Universidad Mariano Gálvez de Guatemala Facultad de Ingeniería en Sistemas de Información Licenciatura en Ingeniería en Sistemas de Información Plan Fin de Semana. Sección “B” Curso: Sistemas Operativos 2
Tema de Investigación:
NFV y SDN
0900-04-1383
César Alejandro Alvarizaes Hoenes Guatemala, 24 de Febrero de 2017
Origen Composición del Framework Network Functions Virtualization Infrastructure (NFVI): constituye la base general de la arquitectura; contiene el hardware para alojar las máquinas virtuales, el software que hace posible la virtualización y los propios recursos virtualizados . Virtualized Network Function (VNF): utiliza las máquinas virtuales que ofrece el bloque NFVI, construyendo sobre ellas las funciones virtualizadas de red añadiendo el software necesario.
Es un marco de referencia general relacionado con la arquitectura de redes, orientado a virtualizar diferentes elementos dentro de las mismas. Este escenario se crea a partir de las necesidades dentro del mercado de las telecomunicaciones, en constante evolución, y que en los últimos años se ha encontrado ante la necesidad de utilizar arquitecturas más flexibles (menor dependencia de fabricantes, estándares abiertos) a la vez que se mantienen los niveles de servicio y exigencia.
Management and Orchestration (MANO): MANO se define como un bloque separado dentro de la arquitectura, que interactúa tanto con NFVI como con VNF. Se delega en esta capa toda la gestión de los recursos de la capa de infraestructura (incluyendo la creación, borrado y reserva de espacio necesarios para la gestión de las diferentes máquinas virtuales).
Inicio Puede considerarse 2012 como el inicio oficial de NFV, a partir del whitepaper “Network Functions Virtualization” presentado en octubre de dicho año por miembros del ETSI en Alemania, relacionado con SDN y OpenFlow. En dicha presentación, se plantearon los siguientes puntos clave:
Descripción Cada VNF realizará una función de red (router, switch, firewall) y la combinación de varias VNFs servirá para implementar el segmento de red virtualizado. Es importante destacar este punto, pues una VNF en sí misma no aporta una solución NFV, sino que es la agrupación de las mismas de manera ordenada la que permite obtener el resultado deseado. En general, la virtualización de elementos (utilizada para PCs desde hace un tiempo a través de plataformas como VMWare), puede enfocarse hacia los siguientes elementos:
NFV Network Function Virtualization
Necesidades de diseño para nuevos equipamientos Costes y restricciones físicas de fabricación Alto nivel de conocimiento necesario para operar las soluciones propietarias de HW/SW Complejidad HW en las soluciones de fabricante Ciclo de vida muy corto, lo que hace mínima la vida útil de dicho hardware El ciclo de producto comienza antes de haber podido comenzar el retorno de inversión Este nuevo conjunto de necesidades desemboca en la creación de nuevas soluciones, más ágiles y efectivas, nacidas en este nuevo entorno y orientadas a la agilidad, escalabilidad y facilidad de implementación.
El enfoque NFV se aleja de la concepción dependiente de varias plataformas hardware para dotar soluciones, pasando a un modelo de uso de plataformas estandarizadas que soporten soluciones virtuales que provean las soluciones de función de red requeridas.
Dispositivos de función de red: switches, routers, puntos de acceso a red, CPEs (Customer Premise Equipments) ,…. Dispositivos de IT relacionados con red: firewalls, sistemas IDS (Intrusion Detection Systems), sistemas de gestión de dispositivos de red. Almacenamiento enlazado a red: NAS (Network Attached Storage): servidores de archivos o bases de datos conectados a la red. De esta manera se consigue sustituir elementos realmente complejos y especializados con sistemas equivalentes que se ejecutan sobre hardware genérico. Se pasa de soluciones aisladas, sin posibilidad de compartir recursos HW, a soluciones basadas en plataformas compartidas, que ofrecen flexibilidad e independencia de los diferentes fabricantes.
Ventajas Simplificar la implantación de elementos de red: se pasa de soluciones complicadas, jerarquizadas y específicas a soluciones más flexibles, que permiten una implantación más sencilla y modificaciones más rápidas y de menor impacto. Conseguir mayor velocidad en el despliegue de elementos de red: pasamos de depender de una implantación hardware complicada y larga a implantaciones SW directas, mucho más rápidas Aumento en la escalabilidad de la red: ya no se necesita un número tan elevado de equipos hardware para escalar la red, puesto que con los elementos virtualizados puede realizarse de forma directa hasta conseguir ratios muy elevados. Independencia de los fabricantes de equipos: se elimina la dependencia de ciertos grandes fabricantes para algunas soluciones , lo que aminora los costes y permite evoluciones más rápidas Interoperabilidad (estándares abiertos): permite asegurar la compatibilidad entre diferentes elementos que cumplan la norma del framework general. Seguridad: mediante la orquestación y visión conjunta de los diferentes elementos de red a través de sistemas de gestión común, se mejoran las capacidades de seguridad de la red; además, se puede dotar a los clientes de un espacio virtual para sus configuraciones personalizadas de firewalling y seguridad, sin afectar al resto de la red. Menor Time-To-Market: la comercialización de los productos de los proveedores podrá hacerse de una forma mucho más rápida, evitando perder oportunidades de negocio por largos plazos de implantación de servicios físicos. Desarrollo software: la arquitectura asociada a NFV/SDN permite que desarrolladores de SW “puros” comiencen a aportar sus soluciones, aumentando el abanico de funcionalidades y potencia asociada a las diferentes aplicaciones de red. Ahorro de costes: Reducción de la inversión requerida (CapEx, Capital Expenses) Reducción del coste de operación (OpEx, Operation Expenses)
Futuro y Evolución
SDN Y NFV Ambas tecnologías en combinación con Ethernet están modificando la situación de las redes, sobre todo en los centros de datos, de manera ostensible, alineando los servicios de comunicaciones al entorno CLOUD, que hasta ahora se centraba principalmente en los ámbitos IT. Pese a su estrecha relación, SDN y NFV no dependen el uno del otro, y pueden funcionar de manera independiente, aunque su implementación conjunta ofrece soluciones mucho más potentes: puesto que en ambos escenarios es necesaria una correcta orquestación del conjunto de los servicios, la visión conjunta de estas funciones hace que la solución sea mucho más efectiva. Además, el esquema de herramientas de gestión y monitorización de SDN para los diferentes planos encaja perfectamente con las necesidades de NFV, lo que implica que las soluciones de gestión “concertadas” entre SDN y NFV son ideales para gestionar los entornos multiproveedor. Podemos por tanto considerar NFV como una de las aplicaciones claras del paradigma SDN en los entornos de redes de gran tamaño. Los operadores de red dominantes en el mercado están trabajando en esta línea, analizando de forma continua cómo la implementación de estos nuevos modelos puede ayudar a un desarrollo de los servicios que ofrecen a sus clientes finales.
