network functions virtualization

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NFV es, bsicamente, la famosa tecnologa cloud delmundo de tecnologas de la informacin o IT (Infor-mation Technologies), aplicada en el mundo de losoperadores de telecomunicaciones [1], desplegandoas funciones y servicios de red basadas en software,que puede ser alojado en hardware estndar de formacentralizada o bien distribuida.

Qu es?

Qu es NFV(NetworkFunctionsVirtualization)

Ramn Jess Milln TejedorIngeniero de Telecomunicacin

ramonmillan.com

Shirin EsfandiariIngeniero de Telecomunicacin

shirinesfandiari.com

red, o cuanto menos su plano de control, son soporta-das ms eficientemente sobre estndar u COTS (Com-mercial Off-The-Shelf).

La convergencia de las redes de telecomunicacionesal mundo todo IP, permite aprovechar los enormesavances que ha habido en los ltimos aos en las tec-nologas de virtualizacin para los grandes centros dedatos. La virtualizacin de los recursos de red desacoplalos servicios y aplicaciones de un hardware especfico,con el fin de conseguir proporcionar un modelo mselstico, donde los recursos pueden ser utilizados cuan-do y donde es necesario. De este modo, NFV permiteconsolidar distintos tipos de infraestructura de red pro-pietaria en un gran volumen de hardware estndar, locual supone para los operadores un gran ahorro de cos-tes, simplificacin de la introduccin de nuevos servi-cios y mayor innovacin.

TTeeccnnoollooggaa NNFFVV

Antes de entrar en ms detalles acerca de NFV, esconveniente aclarar que NFV y SDN son tecnologasdistintas, ya que al estar ambas ligadas al conceptocloud para el mundo de las telecomunicaciones [1],en muchas ocasiones se utilizan indistintamente o bienequivocadamente. Al igual que NFV, SDN (Software-Defined Networking) supone una transformacin en laarquitectura de red tradicional de los operadores detelecomunicaciones. En la arquitectura SDN, los planosde control y de datos son desacoplados, de forma que lainteligencia de red es centralizada y la infraestructura dered subyacente se abstrae de las aplicaciones y servicios[2]. Los beneficios para las empresas y operadoras sonun mayor nivel de programacin, automatizacin ycontrol de la red, permitiendo una mayor escalabilidad,flexibilidad y adaptacin a cambios. La separacin delos planos de control y datos que ofrece SDN facilita,adems, la virtualizacin de la red. As, NFV es alta-mente complementario con SDN, permitiendo aprove-

a mayora de los proveedores de infraestructura detelecomunicaciones (Cisco, Ericsson, F5, Huawei,Juniper, NEC, NSN, etc.) pusieron de manifiesto

pblicamente en el MWC (Mobile World Congress), delpasado ao 2013, que tienen estrategias de virtualiza-cin; sin embargo, muy pocos aclararon a qu nodos dela red realmente son aplicables y en qu plazos esperanfinalizar este proceso. La virtualizacin en entornos decentros de datos, asociados a computacin y almacena-miento, est actualmente muy extendido. Los operadoresde telecomunicaciones estn convencidos de que las tc-nicas de virtualizacin del mundo IT han madurado losuficiente, como para virtualizar tambin funciones dered, inherentemente ms complejas.

Los fabricantes de equipos de telecomunicacionesdesarrollaban tradicionalmente sus productos (estacio-nes base, firewalls, softswitches, routers, etc.), sobrehardware propietario, optimizado para cada tipo deaplicacin. Estos dispositivos no eran capaces de sopor-tar eficientemente otras funciones distintas a las que sehaban considerado en su diseo inicial. Aunque actual-mente las plataformas propietarias son las ms efectivaspara ciertas aplicaciones; muchos de los nodos de la

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Qu es?. Qu es NFV (Network Functions Virtualization)

char al mximo la computacin en la nube (cloud com-puting). Ambos son muy beneficiosos para los operado-res en trminos de coste y flexibilidad, pero no dependenestrictamente el uno del otro. Las funciones de red pue-den ser virtualizadas y desplegadas sin SDN y viceversa.NFV se puede aplicar tanto al plano de control como alplano de datos, tanto de redes fijas como mviles, aun-que es el plano de datos el que mayores retos supone.

