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NFV 1 de 33 Network Functions Virtualization (NFV) Proyecto de grado presentado por Camilo Andrés Gómez González, Andrés Leonardo González Quiñones {ca.gomez2059, al.gonzalez703}@uniandes.edu.co Asesor Yesid Donoso, Ph.D Profesor Asociado Departamento de Ingeniería de Sistemas y Computación UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Mayo de 2014, Bogotá D.C., Colombia

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NFV 1 de 33

Network Functions Virtualization (NFV)

Proyecto de grado presentado por Camilo Andrés Gómez González,

Andrés Leonardo González Quiñones {ca.gomez2059, al.gonzalez703}@uniandes.edu.co

Asesor Yesid Donoso, Ph.D

Profesor Asociado Departamento de Ingeniería de Sistemas y Computación

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

Mayo de 2014, Bogotá D.C., Colombia

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Tabla de contenidos

Resumen ......................................................................................................................... 3

1 Introducción ........................................................................................................... 3

Motivación ........................................................................................................... 3

Estructura del documento ................................................................................... 5

2 Descripción general ............................................................................................... 5

2.1 Objetivos.................................................................................................. 5

3 Network Functions Virtualization (NFV) ................................................................. 5

3.1 Descripción .............................................................................................. 5

3.2 Objetivos y beneficios de NFV................................................................. 6

3.3 Funcionalidades de NFV ......................................................................... 7

3.4 Retos actuales de NFV ............................................................................ 8

3.5 Arquitectura NVF ..................................................................................... 8

3.6 Despliegue inicial de NFV ..................................................................... 12

3.7 Comparación Funcional ......................................................................... 13

4 NFV & SDN .......................................................................................................... 14

4.1 Integración NFV y SDN ............................................................................... 14

5 Desarrollos actuales ............................................................................................ 15

5.1 OPNFV .................................................................................................. 15

5.2 CISCO ................................................................................................... 15

5.3 HEWLETT PACKARD (HP) ................................................................... 17

5.4 DELL ..................................................................................................... 18

5.5 HUAWEI ................................................................................................ 21

5.6 ALCATEL-LUCENT ............................................................................... 22

5.8 ORACLE ................................................................................................ 23

5.9 Comparación ......................................................................................... 24

6 Conclusiones ....................................................................................................... 31

6.1 Discusión ............................................................................................... 31

6.2 Trabajo futuro ........................................................................................ 31

7 Referencias .......................................................................................................... 32

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RESUMEN

Actualmente debido a la necesidad de generación de redes por su creciente utilización, las organizaciones están en búsqueda de una forma de implementación más eficiente para cumplir con los requerimientos actuales. NFV plantea una solución a este problema por los beneficios que genera, reduciendo tiempo, Capex (Capital Expenditures) y Opex (Operational Expenditure) en la implementación de redes, además que agrega nuevas características como la elasticidad. En la actualidad diferentes organizaciones, principalmente las proveedoras de servicios se encuentran trabajando en el desarrollo de una plataforma NFV. Este documento se centra en explicar los objetivos y beneficios, funcionalidades, retos actuales y arquitectura de NFV. Además se realiza una comparación con SDN. Finalmente se hace un recorrido por las diferentes implementaciones que actualmente hay desarrolladas por parte de las organizaciones y una comparación entre ellas.

1 INTRODUCCIÓN

Motivación

En el año 2010 aproximadamente 1.8 billones de personas tenían acceso a internet. Para el

año 2020 se espera que 5 billones de personas tengan múltiples dispositivos conectados a internet. Esta gran expansión además del Internet de las cosas que conlleva la conexión de más dispositivos a internet, plantea una necesidad de generación masiva de redes [7]. Por tal razón NFV surge de la necesidad de los operadores y proveedores de servicios de agilizar los procesos de aprovisionamiento de los diferentes componentes de una red, cambiando el esquema actual que puede durar semanas o meses a horas e incluso minutos.

Actualmente NFV se encuentra en definición y desarrollo, debido a los beneficios que presenta y como consecuencia es de gran importancia para grandes organizaciones de las cuales muchas están dispuestas a migrar a esta nueva plataforma. De acuerdo a una encuesta realizada por Infonetics aproximadamente el 97% de los proveedores de servicios invertirán en SDN y NFV en los próximos años [7].

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Ilustración 1. Infonetics – NFV market growth [7] La siguiente figura muestra las motivaciones principales para los proveedores de servicios que tiene NFV de acuerdo a una encuesta realizada por infonetics.

Ilustración 2. Infonetics- NFV market drivers [7] Es por esta razón que este estudio abre el entendimiento hacia lo que se espera que el mundo adapte y como consecuencia poder aplicar conocimientos y generar nuevos proyectos que se encuentren al límite de la tecnología actual.

La arquitectura NFV posee diferentes funcionalidades, beneficios y conlleva nuevos retos

comparado con el esquema actual que se maneja. Se pretende realizar una explicación de la arquitectura y sus diferentes características y a su vez compararla con SDN. Además se presentan los desarrollos actuales por parte de las distintas organizaciones para entender el esquema actual de desarrollo en el mundo y una comparación entre ellas.

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Se presentará la arquitectura NFV y cada uno de los módulos que hacen parte de su estructura. Se hará énfasis en cada uno de los componentes del módulo de gestión y orquestación ya que en estos se encuentra la funcionalidad principal.

Ilustración 3. High-level NFV framework [1]

Estructura del documento

Este documento se encuentra dividido en 3 partes. Cada una presenta uno de los objetivos propuestos siendo la primera la explicación de NFV, sus características y arquitectura. La segunda una comparación con la arquitectura actual SDN y finalmente un repaso y comparación de los desarrollos actuales NFV por parte de las organizaciones.

2 DESCRIPCIÓN GENERAL

2.1 Objetivos

El presente trabajo busca como objetivo principal, brindar una explicación de NFV en un contexto actual, en el que ofrece una gran cantidad de posibilidades para las empresas prestadoras de servicios, así como para sus clientes. Después de leer este documento, se espera que el lector entienda por qué es de gran importancia en la actualidad y cuál es el marco actual de desarrollo.

