O que é rede definida por software?

A rede definida por software (SDN) é uma abordagem de infraestrutura de TI que concentra os recursos de rede em um sistema virtualizado. É o que chamamos de virtualização de rede. A SDN separa as funções de encaminhamento e de controle para criar uma rede que pode ser gerenciada e programada centralmente. Em outras palavras, o plano de controle e o plano de dados são separados. Com a SDN, as equipes de operações de TI controlam o tráfego de rede em topologias complexas usando um painel centralizado. Assim, elas não precisam gerenciar cada dispositivo de rede manualmente.

Para superar as restrições das infraestruturas tradicionais, as organizações adotam redes definidas por software para controlar os sistemas de maneira centralizada, automatizada e orientada por políticas. Estas são algumas vantagens específicas:

• Separação do plano de controle e do plano de dados: o plano de controle, que fica responsável por decidir como os pacotes de dados são encaminhados, é centralizado e implementado em controladores baseados em software. Já o plano de dados, que de fato encaminha os pacotes de dados pela rede, continua nos dispositivos de rede baseados em hardware, mas passa por simplificação e especialização para se concentrar apenas no encaminhamento de pacotes. Na rede tradicional, o plano de controle e o plano de dados estão integrados em dispositivos de rede, como switches, roteadores e pontos de acesso, impossibilitando o controle centralizado.
• Controle centralizado: a rede definida por software oferece controle centralizado para gerenciar e aplicar configurações e políticas usando um controlador central. Em comparação, na rede tradicional, as configurações e políticas são distribuídas por vários dispositivos de rede.
• Custo reduzido: as infraestruturas de rede definida por software costumam ser mais econômicas do que os hardwares equivalentes. Isso acontece porque elas são executadas em servidores prontos para uso empresarial, em vez de dispositivos caros de finalidade única. Como várias funções são executadas em um único servidor, a área de ocupação é menor. Com menos hardware, é possível consolidar os recursos. Isso exige menos espaço físico e energia, reduzindo os custos gerais.
• Mais flexibilidade e escalabilidade: com a virtualização da infraestrutura de rede, é possível ampliar e contratar recursos de rede conforme necessário. Isso elimina o trabalho complicado de adicionar outro hardware proprietário. Com a rede definida por software, você tem uma enorme flexibilidade para realizar o provisionamento self-service dos recursos de rede.
• Alta capacidade de programação e automação: na rede definida por software, os administradores determinam as configurações e políticas de rede usando APIs e lógica definidas por software. Isso viabiliza o provisionamento dinâmico dos recursos de rede e o gerenciamento deles com base em políticas. Assim, você faz implantações e adapta a rede às mudanças nas demandas empresariais com rapidez. Muitas vezes, a rede tradicional envolve a configuração e o gerenciamento manuais de dispositivos de rede por meio de interfaces de linha de comando (CLIs) e ferramentas específicas do dispositivo.
• Gerenciamento simplificado: como a rede definida por software não requer experts para gerenciá-la, é mais fácil operar sua infraestrutura geral. 

Junto ao armazenamento definido por software e outras tecnologias, forma-se a hiperconvergência, uma abordagem de infraestrutura de TI em que todos os elementos são definidos por software.

A virtualização de funções de rede (NFV) separa as funções de rede do hardware e viabiliza a rede definida por software, oferecendo a infraestrutura flexível que a SDN requer. 

No setor de telecomunicações, a NFV permite executar funções em diferentes servidores ou movê-los conforme a demanda muda. Assim, os provedores de telecomunicação aceleram a entrega de serviços e apps. Por exemplo, se o cliente solicitar uma nova função de rede, os provedores podem iniciar uma nova máquina virtual. Quando a função não for mais necessária, será possível desativar a VM. Isso é uma maneira sem riscos de testar o valor de novos serviços em potencial.

É possível usar a NFV e a SDN juntas, dependendo do que você quer fazer. Além disso, ambas utilizam um hardware comum. Com a NFV e a SDN, você cria uma arquitetura de rede programável e mais flexível que utiliza os recursos com mais eficiência.

Leia mais sobre a virtualização de funções de rede

A arquitetura de rede definida por software separa as funções de controle e de encaminhamento de dados, centraliza a administração e a inteligência em controladores baseados em software e possibilita o gerenciamento escalável, flexível e programável dos recursos de rede com interfaces e APIs padronizadas. A arquitetura reflete diretamente a mudança no controle e na atribuição em comparação com a rede tradicional.

