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Columnas de opinión

OpenFlow desmitificado

Por: Omar Baldonado, director de gestión de productos, Big Switch Networks.

[15/11/2011] OpenFlow, la nueva tecnología de red que recientemente dejó la academia e ingresó en la industria, ha generado rumores considerables desde el Interop de Las Vegas 2011, que fue llamada "la fiesta de presentación para OpenFlow". El protocolo es sencillo, pero sus implicaciones en las arquitecturas de red y el total de 16 mil millones de dólares del mercado de conmutación, son de largo alcance.
Voy a revisar los orígenes del OpenFlow y la variedad de los problemas que está resolviendo, cubrir su arquitectura común actual, y luego ver por qué OpenFlow es una tecnología disruptiva que va a revolucionar la forma en que se entrega la funcionalidad de red y cómo se diseñan y operan las redes.
Orígenes
OpenFlow comenzó en un consorcio de universidades, liderado por Stanford y Berkeley, como una manera para que los investigadores utilicen switches Ethernet a nivel empresarial como bloques de construcción personalizados para los experimentos de creación de redes académicas. Ellos querían que su software de servidor tenga acceso directo a las tablas de reenvío del switch, por lo que crearon el protocolo OpenFlow. El protocolo en sí es mínimo -una especificación de 27 páginas que es un conjunto de poderosos comandos, pero de muy bajo nivel, para la modificación, reenvío, espera y entrega de paquetes encontrados. OpenFlow es como una instrucción x86 para la red, en la que se pueden construir capas de software.
En una red OpenFlow, las distintas funciones de control de un switch L2 -Protocolo Spanning Tree, el aprendizaje de direcciones MAC, etc.- están determinados por el software del servidor en lugar de cambiar el firmware. Los primeros investigadores fueron aún más lejos en la definición del protocolo, lo que permite un controlador y switch de OpenFlow para realizar muchas otras funciones tradicionales de control (tales como el enrutamiento, firewall y balanceo de carga).
Hoy en día, el protocolo OpenFlow se ha salido de la academia y está impulsado por la Open Networking Foundation, una organización sin fines de lucro cuyos miembros incluyen a muchos proveedores de redes y proveedores de tecnología de chips, y tiene un consejo que junta a algunos de los mayores operadores de red en el mundo como Google, Microsoft, Yahoo, Facebook, Deutsche Telekom y Verizon.
La evolución de su uso
Hace tres años OpenFlow fue impulsado en su totalidad por un pequeño número de universidades y fabricantes de switchs que creyeron en el apoyo a la investigación. OpenFlow permitió que los investigadores prueben nuevos diseños del protocolo e ideas de manera segura en pequeños espacios de redes de producción y tráfico.
Hace dos años, la programación de OpenFlow comenzó a atraer el interés de equipos de redes de centros de datos de hiper-escala, que estaban en busca de una forma que les permita soportar clusters de map-reduce/Hadoop. Estos grupos tienen requerimientos de red muy específicos: Cada servidor necesita un ancho de banda de red igual a todos los otros servidores, un requisito conocido como "ancho de banda transversal". (Nota: esto no es exactamente la norma en los grandes centros de datos hoy en día -la sobre suscripción a 8x-32x se ve a menudo para controlar los costos).
Poco después, los operadores de nube pública (IaaS) comenzaron las investigaciones sobre arquitecturas OpenFlow al ver que la misma llena los requisitos de la sección transversal de ancho de banda de los inquilinos con un gran número de máquinas virtuales que se encontraban dispersas a través de bastidores y filas en sus centros de datos. Estos proveedores de IaaS fueron impulsados igualmente por la necesidad de contar con soporte de multi-tenencia, un requisito que supera las capacidades de los scripts tradicionales y las VLAN, debido a las restricciones de escala y velocidad. Esto dio lugar a una nueva clase de aplicaciones OpenFlow y a la investigación en virtualización de la red.
Hoy en día, el uso de OpenFlow por las redes de multi-tenencia está liderando el camino a medida que OpenFlow se mueve del dominio de los centros de datos de hiper-escala a los proveedores de IaaS y el centro de datos empresarial.
Arquitectura en la práctica
Las soluciones más actuales de OpenFlow incorporan una arquitectura de tres capas, donde la primera está compuesta por todos los switches Ethernet importantes que estén habilitados con OpenFlow. Por lo general, se trata de switches Ethernet físicos que tienen la característica de OpenFlow habilitada. También hemos visto switches de software e hipervisores con OpenFlow habilitado y routers con OpenFlow habilitado. Sin duda están en camino más dispositivos.
