Redes definidas por software

Las redes definidas por software separan el plano de control de la red de su plano de datos, trasladando las decisiones de enrutamiento y políticas a un controlador lógicamente centralizado y programable que configura el comportamiento de reenvío de conmutadores simples a través de una interfaz abierta.

Definition

Las redes definidas por software son una arquitectura de red en la que el plano de control se desacopla del plano de datos y se hace lógicamente centralizado y programable, de modo que un controlador instala reglas de reenvío en dispositivos de reenvío de paquetes que de otro modo serían simples.

Scope

Este tema abarca el paradigma SDN: la separación de un plano de control lógicamente centralizado de los dispositivos de reenvío distribuidos, la abstracción de coincidencia-acción mediante la cual los conmutadores reenvían paquetes de acuerdo con las reglas de flujo instaladas por el controlador, la interfaz de "southbound" (notablemente OpenFlow) entre el controlador y los conmutadores, y la interfaz de "northbound" mediante la cual las aplicaciones programan el comportamiento de la red. Trata los beneficios de SDN para la programabilidad y la ingeniería de tráfico, y sus desafíos de escalabilidad y resiliencia. Excluye los protocolos de enrutamiento distribuidos tradicionales con los que contrasta.

Core questions

• ¿Cómo separa SDN el plano de control del plano de datos, y por qué?
• ¿Qué es la abstracción de coincidencia-acción (tabla de flujo) utilizada por los conmutadores SDN?
• ¿Qué papel desempeñan las interfaces de "southbound" (por ejemplo, OpenFlow) y de "northbound"?
• ¿Qué beneficios ofrece el control centralizado y programable para la ingeniería de tráfico y la innovación?
• ¿Cuáles son los desafíos de escalabilidad, latencia y resiliencia de un plano de control centralizado?

Key concepts

• separación del plano de control y del plano de datos
• controlador lógicamente centralizado
• coincidencia-acción (tablas de flujo)
• OpenFlow (interfaz de "southbound")
• API de "northbound"
• programabilidad de la red
• ingeniería de tráfico
• escalabilidad y resiliencia del controlador

Key theories

Separación del plano de control y de datos

SDN descompone la funcionalidad de la red en un controlador programable y lógicamente centralizado que decide el comportamiento de reenvío y conmutadores simples que simplemente ejecutan reglas instaladas, reemplazando el control distribuido por dispositivo de las redes tradicionales.

Reenvío de coincidencia-acción y OpenFlow

Los conmutadores SDN reenvían paquetes haciendo coincidir los campos de encabezado con las entradas de la tabla de flujo y aplicando las acciones asociadas; el protocolo OpenFlow estandarizó cómo un controlador programa estas tablas entre proveedores, lo que permite la programabilidad independiente del proveedor.

Linaje de redes programables

SDN es la culminación de una larga línea de trabajo para hacer que las redes sean programables y para separar el control del reenvío, basándose en redes activas, esfuerzos de separación del plano de control y sistemas operativos de red centralizados.

Clinical relevance

SDN ha transformado la forma en que se construyen y operan las grandes redes: los proveedores de la nube y los centros de datos utilizan el control centralizado para la ingeniería de tráfico de grano fino, el aislamiento entre inquilinos y el despliegue rápido de nuevas funciones de red, y las redes troncales de área amplia lo utilizan para optimizar la utilización. La programabilidad también ha acelerado la investigación y la innovación en redes al permitir a los operadores definir el comportamiento en software en lugar de esperar nuevo hardware.

History

Las redes definidas por software surgieron de investigaciones anteriores sobre redes programables y activas, y de esfuerzos para separar el plano de control del reenvío. La propuesta de OpenFlow de 2008 proporcionó una interfaz práctica y desplegable para controlar las tablas de flujo de los conmutadores, catalizando una rápida adopción en la investigación y luego en centros de datos a gran escala y redes de área amplia, como se relata en historias intelectuales posteriores del campo.

Debates

Control centralizado versus robustez distribuida

La centralización del plano de control simplifica la optimización global y la programabilidad, pero plantea preocupaciones sobre un único punto de falla, la escalabilidad del controlador y la latencia de consultar al controlador; los diseños prácticos de SDN replican y distribuyen los controladores para recuperar la robustez.

Key figures

• Nick McKeown
• Scott Shenker
• Jennifer Rexford
• Nick Feamster

Seminal works

• mckeown2008
• feamster2014
• kurose2021

Frequently asked questions

¿Qué problema resuelve SDN?

Las redes tradicionales agrupan el control y el reenvío en cada dispositivo y los configuran individualmente, lo que hace que la política y la innovación en toda la red sean lentas y propensas a errores. SDN centraliza la lógica de control en el software con una vista global, por lo que los operadores pueden programar un comportamiento consistente en toda la red y desplegar nuevas funcionalidades mucho más rápidamente.

¿Es el controlador SDN un único punto de falla?

Lógicamente, el plano de control está centralizado, pero en la práctica se implementa como un conjunto distribuido y replicado de controladores para la tolerancia a fallas y la escala. El plano de control es 'lógicamente centralizado' en lugar de ser físicamente una sola máquina, por lo que la red puede seguir funcionando si fallan controladores individuales.