Los principales habilitadores de NFV son [3]:

u Cloud computing

NFV se aprovecha de las modernas tecnologas de vir-tualizacin desarrolladas para cloud computing:virtualizacin hardware mediante hypervisors y uti-lizacin de switches Ethernet virtuales (por ejemplo,vswitch) para conectar el trfico entre mquinas vir-tuales e interfaces fsicos. Para las funciones orienta-das a comunicaciones, se dispone de una potentecapacidad de procesamiento de paquetes a travs deprocesadores multincleo de alta velocidad con altosanchos de banda de entrada y salida, uso de tarjetasde red Ethernet inteligentes para comparticin decarga con TCP offloading y encaminamiento depaquetes directamente a memoria virtual, as comodrivers Ethernet modo sondeo en vez de dirigidos porinterrupciones (por ejemplo Linux NAPI e IntelDPDK). La mejora de la disponibilidad y utilizacinde los recursos en infraestructuras cloud se consi-gue mediante sofisticados mecanismos de orquesta-cin y gestin, aplicables a: la creacin automtica deinstancias de dispositivos virtuales en la red; la ges-tin de recursos asignados dispositivos virtuales a laCPU, memoria e interfaces correctos; el reinicio demquinas virtuales fallidas; etc. Finalmente la dispo-nibilidad de APIs (Application Programming Interface)abiertos para la gestin del plano de control, comoOpenFlow, proporciona un grado de integracin adi-cional de las funciones de red virtuales y la infraes-tructura cloud.

u Hardware estndar

La disponibilidad de grandes volmenes de servidoresestndar a bajo precio es otro elemento clave para laeficiencia en costes de NFV. Este tipo de servidores

emplean componentes estndar (por ejemplo, la arqui-tectura x86) e intercambiables, lo cual facilita la pre-sencia de un gran nmero de proveedores a preciosmuy competitivos. Los dispositivos de red que depen-den de ASICs (Application Specific Integrated Circuits)se volvern progresivamente menos competitivos,aunque seguirn siendo aplicables para algunos tiposde aplicaciones con grandes requerimientos de trata-miento y procesamiento de datos a alta velocidad.

En principio, no existe ningn lmite en cuanto a lasfunciones de red que pueden ser virtualizadas y los ope-radores tienen planes para desplegarla tanto en el ncleo,como la agregacin y el acceso. Sin embargo, la virtuali-zacin en el entorno de operadoras es mucho ms com-plejo que le empresarial, tanto por el volumen y tipolo-ga de trfico que manejan, como por la variedad detecnologas con las que trabajan. Las principales aplica-ciones para NFV son las redes de distribucin de conte-nidos o CDNs (Content Delivery Networks), IMS (IP Mul-timedia Subsystem) y los virtual routers y securitygateways.

En efecto, una de las partes de la red del operadordonde ms se ha avanzado en virtualizacin es IMS.Desde hace tiempo, varios fabricantes han estado des-arrollando software que era instalado en plataformasATCA (Advanced Telecommunications ComputingArchitecture) estndar, algunos de ellos incluso con unacapa de virtualizacin. El segundo paso ha sido poner elsoftware de IMS virtualizado sobre cualquier servidorCOTS (Commercial Off-The-Shelf). Finalmente, se intro-duce un gestor de recursos en la nube, incorporandoelasticidad a las aplicaciones, que se irn moviendo a lolargo del hardware en la nube, para aadir y quitar din-micamente, funcionalidad y capacidad.

No obstante, incluso dentro de IMS, no toda la infraes-tructura es eficiente en COTS hardware para todo tipo deservicio y para todo proveedor de servicios. Por ejemplo,el SBC/P-CSCF, que maneja grandes volmenes de flujosde datos bidireccionales en tiempo real y con grandesrequisitos de disponibilidad, baja latencia, intercambiodinmico de codecs, encriptacin, proteccin frente atodo tipo de ataques de usuarios malintencionados, etc.;es muy difcil que pueda ser virtualizado y centralizadode forma eficiente a corto plazo en las redes los princi-

Los operadores de telecomunicaciones estn convencidos de que las tcnicas de virtualizacindel mundo IT han madurado lo suficiente, como para virtualizar tambin funciones de red,inherentemente ms complejas.

pales operadores de telecomunicaciones. El procesa-miento de altas velocidades de datos en hardware depropsito general requiere implementaciones softwareextraordinariamente eficiente. Para conseguir eficienciase debe tener acceso al hardware de red fsico, algo queya permiten algunos hypervisor modernos (VMware lollama VMDirectPath, KVM PCI passthrough, etc.).Sin embargo, con esta tcnica, puesto que se acede alestado de los dispositivos fsicos directamente, no esposible mover fcilmente una imagen VM (VirtualMachine) a una VM alternativa empleando tcnicas degestin VM estndar.