Además se espera que el lector encuentre en este documento un motivador para continuar con la investigación de las diferentes tecnologías en redes de próxima generación.

3 NETWORK FUNCTIONS VIRTUALIZATION (NFV)

3.1 Descripción

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NFV es una plataforma que permite virtualizar las funciones de los distintos nodos de una red. Es decir routers, DNS, firewalls, balanceadores de carga entre otros, se podrán virtualizar sobre equipos físicos. Esto genera una serie de ventajas para las organizaciones como lo son reducir Opex y Capex además de los beneficios que presenta la virtualización per se.

La virtualización de los equipos abre una gran cantidad de posibilidades como trasladar la funcionalidad de los equipos hacia la nube. Esto puede tener una serie de ventajas que actualmente se están evaluando y considerando.

NFV es de principal importancia para las proveedoras de servicios debido a los objetivos y funcionalidades que logra. La ETSI (European Telecommunications Standards Institute) se encarga de definir la arquitectura y componentes de la NFV. Esta arquitectura actualmente se encuentra en desarrollo por parte de algunas organizaciones que generalmente trabajan en conjunto para lograr una plataforma NFV.

3.2 Objetivos y beneficios de NFV

De acuerdo con la European Telecomunications Standards Institute su estándar GS NFV 002 NFV fue generado a razón de lograr cumplir varios objetivos que principalmente las organizaciones proveedoras de servicios se plantearon [1]. En el esquema de definición de NFV se cumplen con los siguientes objetivos.

1. Ahorrar dinero al hacer implementaciones de hardware específicas, pues mediante la virtualización se pueden hacer implementaciones genéricas más sencillas de instalar. Incluso se reduce el número de diferentes arquitecturas de hardware ya que los equipos físicos son genéricos. A continuación se mostrará una gráfica basada en una encuesta realizada por Infonetics que muestra la prioridad para los proveedores de servicios en ahorro de costos como Opex y Capex en la implementación de redes:

Ilustración 4. Infonetics survey results – carrier priorities for NFV [7]

2. Facilidad para poder escalar y desacoplar la funcionalidad del lugar del equipo. La virtualización provee la facilidad para asignar más recursos a una red así como aumentar la capacidad de los nodos cuando sea necesario dependiendo del uso de esta, y además tiene la habilidad de transferir la funcionalidad de los equipos a un lugar más apropiado como lo puede ser la nube.

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Desacoplar el software del hardware trae diferentes beneficios entre los que se encuentra que cada uno puede avanzar a un ritmo distinto. Es decir que puede salir un nuevo equipo físico que permita realizar una tarea más eficientemente, con mayor capacidad de procesamiento por ejemplo. Pero a su vez puede surgir un nuevo esquema lógico del equipo más conveniente y para este caso no es necesario volver a comprar un equipo como se realiza de forma tradicional, sino que se actualiza el nodo virtualizado.

3. Despliegue de una red rápidamente. Al encontrarse el software y hardware desacoplado, y teniendo en cuenta que la infraestructura ya puede estar disponible en centros de cómputo. Se puede automatizar el despliegue de redes aumentando la rapidez del montaje.

4. Realizar mejoras en la eficiencia de las redes debido a la automatización de estas mismas y su orquestación.

5. Hacer uso eficiente de los recursos de computación, pues se utilizan los recursos a la capacidad necesaria y no se desperdiciaría la capacidad de equipos físicos que no trabajan a un correcto porcentaje de su capacidad.

6. Que las interfaces entre las funciones de red virtualizadas y la infraestructura sea estándar y abierta para que los elementos puedan ser provistos por los distintos tipos de proveedores.

3.3 Funcionalidades de NFV

1. Abstraer funciones que residen normalmente en hardware especializado y desacoplarlas de ese hardware.

Es decir que los nodos que actualmente se encuentran en equipos físicos reales tales como routers, switches y gateways entre otros, se convertirán en piezas de software.

2. Manejar las funciones que han sido virtualizadas como un módulo de software, desplegadas sobre una plataforma computacional convencional.

Esta plataforma puede ser un servidor de cualquier marca, únicamente es necesario que cumpla con los requerimientos para soportar las VNFs que se deseen hospedar ahí.

3. Mover y replicar los módulos de software virtualizados entre diversas plataformas y hardware.

Lo cual significa que las VNFs podrán ser comercializadas como los equipos físicos actuales, pero también se podrán encontrar algunas de código abierto.

4. Control de estos módulos usando SDN.

Dado que SDN puede controlar varios equipos físicos desde un mismo punto, cuando estos equipos se cambien a VNFs, únicamente será necesario actualizar la interfaz de comunicación de SDN para poder mantener el control sobre la red.

5. Crear redes completas directamente sobre equipos físicos estándar.

Como las VNFs no requieren una instalación compleja en un espacio físico, así como conexiones cableadas entre ellas, es posible que una vez se disponga de un conjunto de servidores, sobre estos se instalen las VNFs y se conecten virtualmente usando las conexiones existentes entre los servidores. Esto también implica facilidad de mantenimiento ya que cada VNF podrá intercambiarse con otra sin desmontar ningún equipo.

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3.4 Retos actuales de NFV

NFV plantea una gran cantidad de funcionalidades y beneficios los cuales la hacen una muy buena opción para las proveedoras de servicio. Sin embargo debido a los cambios de tecnología tan radicales así como el proceso de paso a estos, hay varios retos que NFV genera. A continuación explicaremos los retos:

1. Es necesario generar un modelo de gestión que permita integrar los nuevos nodos con los recursos físicos o sistemas legados [9]. Este es uno de los principales retos, pues en el módulo de orquestación y gestión de la arquitectura se debe poder provisionar de nuevas funciones a una red, teniendo en cuenta que hoy en día hay desarrollos actuales que posiblemente muchas organizaciones y proveedoras de servicios no están dispuestas a perder. Por lo tanto se deben poder integrar ambos sistemas para que funcionen en conjunto.

2. A pesar de que ya hay varias organizaciones que se encuentran trabajando en el desarrollo de plataformas y nodos virtualizados, aún no se encuentran disponibles todas las herramientas necesarias para lograr generar varios tipos de redes con las mismas funcionalidades y capacidades actuales [9]. Es necesario que se terminen de desarrollar las plataformas así como más nodos virtuales por parte de los vendedores de servicios.

