WAN é gerenciado pelo fornecedor em vez de por recursos internos. O SD-WAN requer menos esforço de um engenheiro de rede porque o fornecedor fornece o serviço.

Casos de uso do SDN

A adoção do SDN criou um burburinho nos círculos de TI. Quantificar seu impacto continua sendo um desafio porque ele tem muitas aplicações em toda a empresa. Existem três categorias amplas onde as organizações estão usando o SDN: redes, armazenamento e cargas de trabalho.

Para ter uma ideia de para onde o SDN está indo, vamos dar uma olhada em alguns dos casos de uso típicos sendo implementados em toda a indústria.

• Escalando o data center empresarial: As empresas têm utilizado o SDN para criar data centers escaláveis, o que significa que os engenheiros podem usar mais ou menos recursos para gerenciar eficientemente o armazenamento de dados definido por software e o consumo.
• Implantação de aplicativos: O SDN permite que as equipes de aplicativos liberem e controlem aplicativos a partir de uma rede central.
• Protegendo a arquitetura IoT: Embora os dispositivos IoT ofereçam conveniência e opções, eles também oferecem aos hackers e outros ladrões de dados vários pontos de acesso. Com o SDN, os desenvolvedores de IoT podem oferecer uma camada protetora central e personalizada que ajuda a salvaguardar o processo.
• Suporte ao networking baseado em intenção: Com o networking baseado em intenção, as equipes podem instruir a rede sobre o que ela precisa realizar de acordo com os objetivos específicos de negócios. Uma infraestrutura habilitada para SDN pode personalizar o funcionamento de vários componentes de uma maneira que harmonize com objetivos em larga escala.

Desafios do SDN

O networking definido por software inaugurou outra revolução na rede, como software de código aberto, computação em nuvem pública e virtualização. Ele mudou a maneira como as redes são construídas e gerenciadas na empresa. O SDN proporcionou enorme flexibilidade, impulsionou ganhos de eficiência multifacetados e expandiu o escopo da automação para incluir operações de rede definidas por software, segurança de rede e serviços SD-WAN.

Não importa como você planeja usar o SDN, é imperativo que você entenda os desafios do SDN e como ele afetará sua organização para evitar riscos indevidos.

• Riscos de segurança: Embora o SDN torne o networking mais fácil, ele também representa um risco de segurança. A administração centralizada é um ponto único de falha, então se ela falhar, toda a rede sofre.
• Padrões de API norte: Fornecedores e entidades de código aberto estão criando diferentes APIs para seus controladores SDN, já que não há um padrão amplamente reconhecido para APIs norte. Isso complica o desenvolvimento de aplicativos, pois os desenvolvedores devem criar várias versões de aplicativos para que eles funcionem com diferentes controladores.
• Gargalos do controlador SDN: Quando um controlador SDN tem apenas uma instância, ele pode criar um gargalo para uma rede com muito tráfego, roteadores e switches. Basicamente, há muito para se conectar com uma única instância de controlador.

Benefícios do SDN

As empresas que investem em SDN são frequentemente atraídas por sua capacidade de lidar com aplicativos intensivos em dados. Além desse objetivo, o SDN oferece uma infinidade de vantagens que o tornam um empreendimento valioso. Listados abaixo estão alguns dos benefícios mais significativos.

• Aumento da adaptabilidade: O SDN ajuda as empresas a serem mais ágeis ao separar o plano de controle, que é responsável por rotear o tráfego de rede, do plano de dados, que envia dados através de roteadores. A natureza dinâmica e de alta largura de banda dos aplicativos de hoje precisa dessa escalabilidade.
• Melhor uso dos recursos de rede: As organizações que mudam para o SDN podem economizar dinheiro em despesas operacionais (OPEX) usando recursos virtuais.
• Aumento da programabilidade: O SDN ajuda as equipes de TI a instalar, proteger e otimizar facilmente os recursos de rede, já que não há protocolos específicos de fornecedor ou software proprietário. A rede é diretamente programável porque o plano de controle é separado do plano de encaminhamento.
• Gestão simplificada: Uma rede definida por software resulta em uma arquitetura mais fácil de operar, pois não requer especialistas em rede altamente qualificados para operá-la.

A nova forma de networking

Como uma indústria em constante evolução, o networking está sempre em busca de tecnologias emergentes para atender às demandas dos clientes. Mudar para o SDN é um marco essencial para as empresas. Ele proporciona uma excelente melhoria de eficiência na gestão de recursos de rede, melhora a resiliência e simplifica a implantação de serviços.

As redes empresariais estão evoluindo de centradas em dispositivos para baseadas em intenção. Aprenda como networking baseado em intenção (IBN) pode ajudá-lo a construir redes que são inteligentes e ágeis.