Un nuevo enfoque de las redes: SDN y NFV

a. Historia y principio de la virtualización

El concepto de virtualización apareció por primera vez hace más de 50 años en los sistemas Mainframe de IBM. El principio consistía en que un usuario podía conectarse a un servidor del tamaño de una habitación para encontrar su propio entorno de trabajo. El final del siglo XX estuvo marcado por una batalla entre los fabricantes de ordenadores y los fabricantes de componentes cuyos procesadores eran diferentes y patentados: un ordenador Apple, por ejemplo, funcionaba con un procesador MOS (parecido al Motorola 6800), ejecutaba un sistema operativo macOS específico y solo podía interactuar en red con otros ordenadores Apple a través del protocolo patentado AppleTalk. En el mundo de los servidores empresariales, se observaba el mismo fenómeno, con fabricantes de equipos como IBM y Novell tratando de imponer su hardware y sus protocolos.

Los avances en electrónica y la aparición de la necesidad de informatización en empresas y particulares llevaron a los fabricantes a converger en un hardware común basado en los denominados procesadores X.86 diseñados y fabricados por Intel y AMD. Como resultado, estos procesadores de 32 bits y más tarde de 64 bits se generalizaron y se desarrollaron sistemas operativos para funcionar en este tipo de arquitecturas.

En 1998, la empresa californiana VMware registró una patente para una tecnología innovadora: la traducción binaria. Esta tecnología conduce a la venta del producto VMware Workstation en 2001, que se convierte en ESX Server y después en ESXi. El principio consiste en poder ejecutar varios sistemas operativos en el mismo hardware de forma particionada interceptando el código ejecutado por estos sistemas operativos y modificándolo sobre la marcha para que se adapte al hardware físico compartido; todo ello sin modificar previamente el sistema operativo virtualizado. Había nacido el principio de la máquina virtual y del hipervisor, el sistema que permite esta virtualización, o al menos, se había puesto al alcance de la familia de servidores x86.

Hipervisor que ejecuta tres máquinas virtuales (VM)

A continuación, la virtualización...

a. Conmutación de paquetes

A menudo se distingue entre switchs de tramas, que son dispositivos utilizados para transmitir una trama Ethernet de un puerto a otro en función de la dirección MAC del destino, y routers, que se utilizan para transferir (enrutar) paquetes IP de una red a otra. Además de su operación de enrutamiento, que consiste en elegir la ruta más adecuada para el destino entre las rutas contenidas en la tabla de enrutamiento, el router también actúa como switch, ya que en última instancia debe dirigir la trama Ethernet a un puerto de salida. Esta diferenciación ha dado lugar a la aparición de equipos conocidos como switchs de nivel 3, es decir, equipos con muchos puertos como un switch convencional, que también son capaces de enrutar. Por ello se utiliza el término genérico de «conmutación de paquetes».

En el resto de esta sección, el término switch se utilizará para referirse a ambos tipos de activos: switch o router.

b. Plan de datos, control y gestión

Las distintas funciones de conmutación se separan tradicionalmente en tres categorías denominadas «planos». Hay un plano de control, uno de datos y eventualmente uno de gestión. Cada uno de ellos es capaz de comunicarse horizontalmente con los planos equivalentes de otros activos de la red. También se pueden comunicar entre sí verticalmente dentro de un activo determinado.

El plano de datos gestiona el grueso del tráfico de red, que está formado por todos los puertos del switch y una tabla de reenvío (tabla de conmutación o CAM, Content-Addressable Memory) que vincula la dirección de destino con el puerto determinado. El plano de datos también es responsable de colocar los paquetes en búferes, modificar potencialmente ciertos encabezados, programar estos paquetes y finalmente enviarlos al puerto de destino.

Contenido de la CAM de un switch. Trk9 representa una agregación de cuatro puertos.