EEssttaannddaarriizzaacciinn ddee NNFFVV

La estandarizacin de NFV est siendo liderada porla ETSI (European Telecommunications Standards Insti-tute) [www.etsi.org]. Tras varias conversaciones infor-males y reuniones desde Abril de 2012, la ETSI NFVISG (Industry Specification Group) fue creada formal-mente en Noviembre de 2012, por siete operadoras detelecomunicaciones (AT&T, BT, Deutsche Telekom,Orange, Telecom Italia, Telefnica y Verizon). La NFVISG est abierta tanto a organizaciones miembros o node la ETSI y, hoy en da, est formada por ms de 150

compaas, entre ellas las principales operadoras detelecomunicaciones, proveedores de infraestructura detelecomunicaciones y proveedores de tecnologa de lainformacin.

Aunque ETSI es una organizacin para el desarrollode estndares, el objetivo de la NFV ISG no es la pro-duccin de estndares, sino conseguir el consenso dela industria en los requerimientos tcnicos y de nego-cio de NFV, y en acordar enfoques comunes paraalcanzar estos requerimientos bajo una arquitecturacomn. Los resultados son publicados de forma abiertay compartidos con los principales grupos de estandari-zacin, foros industriales y consorcios, como IETF,NGMN Alliance, ONF, TM Forum etc.; con el fin deconseguir un esfuerzo de colaboracin ms amplio. LaNFV ISG colaborar con otros organismos de estanda-rizacin en caso de que sea necesaria cualquier tipode estandarizacin para cumplir los requisitos.

Adems de la direccin del ISG, el NOC (NetworkOperators Council) y el TSC (Technical Steering Com-mittee), el NFV ISG se compone de varios WG (Wor-king Groups). En concreto, existen cuatro grupos detrabajo centrados en reas especficas de NFV: INF

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Figura 1: Marco de referencia de NFV.

NFV Management andOrchestration

Or-Vnfm

Vi-Vnfm

Os-Ma

Se-Ma

Ve-Vnfm

Nf-Vi

Or-Vi

VNFManager(s)

VirtualisedInfrastructureManager(s)

OrchestratorOSS/BSS

EMS 1 EMS 3EMS 2

VNF 1

VirtualComputing

ComputingHardware

StorageHardware

NetworkHardware

VirtualStorage

VirtualNetwork

Virtualisation Layer

VNF 3VNF 2

Service, VNF and InfrastructureDescription

Vn-NfNFVI

VI-Ha

Execution reference points Other reference points Main NFV reference points

Hardware resources

(infraestructura), SWA (arquitectura software), MANO(gestionar y orquestar) y REL (fiabilidad y disponibili-dad). Tambin hay dos EG (Expert Group) de carctertransversal: PER (rendimiento y portabilidad) y SEC(seguridad).

Las primeras especificaciones de la ETSI ISG fueronpublicadas en Octubre de 2013: GS NFV 001 UseCases, GS NFV 002 Architectural Framework, GS NFV003 Terminology for Main Concepts in NFV, GS NFV004 Virtualisation Requirements y GS NFV-PER 002Proofs of Concepts Framework. Estos cinco documen-tos establecen un marco de trabajo fundamental para eldesarrollo de NFV, cubriendo: casos de uso, requeri-mientos, arquitectura marco y terminologa. Adems seestablece un marco de trabajo para coordinar y promo-ver demostraciones pblicas de los aspectos claves deNFV. Esto har ms sencillo para los operadores de red yproveedores de soluciones NFV trabajar juntos, mejoran-do la interoperabilidad y el desarrollo de un ecosistemaabierto, que facilitar las economas de escala globales.

Durante el ao 2014 se publicarn especificaciones msdetalladas basadas en estos cinco documentos. Estas pri-meras especificaciones han sido desarrolladas en tan slo10 meses con el fin de poder satisfacer la alta demandade la industria, pues se espera que los despliegues deNFV se aceleren en el periodo 2014-2015.

BBeenneeffiicciiooss ddee NNFFVV

NFV va a transformar radicalmente la forma en que losoperadores de red disean y dimensionan sus redes, per-mitiendo la consolidacin de servicios de red en servido-res, concentradores y sistemas de almacenamiento estn-dar, que pueden ubicarse en centros de datos, nodos dered o en las premisas del cliente.

Sin lugar a dudas, NFV puede proporcionar beneficiossignificativos para los operadores de red y sus clientes,entre los que cabe destacar [3]:

u Reducir costes

NFV permite reducir el CAPEX y OPEX a travs dela reduccin de los costes de equipamiento, consu-mo energtico, logsticos, operaciones, etc. Losmayores volmenes de compras de una mismainfraestructura estndar permiten unos mayores des-cuentos por el aprovechamiento de economas deescala, as como la reduccin de los ciclos de intro-duccin de mejoras hardware en procesamiento y

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En principio, no existe ningn lmite encuanto a las funciones de red que puedenser virtualizadas y los operadores tienenplanes para desplegarla tanto en el ncleo,como la agregacin y el acceso.