3. Los desarrollos de los nodos deben ser portables de tal manera que funcionen en distintas plataformas. [10]

4. Las distintas plataformas, arquitecturas y desarrollos deben ser abiertos de tal manera que se puedan compartir y mezclar sin llegar a tener que realizar grandes cambios, que puedan implicar tiempo y dinero.

5. Una de las principales preocupaciones es la seguridad que se debe aplicar a estas nuevas redes dado la cantidad de nodos virtualizados, y redes, lo que puede prestarse a generar una mayor cantidad de vulnerabilidades que pueden ser explotadas. Es por esta razón que la implementación de NFV plantea una gran cantidad de retos para los analistas de seguridad informática, pues deben asegurar que en los equipos, y en la arquitectura general que se tenga la menor cantidad de vulnerabilidades posibles y tener mecanismos de soporte y sostenibilidad.

6. Los nodos o VNFs aún no se sabe con claridad si tienen el mismo desempeño y confiabilidad al que proveen los productos actualmente [11]. Es por esta razón que se deben realizar más pruebas y mejorar la eficiencia de los nodos para garantizar que los nodos virtualizados ofrezcan el mismo desempeño de los equipos físicos actuales.

7. Aun es complicado crear un servicio basado en NFV para las operadoras y evaluar los beneficios y reducción de gastos, así como ganancias debido a que por ser una tecnología nueva no hay casos de implementaciones y modelos de ganancias completamente registrados [11].

3.5 Arquitectura NVF

A continuación exponemos la arquitectura propuesta en el estándar GS NFV 002 de la European Telecomunications Standards Institute (ETSI)

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Ilustración 5. NFV reference architectural framework [1]

3.5.1 Virtualised Network Function (VNF)

Se refiere a la función del componente o nodo de red virtualizado. Por ejemplo pueden ser DHCP, MME, Serving Gateways.

3.5.2 Element Management System (EMS)

Se encarga de gestionar la funcionalidad para una o varias VNF.

3.5.3 Hardware Resources

Hay dos tipos de redes para NFV:

1. Redes NFVI-PoP: redes que conectan los recursos de computación y de almacenamiento contenidos en una red NFVI-PoP (Network Functions Virtualization Infrastructure Point of Presence).

2. Redes de transporte: redes que interconectan NFVI-PoP con otras del mismo estilo ya sea del mismo proveedor de servicios o de otros y además con otros terminales o nodos de redes.

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3.5.4 Virtualisation Layer and Virtualised Resources

Se encarga de proveer los recursos necesarios abstrayéndolos de las máquinas y realizando un particionamiento lógico para que el software de NFV pueda ser ejecutado. Típicamente NFV se visualizó para ser desplegado en una o varias máquinas virtuales ofrecidas por esta capa.

En algunos casos se espera que las Máquinas virtuales puedan tener acceso directo a hardware como tarjetas de red para lograr un mayor desempeño.

Para generar las rutas y conectividad entre las diferentes máquinas virtuales donde se encuentran virtualizados los nodos de redes, se deben virtualizar el hardware de redes. Dos técnicas son las más utilizadas. La primera es abstraer la capa de red mediante redes virtuales que permite crear Virtual Local Area Network (VLAN), Virtual Private Lan Service (VPLS) y Virtual Extensible Local Area Network (VxLAN) entre otras. La segunda opción es centralizando el plano de control de la red de transporte y separándolo del plano del plano de ruteo.

3.5.5 Virtualised Infrastructure Manager(s)

Su funcionalidad es gestionar la conexión entre VNFs con el procesamiento, almacenamiento y recursos de red. Sus tareas principales son:

Manejo de recursos, que implica manejar el inventario de hipervisores, procesamiento, almacenamiento y recursos de red. Además asignar los recursos y gestionarlos en las diferentes máquinas.

Control de los nodos de NFV, Manejo de desempeño, control de los manejos de fallas y finalmente conocimiento de la información para gestionar.

3.5.6 Orchestrator

Su función es orquestar y gestionar los recursos de software y la infraestructura NFV, así como darse cuenta de los servicios de red sobre la NFVI.

3.5.7 VNF Manager(s)

Su función principal es la gestión del ciclo de vida de VNF. Este comprende inicialización, actualizaciones, escalamiento, y terminación.

3.5.8 Service, VNF and Infrastructure Description

Se encarga de proveer grafos de ruteo de VNF, información relacionada con los servicios y modelos de la infraestructura de información de NFV

3.5.9 Operation Support Systems and Business Support Systems (OSS/BSS)

Son los sistemas de soporte del negocio y de la operación de los proveedores de servicios

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3.5.5 Puntos de referencia

3.5.5.1 Virtualisation Layer – Hardware resources (Vl-Ha)

Interconecta la capa de virtualización con los recursos físicos o hardware permitiendo crear un ambiente de ejecución para los nodos.

3.5.5.2 VNF – NFV Infrastructure (Vn-Nf)

Sirve para garantizar independencia en el ciclo de vida, desempeño y requerimientos de portabilidad de los nodos de la red.

3.5.5.3 Orchestrator – VNF Manager (Or – Vnfm)

Es usado con el objetivo de:

Permitir que el VNF Manager realice peticiones como autorizaciones, validaciones y reservaciones de recursos.

Mandar la configuración del VNF al VNF Manager para que este agregue su funcionalidad de ruteo en el grafo de red.

Enviar la información de VNF para la gestión de la red.

3.5.5.4 Virtualised Infrastructure Manager – VNF Manager (Vi-Vnfm)

Es usado con el objetivo de:

Asignar los recursos que el VNF Manager solicita.

Configuración de los recursos de hardware virtualizados y cambio del estado de la información.

3.5.5.5 Orchestrator – Virtualised Infrastructure Manager (Or-Vi)

Es usado con el objetivo de:

Reservación y asignación de los recursos que necesita el orquestador.

Configuración de los recursos de hardware virtualizados y cambio del estado de la información.