Hay dos capas de software en el servidor: un OpenFlow Controller y aplicaciones de software OpenFlow construidas en la parte superior del Controller.
Controller es una plataforma que habla hacia el sur directamente con los switches utilizando el protocolo OpenFlow. Hacia el norte, Controller ofrece una serie de funciones para las aplicaciones de software OpenFlow -que incluyen la administración de los recursos del switch en una visión unificada de la red y provee la coordinación y las bibliotecas comunes a las aplicaciones.
En la capa superior, las aplicaciones de software OpenFlow implementan las funciones de control real de la red, tales como la conmutación y el enrutamiento. Las aplicaciones son simplemente un software escrito en la parte superior de la vista de red unificada y bibliotecas comunes proporcionadas por Controller. Por lo tanto, esas aplicaciones pueden centrarse en la implementación de un algoritmo de control en particular, y luego pueden aprovechar las capas OpenFlow por debajo de ellas para crear una instancia del algoritmo en la red.
Esta arquitectura OpenFlow de tres capas debe sentirse muy familiar para los arquitectos de software. Por ejemplo, considere la arquitectura del servidor de aplicaciones web: aplicaciones sentadas en la cima de un servidor de aplicaciones web que está sobre una capa de base de datos. Cada una de las capas inferiores presenta una abstracción/API ascendente que simplifica el diseño de las capas superiores.
Hoy en día, el término "OpenFlow" se utiliza en dos sentidos -puede hacer referencia al "Protocolo OpenFlow", el bien definido "instrucciones x86 para la red", o a una "arquitectura OpenFlow", con sus capas de switches, controladores y aplicaciones.
Ruptura
OpenFlow ha sido un tema controvertido en la industria de redes, en parte, a causa de las primeras afirmaciones de que el objetivo era convertir el hardware de conmutación en un commodity. Obviamente, dado que el protocolo requiere la cooperación entre el hardware de conmutación y el software del controlador, este objetivo era algo así como algo inútil para los socios de conmutación que necesitaban participar en el esfuerzo. Aunque este debate aún continúa en algunos rincones de la industria, la mayoría de las empresas que están cerca al OpenFlow ya han visto que es una manera de acelerar la innovación y diferenciar realmente sus soluciones de hardware y demás.
El panorama general es que OpenFlow y el gran movimiento de la industria de redes llamado "Software-Defined Networking" (redes definidas por el software), que promete una verdadera ruptura, ya que permite una rápida innovación -nueva funcionalidad de red implementada como una combinación de aplicaciones de software y dispositivos programables, pasando por las múltiples aprobaciones e implementaciones anuales de los protocolos de red tradicionales. Esta aceleración es posible debido al diseño de capas de la arquitectura de software/hardware.
El ejemplo más reciente de una industria que está siendo transformada por este tipo de arquitecturas es la industria de la telefonía móvil y sus tiendas de aplicaciones. Los teléfonos antes de esto eran monolitos: una sola compañía fabricaba el teléfono, su sistema operativo y sus "apps" -una libreta de direcciones y tal vez un par de juegos. Hoy en día, estamos en la era de los "Software-Defined Mobile Devices", dispositivos móviles definidos por el software. La nueva arquitectura tiene a las aplicaciones móviles en la cima de los marcos de desarrollo limpiamente definidos, y los marcos teóricos proporcionan una abstracción del hardware subyacente. Esto ha dado lugar a la creación de ecosistemas completos de empresas que constantemente sacan nuevas aplicaciones. Muchos de nosotros hemos personalizado nuestros dispositivos con docenas de aplicaciones que hacen que el dispositivo haga exactamente lo que necesitamos.
Ahora regrese a la red, una industria madura para este mismo tipo de transformación. Hoy en día, las arquitecturas OpenFlow están empezando a ser implementadas con unas pocas aplicaciones específicas. Durante los próximos meses y años, deberíamos ver una progresión constante de nuevas aplicaciones de software de redes que lleguen al mercado desde nuevos ecosistemas de empresas, ofreciendo a los clientes exactamente lo que necesitan de la red. Esa es la gran visión, y eso es lo que está causando todo el revuelo.
Network World (EE.UU.)