Virtualización de la red y SDN

a. Historia y principio de la virtualización

El concepto de virtualización surgió hace más de cincuenta años en los sistemas mainframe de IBM. El principio consistía en que un usuario se pudiera conectar a un servidor del tamaño de una habitación para encontrar allí su propio entorno de trabajo. El final del siglo XX estuvo marcado por una lucha entre fabricantes de ordenadores y fabricantes de componentes cuyos procesadores eran diferentes y propietarios: un ordenador Apple, por ejemplo, funcionaba con un procesador MOS (similar al Motorola 6800), ejecutaba un sistema operativo específico, macOS, y solo se podía conectar en red con otros ordenadores de la marca a través del protocolo propietario AppleTalk. En el mundo de los servidores empresariales se observaba el mismo fenómeno, es decir, fabricantes de equipos como IBM y Novell que intentaban imponer su hardware y sus protocolos.

La evolución de la electrónica y la aparición de la necesidad de informatización tanto en las empresas como en los particulares llevaron a los fabricantes a converger hacia un hardware común basado en los denominados procesadores X.86, diseñados y fabricados por Intel y AMD. Así, estos procesadores de 32 bits y, más tarde, de 64 bits se generalizaron y se desarrollaron sistemas operativos para funcionar en este tipo de procesadores.

En 1998, la empresa californiana VMware, adquirida por el gigante Broadcom en 2023, registró una patente sobre una tecnología innovadora: la traducción binaria. La tecnología dio lugar a la comercialización del producto VMware Workstation en 2001, que pasó a llamarse ESX Server y posteriormente ESXi. El principio consistía en poder ejecutar en el mismo hardware varios sistemas operativos de forma aislada, interceptando el código ejecutado por dichos sistemas operativos y modificándolo sobre la marcha para que se adaptara al hardware físico compartido, todo ello sin que el sistema operativo virtualizado fuera modificado previamente. El principio de la máquina virtual y del hipervisor, el sistema que permite esta virtualización, había nacido o, en cualquier caso, se había puesto al alcance real del mercado informático...

a. La conmutación de paquetes

A menudo se distingue entre conmutadores de tramas, que son equipos utilizados para transmitir una trama Ethernet de un puerto a otro en función de la dirección MAC del destino al que se desea llegar y el enrutador, que permite transferir (enrutar) paquetes IP de una red a otra. Este último, 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, actúa en un segundo momento como un conmutador ya que, al final, hay que dirigir la trama Ethernet hacia un puerto de salida. En relación con esta diferenciación, han aparecido equipos denominados conmutadores de nivel 3, es decir, equipos que disponen de numerosos puertos, como un conmutador clásico, pero que también son capaces de realizar enrutamiento. Por ello, se utiliza el término genérico de "conmutación de paquetes".

En el resto de esta sección, el término conmutador designará indistintamente a estos dos tipos de dispositivos: conmutador o enrutador.

b. Planos de datos, control y gestión

Las diferentes funciones de conmutación se dividen tradicionalmente en tres categorías denominadas "plano" o "plane" en inglés. Así, se distingue el plano de control, el plano de datos y, eventualmente, el plano de gestión. Cada uno de ellos es capaz de comunicarse de forma horizontal con los planos equivalentes de otros activos de la red. También se pueden comunicar entre sí de forma vertical dentro de un activo determinado.

La mayor parte del tráfico de red es gestionada por el plano de datos, compuesto por el conjunto de puertos del conmutador y una tabla de conmutación (forwarding table o "CAM", por Content-Addressable Memory) que permite establecer la conexión entre la dirección de destino y el puerto correspondiente. El plano de datos también tiene la función de colocar los paquetes en búferes, modificar potencialmente algunas cabeceras, ordenar dichos paquetes y, finalmente, enviarlos al puerto de destino.

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