3.5.5.6 NFVI – Virtualised infrastructure Manager (Nf-Vi)

Es usado con el objetivo de:

Asignar recursos basado en los recursos solicitados

Envío de la información de los recursos virtualizados

Intercambio de la configuración e información del hardware

3.5.5.7 OSS/BSS – NFV Management and Orchestration (Os-Ma)

Es usado con el objetivo de:

Peticiones del manejo del ciclo de vida de los servicios de red

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Peticiones para la gestión del ciclo de vida del VNF

Envío de la información de NFV

Gestión de políticas de intercambio

Intercambio de datos de análisis

Envío de la información de uso y cuentas de NFV

Intercambio de la capacidad de la NFVI

3.5.5.8 VNF/EMS – VNF Manager (Ve-Vnfm)

Es usado con el objetivo de:

Solicitudes de la gestión del ciclo de vida de VNF

Intercambio de información de configuración

Intercambio de información necesario para la gestión de los servicios de redes.

3.5.5.9 Service, VNF and Infrastructure Description – NFV Management and Orchestration (Se-Ma)

Sirve para tomar información respecto al despliegue de VNF, grafo de ruteo de VNF, información relacionada con el servicio, y modelos de información de la infraestructura.

3.6 Despliegue inicial de NFV

Hewlett Packard ofrece una sugerencia al proceso de empezar el la migración o el montaje de nodos en NFV. De acuerdo con lo que sugieren se encuentran los siguientes puntos a tener en cuenta [5]:

3.6.1 Criterios Técnicos

1. Los nodos que requieren de mayor procesamiento son buenos candidatos.

2. Si la función del nodo se encuentra en el modelo OSI de la capa 4 hacía arriba es más fácil de introducir en el modelo para virtualizarlo.

3. Las soluciones nuevas en las redes son buenos candidatos.

A continuación se muestra una tabla que ordena desde la función de red más fácil a la más difícil de virtualizar de acuerdo con un estudio realizado entre la industria y la ETSI.

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Funciones a virtualizar—de la más fácil a la más dificil [5]

3.6.2 Criterios de Negocio

El principal factor se encuentra en los problemas que se pueden generar al virtualizar un nodo que se encuentra en una red diseñada para funcionar con infraestructura física. Esto puede generar una disrupción en la operación del negocio mientras se logra adicionar el nodo a la red. Es por tal razón que se debe tener en cuenta el camino que se va a tomar para mitigar lo limitar el disrupciones en la operación del negocio y el impacto en caso de una falla.

3.7 Comparación Funcional

A continuación se expondrán los puntos en los que cambia la funcionalidad respecto a la infraestructura actual de los proveedores [7].

Se ofrece infraestructura basada en propósitos generales para plataformas estándares. Es decir que los proveedores ya no necesitarán de hardware de propósito específico con aplicaciones especializadas para ese hardware, sino que podrán experimentar los beneficios de infraestructura basada en propósitos generales la cual puede ser ofrecida por varios proveedores.

Sistemas de hardware y software abiertos. Es decir que los proveedores podrán desarrollar sus propias soluciones basados en estos para luego entrar a competir por la implementación de sus desarrollos en las plataformas que usen los proveedores.

Virtualización de aplicaciones libres la cual no tiene limitaciones físicas y permite acelerar la innovación de servicios. Esto permite agilizar el proceso de implementación así como la escalabilidad en los sistemas respecto a las tecnologías convencionales donde no se podía incrementar el poder de los equipos.

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4 NFV & SDN

SDN es una plataforma distinta a NFV que busca facilitar la administración de una red al desacoplar la capa de control de la capa de enrutamiento. Realizando una abstracción de la infraestructura (routers y switches) y centralizando el control de la red, de modo que los administradores de la red pueden manejar directamente la capa de control (como se debe manejar el tráfico de datos que atraviesa la red) y luego a través de un intermediario esta lógica será trasmitida a la capa de enrutamiento.

Esto significa que los administradores no deberán ingresar a cada máquina físicamente y configurarla para cumplir con los requerimientos de la red, en cambio desde un mismo punto de control podrán realizar cambios en cada dispositivo independientemente del fabricante o modelo. Esto también implica que cuando sea necesario reemplazar un equipo físico por daños o actualización este podrá ser integrado a la red de manera más eficiente.

Por otro lado como ya ha sido mencionado NFV es una plataforma que brinda soluciones distintas a SDN ya que se enfoca en la capa de enrutamiento, más precisamente en los equipos que componen la infraestructura y no en el control. Sin embargo debido a que ambas tecnologías se centran en capas distintas de la red y pueden funcionar independientemente, también pueden ser un complemento bastante significativo.

4.1 Integración NFV y SDN

Teniendo en cuenta las capacidades de ambas tecnologías de mejorar la calidad y el manejo de las redes, combinar estas soluciones en una sola implementación permitiría incrementar el desempeño de la red en gran medida. En la siguiente figura se puede evidenciar un ejemplo de esto:

Ilustración 6. Arquitectura conjunta de NFV y SDN [17]

En esta arquitectura se muestra como se puede combinar el uso de NFV y SDN, en las empresas se ha cambiado el router físico que permite el acceso por uno virtualizado (NFV), y en la oficina central que maneja la conexión con todas las empresas se tiene un switch OpenFlow [18] que es el intermediario entre la capa de datos y la capa de enrutamiento. En este punto se pueden controlar los diversos componentes de la red, tales como los routers virtualizados, y dar acceso a los servicios IP.

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Esto conlleva beneficios como:

Cambio de hardware propietario por software y hardware genérico, disminuyendo el costo.

El software que administra el plano de control se puede ubicar en una locación óptima y se desliga de una plataforma dedicada al pasar a servidores.

El control de la capa de datos es abstracto y estandarizado para los dispositivos que componen la red, permitiendo evolución de la red sin necesidad de cambiar los equipos.

5 DESARROLLOS ACTUALES

5.1 OPNFV

OPNFV es un proyecto colaborativo de Linux Foundation que busca crear una plataforma abierta e integrada que permita acelerar la evolución de NFV. Este proyecto cuenta con grandes miembros del sector de operadores celulares, para así poder asegurar consistencia desempeño e interoperabilidad de la plataforma.

