Evaluación de herramientas de simulación de código abierto para redes SDN

Abstract

En los últimos años, existe una tendencia bastante notable que consiste en la separación del plano de control del plano de datos en los sistemas que se encuentran involucrados en las redes actuales. Elementos como los routers o los switches han sido los primeros en experimentar dichos cambios, convirtiéndose así en elementos hardware cuya inteligencia ha sido suprimida. Estas transformaciones a nivel físico, junto a la creación incesante de nuevas aplicaciones de red por parte de los proveedores de red, hacen que la industria no pueda seguir el ritmo de las continuas modificaciones y mejoras aplicadas. En la práctica, las redes definidas por software, del inglés Software-Defined Networking (SDN), se encargan de encontrar ese punto de equilibrio que el mercado demanda [1]. La tendencia actual de crecimiento en cuanto a la tecnología, dispositivos móviles, ubicuidad, redes sociales, virtualización, servidores virtualizados, conceptos de servicios en la nube, ponen en cuestión el modo de funcionamiento de las redes actuales. Todos estos avances, exigen un cambio también en las redes para que sean más dinámicas y se ajusten a las necesidades contemporáneas. SDN [2][9] se trata de una arquitectura resolutiva, manipulable, de poca inversión y muy flexible, haciendo esta arquitectura una candidata ideal para las redes actuales cuyas características más resaltables son su gran ancho de banda debido a los medios de transmisión de hoy en día, junto a la naturaleza dinámica y en continua evolución de las aplicaciones en red. La arquitectura SDN desacopla las funcionalidades del control de red de las funciones de reenvío de paquetes, permitiendo así que el control de la red se vuelva completamente programable mediante software y que la infraestructura física subyacente se abstraiga de las aplicaciones y los servicios de red [2][3]. En la arquitectura SDN [4][7] presentada en la figura 1, se definen tres capas bien diferenciadas: la capa de aplicación, la capa de control y la capa de infraestructura física. La capa de aplicación, la cual forma parte del plano de control, contiene las aplicaciones o funciones de red típicas que usan las organizaciones. La capa de control define el controlador SDN centralizado que actúa como el administrador de la red SDN. Este controlador reside en un servidor y gestiona las políticas y el flujo de datos de la red al poseer una visión global y abstracta de todo el conjunto de la red. Por último, la capa de infraestructura física está formada por todos los elementos hardware que conforman la red, como pueden ser los routers y/o los switches [5][6][8]. Esta última capa es conocida como el plano de datos y es la encargada de reenviar los flujos de datos por la red. En SDN, la separación del plano de control y el plano datos se realiza utilizando una interfaz de programación bien definida que existe entre los switches, el controlador SDN y las aplicaciones. Normalmente están conectados por un bucle de control cerrado, donde, en primer lugar, el plano de control recibe los eventos de red desde el plano de datos. Posteriormente, el plano de control calcula algunas operaciones de red basadas en los eventos para el plano de datos y, por último, el plano de datos ejecuta las operaciones que modifican el estado de la red. La comunicación entre las distintas capas de la red SDN se realiza mediante interfaces, definiéndose así dos interfaces: la Northbound Interface, empleada para comunicaciones con la capa de aplicación, y la Southbound Interface, empleada para comunicaciones con la capa de infraestructura física, tal como se indica en la figura 2. La Southbound Interface, también conocida como la Southbound API, establece la comunicación entre el controlador SDN y los conmutadores o enrutadores de red (switches o routers), es decir, entre la capa de control y la capa de infraestructura. Básicamente, la Southbound Interface permite que un controlador SDN defina el comportamiento del hardware en la red. La API Southbound estandarizada y más común es OpenFlow [54]. Sin embargo, la Northbound Interface o Northbound API, presenta una abstracción de las funciones de red con una interfaz programable para que las aplicaciones consuman los servicios de red y configuren la red dinámicamente. Las redes SDN son un área relativamente reciente, y una evolución de las redes actuales. Para familiarizarnos más con esta tecnología, este Trabajo Fin de Grado tiene como objetivo emplear y estudiar una serie de herramientas de simulación software como Mininet que nos permita reproducir escenarios reales y poder experimentar con ellos.