O plano de controle fica responsável por tomar decisões avançadas sobre como os pacotes de dados devem ser encaminhados pela rede. Na rede definida por software, o control plane é centralizado e implementado no software, sendo muitas vezes executado em um sistema operacional de rede ou controlador centralizado. O controlador se comunica com os dispositivos usando um protocolo padronizado como o OpenFlow, NETCONF e gRPC, além de oferecer uma visão geral do estado e topologia da rede.

O data plane, também conhecido como o elemento ou plano de encaminhamento, fica responsável por encaminhar os pacotes de dados pela rede de acordo com as instruções que ele recebe do control plane. Na rede definida por software, o data plane é implementado em dispositivos de rede como switches, roteadores e pontos de acesso, que são chamados de elementos de encaminhamento. Esses dispositivos se baseiam no control plane para saber como encaminhar os pacotes e podem passar por simplificação ou especialização para que se concentrem apenas no encaminhamento.

Componentes da rede definida por software

Na arquitetura da SDN, vários componentes definem como ela lida com os processos.

Há dois tipos de interfaces de programação de aplicações (APIs) que viabilizam a comunicação entre os planos e a rede geral:

• APIs southbound: usadas na comunicação entre o plano de dados e o plano de controle nas arquiteturas de rede definida por software. Com essas APIs, o controlador pode programar e configurar dispositivos de rede, recuperar informações sobre estado e topologia, além de receber notificações sobre eventos como congestionamento e falhas de link. Um exemplo comum é o OpenFlow, que é muito usado na comunicação entre o controlador e os switches de rede.
• APIs northbound: usadas para expor a funcionalidade do controlador de rede definida por software a serviços e aplicações de gerenciamento de rede de nível superior. Com elas, aplicações externas podem interagir com o controlador de rede definida por software, solicitar serviços de rede e recuperar informações sobre métricas de desempenho, fluxos de tráfego e topologia. As APIs northbound viabilizam a programabilidade e a automação das tarefas de gerenciamento de rede, além de facilitar a integração a sistemas de orquestração, plataformas de nuvem e outras ferramentas relevantes.

O controlador de SDN também é o principal componente da arquitetura de rede definida por software. Ele fica responsável por implementar funções de controle de rede e coordenar a comunicação entre o plano de controle e o plano de dados. O controlador oferece uma visão centralizada da rede, armazena informações sobre o estado dela e toma decisões sobre como configurar e gerenciar os dispositivos de rede com base em políticas e requisitos. Alguns exemplos incluem o OpenDaylight, ONOS e Ryu.

Dispositivos de rede como switches, roteadores e pontos de acesso formam o plano de dados da arquitetura de rede definida por software. Eles encaminham pacotes de dados conforme as instruções que recebem do controlador e podem oferecer suporte a funcionalidades como o encaminhamento baseado em fluxo, qualidade de serviço (QoS) e engenharia de tráfego. Na rede definida por software, esses dispositivos costumam ser simplificados e padronizados para viabilizar a programabilidade e a interoperabilidade com o controlador.

Gerenciamento e orquestração (MANO): as arquiteturas de rede definida por software também podem incluir sistemas de gerenciamento e orquestração, que ficam responsáveis por provisionar, configurar e monitorar os recursos de rede. Os sistemas de MANO interagem com o controlador de SDN por meio das APIs northbound para automatizar as tarefas de gerenciamento de rede, otimizar a utilização de recursos e assegurar o desempenho e a disponibilidade do serviço.

A rede definida por software oferece vários benefícios para a segurança:

• Como a rede definida por software usa um plano de controle centralizado, a aplicação das políticas de segurança é simplificada em comparação com o modelo de rede tradicional. A SDN viabiliza a aplicação consistente e simplificada de políticas de segurança em toda a rede, diminuindo o risco de configurações incorretas.
• O controlador centralizado oferece uma visão geral do tráfego de rede, o que aumenta a efetividade do monitoramento e acelera a identificação de possíveis ameaças.
• Isso possibilita a detecção e mitigação de ameaças em tempo real, já que a SDN ajusta dinamicamente as configurações de rede, isolando os segmentos afetados ou redirecionando o tráfego para evitar os nós comprometidos.
• Por conta do plano de controle centralizado, também é possível atualizar automaticamente as configurações e políticas de segurança na rede. Isso assegura que todos os dispositivos sejam corrigidos e configurados com rapidez seguindo os padrões de segurança mais recentes.
• A microssegmentação pode ser aplicada à rede definida por software para viabilizar o isolamento granular de diferentes segmentos e reduzir a superfície de ataque com a contenção de possíveis ameaças em segmentos específicos.
• A análise e geração de logs centralizadas do tráfego oferece insights melhores sobre o comportamento da rede para ajudar na identificação de atividades incomuns e possíveis violações de segurança.
• É possível integrar várias ferramentas de segurança à SDN com facilidade, como sistemas de detecção de invasões (IDS), de prevenção de invasões (IPS) e de gerenciamento de eventos e informações de segurança (SIEM), além de firewalls.