Inicialmente el proyecto se centra en desarrollar la infraestructura NFV (NFVI), manejo virtualizado de infraestructura (VIM) y diversas APIs de otros elementos de la NFV, los cuales forman la infraestructura necesaria para las funciones de red virtualizadas (VNF) y el manejo y orquestación de red (MANO).

Para asegurar que se mantendrán los protocolos consistentes, entre los miembros colaboradores del proyecto se encuentran ETSI, además buscan trabajar de la mano con otros proyectos opensource de modo que todo el ecosistema NFV sea interoperable.

El 23 de Abril OPNFV realizo un primer lanzamiento de la plataforma llamado Arno, donde se incluyen la base de proyectos en desarrollo como Open Daylight, Open Stack y KVM, este es un build que se podrá desplegar sobre una infraestructura Pharos para construir sobre esta aplicaciones VNF.

En cuanto al aspecto funcional, el primer lanzamiento incluye varios proyectos que soportan la infraestructura y comunicación. Estos son:

OS Juno

ODL Helium (Neutron ML2-OVSDB proxy)

Ceph orchestrated by Cinder

OVS

Linux

Estos proyectos permitirán crear una solución NFVI integrada con VIM por medio de una configuración definida de hardware que consiste de 6 servidores.

5.2 CISCO

Cisco presenta una plataforma de software modular que se encarga de los requerimientos de manejo y orquestación de NFV, en esta proponen dos módulos nuevos que son: Evolved Service Platform (ESP) y Evolved Programmable Network (EPN), estos módulos se conectaran con la

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plataforma Open Network Strategy de Cisco, que busca poder alinear módulos de red independientemente de la versión, fabricante o si son físicos o virtuales.

Ilustración 7. Cisco ESP y Open Network Strategy [3]

La plataforma ofrecida por Cisco pretende no solamente habilitar NFV, adicionalmente de esto su ideal es generar un conjunto de servicios de red donde se encuentran aplicaciones para los usuarios. Además NFV es una de las opciones tecnológicas que permiten la comunicación entre usuarios en una red.

Ilustración 8. Arquitectura de manejo y orquestación de NFV de Cisco [3]

En esta figura se indican los distintos niveles de arquitectura de red que maneja Cisco, incluye módulos VNFs, uso de SDN para un mejor manejo de estos módulos y OpenStack o VMware para manejar la escalabilidad de las VNFs.

El Services Orchestator se encarga de comunicar la infraestructura con los diferentes servicios, maneja el ciclo de vida de la plataforma en la capa de servicios. El SDN controller se encarga de conectar los servicios virtualizados ya sea un VNF o un conjunto de estos con la red de la

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compañía usando APIs de código abierto para poder conectarse con centros de datos independientemente del fabricante.

5.3 HEWLETT PACKARD (HP)

Actualmente HP se encuentra como uno de los principales desarrolladores de soluciones NFV. Ellos encuentran esta arquitectura como un gran desafío que ofrece efectividad en el montaje, ahorro en costos de operación y de montaje, así como flexibilidad en el préstamo de servicios.

Su arquitectura desarrollada se basa en la propuesta por la ETSI, y es altamente escalable de tal manera que se puede adaptar al contexto de las grandes proveedoras de servicios de comunicaciones. HP trabaja en conjunto con Wind River para el desarrollo del programa OpenNFV de HP. Este proveerá la posibilidad de que los actuales clientes de la Helion OpenStack de HP (Plataforma cloud de HP) se integren a la nueva Helion OpenStack con NFV una vez se termine con su desarrollo.

HP ya tiene desarrollados switches, almacenamiento, servidores, así como software para proveedores de servicios necesarios para empezar la transición a NFV [5]. También provee confiabilidad en sus servicios con su plataforma HP Helion en conjunto con la máquina virtual basada en Linux y kernel para proveedores (KVM) de Wind River.

Para poder ofrecer los distintos tipos de servicios que pueden ir desde pequeñas soluciones de virtualización de nodos a grandes infraestructuras HP ofrece consultaría para que las organizaciones conozcan el proceso a seguir para el montaje o proceso de migración a NFV [5].

HP participa activamente en la organización ETSI así como en la OPNFV y OPEN DAYLIGHT. A continuación se expone la arquitectura propuesta por HP.

Ilustración 9. HP NFV Foundation Architecture [6]

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Como se puede detallar su arquitectura está basada en la arquitectura propuesta por la ETSI. Cada uno de sus componentes tiene la misma finalidad que la definida en la arquitectura propuesta por la ETSI. Sin embargo se definirán dos componentes claves en la arquitectura propuesta por HP.

SDN controller: su función principal es la de participar en el soporte de VNF Layer. Permite que las CSPs tengan su controlador SDN de preferencia.

Cloud controller: es una plataforma que permite a la capa hipervisora acceder a recursos físicos.

5.4 DELL

Dell fue uno de los fundadores de la plataforma abierta OPNFV. Actualmente este ofrece un kit para empezar el proceso de evolución hacia arquitecturas con tecnologías abiertas a las organizaciones. También su constante trabajo en sistemas abiertos además de permitirle ser proveedor de los desarrollos cloud más avanzados, le ha permitido ser fundador o trabajar en conjunto en las siguientes organizaciones:

The Openstack foundation

The Open Networking Foundation

The Open Compute Project

The Linux Foundation’s Open Platform for NFV

Platinum Member of OpenDaylight Project

A continuación se puede observar la plataforma NFV propuesta por Dell

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Ilustración 10. The Dell NFV platform [7]

Su plataforma permite ejecutar una gran cantidad de VNFs con las últimas tecnologías desarrolladas por Dell en conjunto con software abierto desarrollada por socios. También incluye interfaces abiertas y software para el modulo MANO para permitir una operación más simple y fácil de integrar. Esta plataforma provee 3 ventajas principales [7]:

1. 100% open and standards based

Lidera el primer y único desarrollo de una plataforma totalmente abierta del framework NFV de ETSI. Se encuentra validada con los siguientes estándares.

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Ilustración 11. Dell NFV platform ETSI/OPNFV aligned subsystems [7]

2. Scalable in any direction

La plataforma NFV de Dell permite escalar en cualquier dirección para poder ofrecer diferentes diseños y capacidades de acuerdo a las necesidades.