SDN Software Defined Network
Descripción Es un conjunto de técnicas relacionadas con el área de redes enfocadas a simplificar la provisión y gestión de las mismas. Este cambio de paradigma respecto a las redes “clásicas” se consigue dividiendo el concepto de red en 2 partes: Plano de control → Software → Overlay Network Plano de datos → Hardware → Underlay Network De forma muy resumida, la idea es hacer transparente para el usuario la infraestructura física que sustenta los servicios de red, de manera que la configuración de los servicios de comunicaciones se simplifica de manera significativa. Esta mayor facilidad genera despliegues más rápidos y eficientes, pero a la vez requiere perfiles altamente especializados asociados al diseño y planificación de redes. NFV (Network Function Virtualization) va de la mano de SDN, y se centra en la virtualización de los dispositivos asociados a los servicios requeridos.
La tendencia actual en el entorno de las comunicaciones y el IT, dado el gran impacto que la tranformación digital está teniendo en la sociedad, pasa por algunas claves generales: velocidad, ubicuidad de los datos, seguridad, compartición de contenidos, etc. En lo que a la tecnología NFV se refiere, su implementación y desarrollo completo tiene que ver con este nuevo entorno, basado en dos vías : Cloud: el concepto de Cloud Computing es fundamental a la hora de implementar NFV. Aprovechando las tecnologías de virtualización desarrolladas para los entornos de Clod Computing (virtualización hardware mediante hipervisores, uso de switches Ethernet virtuales para conectar el tráfico entre máquinas virtuales e interfaces físicos, etc), se consigue disponer de un entorno adecuado para el desarrollo a media de las VNFs que puedan ser requeridas. La capacidad de procesamiento del entorno facilita disponer de las funciones de comunicaciones necesarias: procesadores multinúcleo de alta velocidad (que permiten gran rendimiento en términos de anchos de banda de entrada y salida), tarjetas de red Ethernet inteligentes para compartición de carga, routing de paquetes directamente a memoria virtual, drivers Ethernet por sondeo, etc. Además, la propia infraestructura CLOUD ofrece un entorno de alta disponibilidad, lo que asegura un correcto funcionamiento de los elementos de red desplegados con altos ratios de éxito; por otra parte, los propios mecanismos de gestión y orquestación asociados a la CLOUD son aplicables a NFV, cuadrando perfectamente con sus requerimientos: creación automática de instancias de dispositivos virtuales en la red, gestión de recursos asignados a la CPU, reinicio de máquinas virtuales fallidas. Hardware: la rápida evolución en la fabricación de hardware potente y asequible es también fundamental para el avance de la tecnología NFV. A día de hoy, al contrario que hace algunos años, podemos disponer de un volumen importante de servidores estándar a bajo precio. Este tipo de servidores emplean componentes estándar (generalmente x86) e intercambiables, lo que facilita la presencia de un gran número de proveedores a bajos precios. Los equipos de de red “clásicos”, basados en circuitería específica dedicada (ASICs, Application Specific Integrated Circuits) pasarán a ser utilizados en funciones particulares específicas, pero su uso más general no será de aplicación en un periodo relativamente corto dada su poca competitividad en costes. Con esta situación general, parece claro que NFV y SDN serán las tendencias que marquen el nuevo rumbo asociado a las comunicaciones en el futuro. Según algunos estudios recientes publicados (por ejemplo, NFV Hardware, Software, and Services Annual Market Report de IHS Markit), estiman que el merado asociado a NFV tendrá un valor aproximado de 15.5 billones de dólares hacia el año 2020; durante 2015, el valor estimado ah sido de unos 2.7 billones, lo que implica que se estima un crecimiento aproximado de más del 200% del mercado en 5 años. (NOTA: billones de dólares americanos, 1 billón = 1.000 millones). Otras fuentes (por ejemplo PRNewsWire), hablan de un crecimiento aún mayor, de ratios que podrían llegar a rondar el 80% anual hasta 2020. Comprobamos por tanto que la evolución del mercado y las estimaciones de los especialistas apuestan de forma clara por las soluciones NFV/SDN, que marcarán la evolución del mercado de las comunicaciones en los próximos años.