Software-Defined Networking (SDN)

SDN (Software-Defined Networking) separa el plano de control (decisiones de enrutamiento) del plano de datos (forwarding de paquetes) y lo centraliza en un controlador. Esto convierte la red en una plataforma programable.

Plano de control vs plano de datos

Tradicional (sin SDN)

Cada dispositivo toma sus propias decisiones de forwarding. El control y los datos están acoplados en el mismo hardware.

graph TB
    R1[Router 1] -->|decide + forward| R2[Router 2]
    R2 -->|decide + forward| R3[Router 3]

Cada router ejecuta protocolos de enrutamiento (OSPF, BGP).
No hay vista global de la red.
Los cambios se hacen dispositivo por dispositivo.

SDN

Un controlador centralizado toma las decisiones. Los dispositivos solo forwarding según las instrucciones del controlador.

graph TB
    CTRL[Controlador SDN<br>Control Plane]
    CTRL -->|OpenFlow / API| SW1[Switch 1<br>Forwarding Plane]
    CTRL -->|OpenFlow / API| SW2[Switch 2<br>Forwarding Plane]
    CTRL -->|OpenFlow / API| SW3[Switch 3<br>Forwarding Plane]
    SW1 --- SW2
    SW2 --- SW3

El controlador tiene visibilidad global de la red.
Los switches se configuran programáticamente.
La red se puede adaptar dinámicamente a cambios de tráfico.

Arquitectura SDN

graph TB
    subgraph Apps["Aplicaciones SDN"]
        A1[Optimización de tráfico]
        A2[Seguridad]
        A3[Carga balanceada]
    end
    subgraph Controller["Controlador SDN"]
        C1[API Norte - REST]
        C2[Control Logic]
        C3[API Sur - OpenFlow]
    end
    subgraph Infrastructure["Infraestructura"]
        S1[Switch 1]
        S2[Switch 2]
        S3[Switch 3]
    end
    Apps --> C1
    C1 --> C2
    C2 --> C3
    C3 --> S1
    C3 --> S2
    C3 --> S3

Capas SDN

Capa	Función	Ejemplo
Application	Apps de red (seguridad, QoS, monitoring)	Cisco APIC-EM
Control	Controlador centralizado con vista global	OpenDaylight, ONOS
Infrastructure	Dispositivos con plano de datos programable	Switches OpenFlow

APIs

API	Dirección	Función
Norte (Northbound)	App → Controlador	REST API para aplicaciones
Sur (Southbound)	Controlador → Dispositivos	OpenFlow, NETCONF, gNMI

OpenFlow

Protocolo estándar de SDN para comunicar el controlador con los switches. Define cómo el controlador puede leer, modificar y enviar tablas de forwarding en los switches.

Flujo OpenFlow

graph LR
    Paquete[Paquete entrante] --> T1[Tabla 1<br>Match fields]
    T1 -->|Match| A1[Acción: forward]
    T1 -->|No match| T2[Tabla 2<br>Next table]
    T2 -->|No match| Controller[Enviar al<br>Controlador]

Campos de match

Campo	Ejemplo
Ingress port	Puerto de entrada
Source MAC	MAC del remitente
Destination MAC	MAC del destino
EtherType	IPv4, IPv6, ARP
VLAN ID	10, 20, 30
Source IP	192.168.10.10
Destination IP	10.0.0.1
IP Protocol	TCP, UDP, ICMP
TCP/UDP Port	80, 443, 5060

Acciones OpenFlow

Acción	Descripción
Forward	Enviar a un puerto específico
Drop	Descartar el paquete
Modify field	Cambiar VLAN tag, DSCP, etc.
Send to controller	Enviar al controlador para decisión

Cisco ACI (Application Centric Infrastructure)

La implementación de SDN de Cisco para data centers. Usa el APIC (Application Policy Infrastructure Controller) como controlador central.

Componentes ACI

Componente	Función
APIC	Controlador central (maneja políticas)
Spine	Switches de backbone (alto rendimiento)
Leaf	Switches de acceso (conectan VMs/servidores)
Fabric	Red completa Spine-Leaf con ACI

graph TB
    subgraph APIC["APIC Controller"]
        C1[Policy Engine]
    end
    subgraph Fabric["ACI Fabric"]
        SP1[Spine 1]
        SP2[Spine 2]
        LEAF1[Leaf 1]
        LEAF2[Leaf 2]
    end
    C1 --- SP1
    C1 --- SP2
    SP1 --- LEAF1
    SP1 --- LEAF2
    SP2 --- LEAF1
    SP2 --- LEAF2

Modelo de datos en ACI

ACI usa un modelo de datos declarativo: defines el estado deseado y el controlador ejecuta los cambios necesarios.

Tenant: división lógica (multi-tenant).
Application Profile: agrupación de EPGs por aplicación.
EPG (Endpoint Group): grupo de endpoints con la misma política.
Contract: reglas de comunicación entre EPGs.

Overlay vs Underlay

Concepto	Underlay	Overlay
Qué es	Red física IP	Red virtual construida sobre el underlay
Capa	L2/L3 real	L2/L3 virtual
Ejemplo	OSPF entre switches	VXLAN entre VTEPs
Propósito	Transporte	Segmentación, extensión

graph TB
    subgraph Overlay["Overlay: Red virtual VXLAN"]
        VM1[VM A] --- VM2[VM B]
    end
    subgraph Underlay["Underlay: Red física OSPF"]
        SW1[SW1] --- SW2[SW2]
        SW2 --- SW3[SW3]
    end
    SW1 -.->|VTEP| SW3

Underlay transporta paquetes IP normales.
Overlay crea dominios L2 virtuales sobre el underlay.
Los protocolos overlay (VXLAN, GRE) encapsulan tramas L2 dentro de paquetes L3.

Beneficios de SDN

Beneficio	Descripción
Centralización	Un solo punto de gestión y visibilidad
Programabilidad	APIs para automatizar y personalizar
Agilidad	Cambios en minutos, no horas
Visibilidad	Vista global de la red en tiempo real
Segmentación	Políticas basadas en aplicación, no en IP

Verificación

R1# show ip ospf neighbor                  # Underlay routing
R1# show interface nve 1                   # VXLAN (NVE interface)
SW1# show vxlan vni                       # VNIs activos
SW1# show nve peers                       # VTEPs vecinos