3. Maximum choise and flexibility

La plataforma de Dell permite a virtualizar una gran variedad de equipos y funcionalidades. Al ser abiertos los estándares junto con los socios ofrecen un rango amplio de VNF así como componentes de la MANO. En la siguiente imagen se pueden observar lo que se puede lograr:

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Ilustración 12. Dell NFV proof-of concepts deployments [7]

5.5 HUAWEI

Huawei fue una de las primeras compañías en iniciar desarrollos en NFV, en el 2012 propuso la arquitectura SoftCOM, que integra tecnologías como NFV, SDN y cloud computing, esta arquitectura permitirá a las grandes empresas de telecomunicaciones integrar estas nuevas tecnologías a sus soluciones.

Desde entonces Huawei ha trabajado con varias empresas como Telefónica, China Mobile, China Unicom y China Telecom. Junto con ellos ha logrado integrar su plataforma SoftCOM permitiendo que la infraestructura UNICA de Telefonica centralice el control de sus centros de datos usando únicamente un Data Center virtual. En 2014 junto a China Telecom lograron aplicar SDN a su red de Internet Data Center.

En la infraestructura de la plataforma SoftCOM Huawei busca implementar NFV en varios componentes, los nodos NE (network elements) estarán divididos en una estructura de tres niveles; hardware básico, plataforma open cloud y service software. Sobre el hardware básico se instala la plataforma de software de virtualización y cloud computing, que funciona como el sistema operativo para manejar y programar el uso de espacio y recursos de red en las redes de telecomunicación. Además provee un ambiente abierto para las funciones de capa superior.

Esta plataforma cloud debe ser obligatoriamente abierta para permitir un ecosistema de redes heterogéneas que soporten distintos tipos de hardware.

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Ilustración 13. Huawei SoftCom platform [8]

Para poder lograr que la plataforma cloud sea abierta SoftCOM incluye FusionSphere Cloud OS, el cual encapsula el codigo de OpenStack y provee mejoras para cumplir con requerimientos de seguridad desempeño y experiencia de aplicación, asegurando la estabilidad de la arquitectura NFV.

Además la plataforma SoftCOM busca virtualizar todos los componentes de borde implementando NFV, este sería el caso de EPC, CDN y BRAS. Para esto Huawei posee la solucion CloudEdge, la cual esta compuesta de una infraestructua de hardware, un sistema operativo, aplicaciones de red y MANO. Esta solución tambien incluye FusionSphere Cloud OS para asegurar desempeño a nivel de carrier.

El 20 de Enero de 2015 Huawei junto con algunos de sus aliados tecnológicos innauguraron el NFV Open Lab en Xi’an China, el cual esta dedicado a acelerar el proceso de creación del ecosistema necesario para la infraestructura, plataforma y servicios de NFV.

El laboratorio busca trabajar de la mano con grandes compañias de telecomunicaciones de modo que pueda liderar la adopcion de NFV en estas.

5.6 ALCATEL-LUCENT

Alactel-Lucent es una empresa que busca prestar servicios en el área de las comunicaciones, una de sus especialidades es tecnología cloud, en la cual incluyen NFV. El objetivo de la compañía es permitir que otras empresas puedan realizar un mejor manejo de su infraestructura, para lo cual buscan facilitar el control y mantenimiento de cada servicio, lo cual logran trasladando estos servicios a su propia plataforma en la nube.

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Ilustración 14. Cambio en la arquitectura usando NFV por Alcatel-Lucent [15]

Esencialmente Alcatel-Lucent presenta un portafolio de servicios donde incluye 3 aspectos primordiales para implementar NFV en una compañía.

1. Aplicaciones NFV

Alcatel-Lucent provee a las compañías unas VNF ya desarrolladas para mantener el estado de la infraestructura de la red, mejorando aspectos de desempeño.

Virtualized Service Router (VSR)

Virtualized IP Multimedia Subsystem (vIMS):

Virtualized Evolved Packet Core (vEPC)

Virtualized Content Delivery Network (VCDN)

2. Plataforma NFV

CloudBand es la plataforma ofrecida en esta solución, permite crear una plataforma altamente distribuida contenida en la nube, posee orquestación y mantenimiento centralizado lo que mejora el rendimiento de los servicios de la compañía.

Es posible integrar CloudBand con Nuage Networks, que es otra plataforma de Alcatel-Lucent pero orientada a SDN, por lo que complementa la infraestructura, brindando mayor control.

3. Alianzas

CloudBand Ecosystem Program provee un ambiente de tipo laboratorio donde compañías de telecomunicaciones, manufactureras de hardware y otras organizaciones que proveen soluciones NFV pueden intercambiar ideas y mejorar la plataforma.

Por medio de este servicio las empresas proveedoras de servicios pueden iniciar la transición a una infraestructura NFV.

5.8 ORACLE

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El Oracle Communications Application Orchestrator es la solución provista por Oracle. Está destinada a los proveedores de servicios de comunicación (CSPs) para que el ciclo de vida del despliegue de sus servicios sea más corto y su red sea más flexible, permitiendo que se adapte fácilmente para soportar nuevos servicios [16].

Esta aplicación maneja los recursos de la infraestructura sobre la cual se encuentra instalada, para poder asignar la capacidad necesaria para poder virtualizar cada NF. Además por medio del sistema de orquestación es posible manejar el ciclo de vida de cada VNF.

En cuanto a la arquitectura, esta está diseñada para soportar los estándares de la ETSI y actuar como manejador de VNF en la arquitectura de esta misma.

Ilustración 15. Oracle Application Orchestrator en la arquitectura NFV de la ETSI [16]

La aplicación se comunica directamente con un VIM para poder tener completo control sobre las VNFs y almacena información del desempeño de estas mismas para poder monitorear el uso. Con esta información se asignan valores máximos a unos KPIs, con los cuales se puede guiar a la aplicación sobre como escalar la virtualización de las funciones.

El Oracle Application Orchestrator está diseñado para poder trabajar con diferentes manejadores de infraestructura de virtualización, para evitar que las organizaciones queden limitadas a hardware de un único propietario.