memoria. Adems, facilita enormemente su opera-cin y mantenimiento mediante la simplificacin yautomatizacin, reduciendo la necesidad de forma-cin y personal especializado. NFV permite un usoms eficiente de los recursos hardware y licenciassoftware en cada una de las situaciones de deman-da posible de recursos de red (usuarios, ancho debanda, etc.), mejorando la eficiencia, la robustez yla escalabilidad de la red y reduciendo drsticamen-te el tiempo y recursos dedicados a la planificaciny dimensionamiento de red. Si es necesaria mscapacidad para una determinada aplicacin, bastacon generar dinmicamente copias adicionales deella; mientras que si se necesita ms capacidad deprocesamiento agregada, basta con desplegar msservidores en el centro de datos.

u Simplificar el despliegue de nuevos servicios

La introduccin de nuevos servicios en las redes deoperadoras es muy lenta y costosa, enfrentndoseen muchas ocasiones al creciente nmero y com-plejidad de equipos en sus redes. Esto supone unlargo proceso de certificacin con empleados espe-cializados en cada uno de ellos. NFV permite ace-lerar el despliegue de nuevos servicios o modifica-ciones de los existentes, agilizando el retorno de lainversin. La comparticin de recursos entre distin-tos servicios, aplicaciones y usuarios, proporcionauna mejor utilizacin de los recursos y una mayorflexibilidad para escalar tanto hacia mayores comomenores capacidades. Los nuevos servicios se pue-den introducir de forma ms controlada y conmenos riesgos y coste, por ejemplo, se podrn pro-bar sin tener que comprar nuevo hardware, sobredeterminadas zonas geogrficas o un grupo restrin-gido de clientes y escalar rpidamente cuando secrea necesario. En caso de que el servicio no seaexitoso comercialmente o si los clientes sufren inci-dencias importantes, se podr rpidamente dar debaja el servicio de la red, sin tener que asumir pr-didas importantes por la compra de infraestructura oun impacto mayor por haberlo lanzado a un grupomayor de clientes.

u Favorecer la innovacin

NFV permite acelerar la velocidad de innovacin yla diferenciacin de servicios, pues favorece un eco-sistema abierto, ya que la ausencia de hardware pro-pietario reduce las barreras de entrada a nuevos pro-veedores de software. Adems es ms fcil dar entra-da a ms proveedores, ya que las economas deescala requeridas para cubrir inversiones en funciona-lidades basadas en hardware, no son nunca ms apli-cables al desarrollo de funciones basado en software.

De esta forma, NFV ofrece una excelente oportuni-dad a los operadores de telecomunicaciones, paramejorar su posicin competitiva respecto a los OTTs(Over-The-Top), que tienen una estructura de costesmuy eficiente y pueden lanzar rpidamente nuevosservicios [4]. Adems, de para mejorar sus costes yeficiencia, la cloud interna de la operadora, podr serutilizada para ofrecer nuevos servicios IaaS (Infraes-tructure as a Service), SaaS (Software as a Service) oPaaS (Platform as a Service), a otras empresas, comple-mentando los propios servicios de comunicacin tradi-cionales y entrando a competir directamente con Ama-zon, Facebook, Google, Microsoft, etc.3

Bibliografa y referencias

[1] Cloud computing in telecommunications. Jan Gabrielsson, OlaHubertsson, Ignacio Ms y Robert Skog. Ericsson Review, n 1,2010.http://www.ericsson.com/res/thecompany/docs/publications/ericsson_review/2010/cloudcomputing.pdf

[2] Software-Defined Networking: The New Norm for Networks.ONF, Abril, 2012https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/white-papers/wp-sdn-newnorm.pdf

[3] Network Functions Virtualization (NFV) Whitepaper v2. Publica-do en el SDN and OpenFlow World Congress, Octubre 15-172013, Frankfurt-Alemania.http://portal.etsi.org/NFV/NFV_White_Paper2.pdf

[4] Over-The-Top vs Operadoras: la competencia se intensifica.Ramn Jess Milln Tejedor, Dintel - Alta Direccin n III-1, Din-tel, 2012.http://www.ramonmillan.com/documentos/competenciaoperadoresvsott.pdf

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This introduction to NFV describes it basicallyas the application of cloud computing totelecoms networks operators using COTS(Commercial Off The Shelf) hardware thusproviding reduced costs and greater innovation

while simplifying the launch of new services.NFV can be applied to the control and dataplanes of fixed and mobile networks inapplications such as CDNs (Content DeliveryNetworks), IMS (IP Multimedia Subsystems),

virtual routers and security gateways. The ETSINFV ISG (Industry Specification Group) wasformed in November, 2012 to define a standardarchitecture for this new industry by consensusamong its over 150 current members.

What is NFV; Network Functions Virtualization

network functions virtualization

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