É claro que a rede definida por software tem seus próprios desafios de segurança, sendo a maioria deles relacionada à sua natureza centralizada. Entre eles:

1. Como o controlador de SDN é um componente essencial, ele também é um possível ponto único de falha. Quando o controlador é comprometido, você pode perder o controle sobre toda a rede.
2. O controlador de SDN é um alvo de alto valor para invasores. Assegurar a proteção dele é essencial para manter a segurança geral da rede.
3. Além disso, é necessário aplicar criptografia e autenticação reforçadas para proteger a comunicação entre o controlador e os dispositivos de rede. Assim, você evita a interceptação, a adulteração e o spoofing das mensagens de controle.
4. Da mesma forma, é essencial proteger contra acessos não autorizados e explorações as APIs usadas na comunicação entre o controlador e aplicações (northbound) e entre o controlador e dispositivos de rede (southbound).

À medida que as redes ficam mais maduras, sua complexidade cresce naturalmente, assim como as políticas que elas implementam com tanta facilidade. Manter políticas de segurança consistentes em um ambiente de SDN dinâmico e possivelmente em larga escala é um processo complicado e suscetível a erros. Outro desafio é assegurar que as políticas de segurança não entrem em conflito entre si e sejam aplicadas de maneira consistente.

Em qualquer arquitetura de rede, é preciso escalar as soluções de segurança de acordo com a rede para lidar com os volumes cada vez maiores de tráfego e dispositivos sem causar um aumento significativo de latência ou obstáculos ao desempenho. Na maioria das vezes, os benefícios da rede definida por software prevalecem em relação aos desafios, já que o plano de controle centralizado gera consistência e facilita as implementações de segurança.

A rede definida por software (SDN) oferece uma abordagem flexível, programável e centralizada de gerenciamento de rede que pode ser adotada em vários casos de uso em diferentes setores e aplicações.

• Na otimização do data center, a SDN oferece gerenciamento automatizado e virtualização de rede, proporcionando mais flexibilidade e reduzindo a probabilidade de erros.
• Na virtualização de funções de rede (NFV), a SDN substitui os dispositivos de rede tradicionais (como firewalls e balanceadores de carga) por software que é executado em hardware proprietário, diminuindo os custos e aumentando a flexibilidade. Com a SDN, também é possível criar cadeias de serviços em que os dados são transportados por uma série de VNFs, oferecendo um caminho personalizável para os pacotes de dados.
• Nas redes empresariais e de campus, o gerenciamento centralizado de políticas da SDN aumenta a consistência das políticas de segurança na rede. A SDN também ajusta dinamicamente os controles de acesso com base na identidade do usuário, dispositivo e contexto, aprimorando a segurança e a experiência.
• É possível usar a tecnologia da SDN na otimização e no gerenciamento das conexões de redes de longa distância (WAN) para aprimorar o desempenho e a confiabilidade delas. Isso é muito útil para empresas que têm várias filiais.
• Na multicloud e cloud computing, a SDN viabiliza a integração e gerenciamento fluidos de ambientes multicloud. Assim, as organizações podem usar recursos de vários provedores de nuvem com eficiência, além de implementar soluções de rede escaláveis que crescem conforme as necessidades das aplicações em nuvem.
• Nas redes de IoT (Internet das Coisas), a SDN lida com os enormes requisitos de escalabilidade para oferecer configurações de rede dinâmicas à medida que novos dispositivos são adicionados. Além disso, o controle centralizado aumenta a consistência das políticas de segurança em todos os dispositivos de IoT, o que diminui os riscos associados a endpoints não protegidos.
• Nas redes 5G, a SDN possibilita a criação de fatias de rede virtual, em que cada uma delas é otimizada para diferentes tipos de serviços. Por exemplo, baixa latência em veículos autônomos e alta taxa de transferência para streaming de vídeo.
• Nos casos de recuperação de desastres e continuidade de negócios, a SDN automatiza os processos de failover para os serviços de rede serem restaurados com rapidez após uma falha. Além disso, ela permite o uso de soluções de backup de rede mais flexíveis e eficientes para assegurar a disponibilidade e a integridade dos dados durante desastres.

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