Además de esta aplicación, Oracle también ofrece el Communications Core Session Manager el cual está diseñado para soportar el manejo de sesiones en el core sobre una infraestructura virtualizada. Incluye funciones como IP Multi-media Subsystem (IMS), Call/Session Control Functions (CSCF) y Break-out Gateway Control Function (BGCF) así como las interfaces de 3GPP.

5.9 Comparación

A continuación se exponen dos tablas comparativas de los desarrollos, y enfoques que cada organización está dando a NFV.

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Organización Enfoque Proyectos Partners Lanzamiento plataforma

CISCO

El objetivo de Cisco es crear una plataforma que permita integrar distintas VNFs junto con equipos físicos, facilitando el control de estos. Para esto la plataforma incluye un módulos de SDN. Esta plataforma se podrá conectar con otros módulos de Cisco que están orientados a soportar aplicaciones de negocio.

Miembro platino de OPNFV, colabora con ETSI para definir la arquitectura de NFV.

Realiza trabajos con Open Stack para permitir interoperabilidad y Vmware para el manejo de recursos computacionales en cloud. Tiene aliados técnicos como: A10 networks, Accenture, APC, BMC, CA Technologies, Citrix, EMC, F5 Networks, Intel, Microsoft, NetApp, Oracle, Panduit, Red Hat, SAP, SUSE y Wyse.

Actualmente Cisco provee 2 plataformas que son interoperables y facilitan la adopción de NFV, estas son Evolved Services Platform (ESP) y Evolved Programmable Network (EPN). Siendo ESP la encargada de mantener y controlar la plataforma por medio de APIs de NFV y SDN, junto a sus capacidades de orquestación, mientras EPN logra crear esta plataforma virtual a partir de él o los equipos físicos sobre los que se encuentra.

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HEWLETT PACKARD

Su objetivo principal es desarrollar el módulo MANO NFV e integrarlo en su plataforma cloud Helion OpenStack. De tal manera que puedan ofrecer a los distintos carrier la plataforma para poder realizar los montajes de las redes y VNFs que deseen.

Miembro platino de OPNFV, colaboración en la definición de la arquitectura NFV por la ETSI. Partner de la plafatorma NFV elaborada por Red Hat (proveedor de hardware) [13]. Desarrollo de su propia plataforma NFV, específicamente desarrollo de componentes del módulo MANO y servidores. Su plataforma se basa en la ya existente Helion OpenStack (cloud).

En el desarrollo de sus tecnologías para integración y soporte de su infraestructura su partner principal es Wind River. Además se encuentran: Gwind, Brocade, Genband, Intel, Ima, Mellanox, Spirent y SK. Sus partners de aplicaciones los cuales se encargan de testing, caracterización y validación son: adaptivemobile, Akamai, Aiiot, Contextream, H-log, Kemp technologies, Mavenir systems, paloalto networks, Procera, Qosmos, RAD, Telenity, Vantrix, velocloud, A10, ClearPath networks, Luminate, Radware, Riverbed.

Actualmente HP ofrece un NFV starter kit con el cual se pueden virtualizar nodos con capacidad para los carrier. Se ofrece como una solución inicial para los carrier para desplegar una nube NFV. Adicionalmente ofrece 3 kits adicionales los cuales pueden aumentar la capacidad de los nodos para aquellos que requieren de mayor poder de cómputo o aumentar la capacidad de almacenamiento. Adicionalmente HP espera que para el tercer trimestre de este año 2015 terminen una solución de mayor capacidad para poder hacer una integración y despliegue total de la arquitectura a nivel de carrier [14].

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DELL

Dell ofrece una plataforma basada totalmente en estándares abiertos (Es una de las más flexibles del mercado pues permite integrar diferentes módulos de MANO y sistemas de virtualización de diferentes fabricantes). Ofrece la infraestructura como servidores, almacenamiento, y redes principalmente en su plataforma NFV. Fue una de las fundadoras de la OPNFV. Actualmente ofrece un starter kit para facilitar pruebas en despliegues de topologías NFV.

Miembro platino de la OPNFV, Ha participado en la definición de la arquitectura NFV en la ETSI. Actualmente está en desarrollo de su plataforma NFV.

Al ser su plataforma abierta a distintos desarrollos Dell tiene gran cantidad de partners. En la parte de la infraestructura NFV se apoya en sistemas operativos así como los software de virtualización entre los que se encuentran: Redhat, Ubuntu, Docker, vmware, Wind river y widnows. Para la infraestructura para soportar los distintos componentes de la MANO usa diferentes componentes entre los que se encuentran: Openstack, Opendaylight, Active Fabric Manager, Foglight y Dell OpenManage.

Actualmente Dell ofrece una plataforma starter kit para realizar pruebas y pequeños desarrollos. Esta plataforma está pre configurada e incluye switches para 10/40GbE combinados con Dell PowerEdge racks o blades con linux y Openstack. Esto con el fin de habilitar plataformas como servicio para ambientes con VNFs.

HUAWEI

Dado que Huawei lleva unos años trabajando con NFV, en estos momentos su intención es integrar NFV en su plataforma SoftCOM, la cual no solo soportara VNFs, además permitirá tener control sobre la red usando SDN y tendrá nodos de la

Miembro platino de OPNFV, ha colaborado desde el inicio a crear el estándar de NFV con ETSI.

Huawei ha realizado alianzas que le permitan desplegar su plataforma así como monitorear su desempeño, para esto se ha unido con algunas compañías como: Telefónica, China Mobile, China Unicom y China

La plataforma SoftCOM está disponible actualmente y Huawei ha realizado proyectos con compañías de telecomunicaciones desde 2012. Junto con FusionSphere y CloudEdge, esta plataforma podrá usar código de

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red virtualizados Telecom. OpenStack embebido y virtualizar componentes en el borde de la red.

ALCATEL-LUCENT

Permitir a las empresas de telecomunicaciones migrar sus componentes de red a cloud, usando una plataforma que ofrece control y soporta los nodos NFVs de la empresa.

Miembro plata de OPNFV, participa en el ecosistema NFV de Red Hat, realizando labores de manejo y orquestación (MANO).

En el programa CloudBand Ecosystem se encuentran los aliados estratégicos, tales como: Telefónica, NTT, Sonus, Skyfire, Sandvine, F5, ixia, StackIQ, Tieto y JDSU.

En la actualidad Alcatel ofrece una plataforma NFV llamada CloudBand, la cual facilita la instalación de funciones virtualizadas como las 4 que incluye por defecto. Además se puede integrar con otros servicios que ofrecen, como Nuage Networks que permite integrar SDN.

ORACLE

Facilitar la migración de funciones de red de una compañía de telecomunicaciones, mediante una aplicación que se integra a la infraestructura de NFV definida por la ETSI.

Miembro de la ISG NFV de ETSI.

Estas aplicaciones de oracle están soportadas sobre infraestructura de sus aliados, estas requieren: Sistemas operativos Red Hat Linux, Oracle Linux, CentOS y soporte de infraestructura virtual usando Vmware o Oracle Enterprise Manager.

El Oracle Communications Application Orchestrator es un aplicación que logra integrar VNFs a la plataforma NFV de una compañía y maneja su ciclo de vida, además se comunica con el Virtual Infraestructure Manager (VIM) para poder monitorear estas VNFs y conocer su desempeño. Está diseñado para trabajar sobre distintos manejadores de infraestructura de

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virtualización, esto significa que no es dependiente de un hardware especifico.

Organización Servicio de consultoría Entidades de la arquitectura

Integración

CISCO

Cisco presenta sus productos en un catálogo que pueden consultar las organizaciones, en el cual es posible adecuar las plataformas para que cumplan con los requisitos del negocio, luego de esto Cisco habilita el servicio y da soporte.

Cisco ofrece un catálogo de VNFs propias que las organizaciones pueden incluir en su plataforma, así como otras VNFs desarrolladas por terceros. Algunas de estas son PGW, SGW y MME.

La plataforma de Cisco es una de las más interoperables ya que busca soportar VNFs propias y de terceros así como equipos reales.

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HEWLETT PACKARD

HP ofrece sus 4 kits a los carriers que los soliciten, así como asesoría en estos. Además sugieren una serie de pasos para saber cuáles deben ser los nodos por los que se debe empezar la transición a NFV. Estos pasos se definen en su documento "HP NEP NFV Cloud Solution" [5].

Componentes del módulo MANO: NFV Director, VAN SDN Controller, HP OneView and IMC, SDN, HP OSS.

La plataforma de HP es totalmente compatible con las demás ya que se basa en la arquitectura propuesta por la ETSI. Esto permite que puedan ser implementados las NVFs de distintos proveedores, pues este simplemente ofrece en su plataforma la posibilidad de agregar estas funciones virtualizadas en su Helion OpenStack.

DELL

Dell ofrece actualmente su starter kit para aquellas organizaciones en donde deseen realizar pruebas. Su starter kit se encuentra pre configurado en hardware y dan opciones de sistemas operativos a instalar al momento de la adquisición del equipo.

La arquitectura de ellos soporta las siguientes entidades: Balanceadores de carga (LBaaS), Firewalls (FWaaS), PXE boot integration y una gran cantidad de servicios de plataformas.

Dell ofrece el hardware necesario y su integración para poder montar sobre ella los módulos de manejo desarrollados por terceros así como los VNFs.

HUAWEI

Huawei realiza alianzas con empresas de telecomunicaciones, de modo que se encarga de acoplar su plataforma a todas estas organizaciones.

Uno de los casos en los que Huawei usa NFV es en su solución CloudEdge, en la que virtualiza componentes en el borde, tal como EPC, CDN y BRAS.

Dentro de su solución incluyen código de OpenStack para poder soportar distintos tipos de red y hardware.

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ALCATEL-LUCENT

Alcatel ofrece a sus clientes la supervisión necesaria para migrar sus servicios desde las plataformas actuales a su plataforma NFV.

Alcatel incluye en su plataforma cuatro VNFs por defecto; VSR, vIMS, vEPC y vCDN.

Junto a sus servicios, alcatel también incluye el programa CloudBand Ecosystem, en el cual pueden trabajar distintas empresas, tanto proveedoras de servicios como de aplicaciones y soluciones NFV para gestionar el estándar que usan.

ORACLE

Así como con otros productos ofrecidos por Oracle, para poder adquirir esta solución, es necesario comunicarse con un vendedor de la compañía, luego Oracle ofrece la a ayuda necesaria para integrar las aplicaciones a la organización e iniciar la migración a NFV.

Junto con el Communications Core Session Manager, se pueden soportar VNFs de manejo de sesiones como por ejemplo Multi-media Subsystem (IMS), Call/Session Control Functions (CSCF) y Break-out Gateway Control Function (BGCF) entre otras.

La aplicación está diseñada para poder trabajar con múltiples manejadores de infraestructura de virtualización. Además puede soportar distintas VNFs.

6 CONCLUSIONES

6.1 Discusión

NFV se plantea como una solución a varios de los problemas que las operadoras tienen en la actualidad en la generación y montaje de redes. Son una gran cantidad de beneficios los que plantea y los cuales están empezando a ser evaluados en montajes reales. Además de lograr mejorar los costos y el tiempo de montaje de redes también genera nuevas características como la elasticidad la cual la hacen ser uno de los principales objetivos de los carrier. Actualmente se encuentra en etapa de desarrollo y ya se cuenta con algunos pequeños desarrollos para pruebas por parte de algunas organizaciones. Su acoplamiento a las redes actuales, así como su integración con SDN generarán un esquema totalmente nuevo que claramente cambiará la forma de generación de redes actual a una totalmente más eficiente y con más funcionalidades.

6.2 Trabajo futuro

Dado que el trabajo realizado ha sido investigativo, es necesario hacer una prueba del funcionamiento de la tecnología, para esto es posible utilizar la plataforma que lanzara OPNVF en el transcurso del año. Además es necesario tomar medidas de desempeño de esta plataforma con respecto a una red física, esto con el ánimo de entender qué grado de ventaja existe en el uso de

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funciones virtualizadas. De la misma forma se deberán usar estos datos para poder encontrar los puntos en los cuales la plataforma requiere optimizarse.

Otro posible aspecto que se puede evaluar en el futuro es el desempeño de las soluciones ofrecidas por empresas privadas, ya que en este estudio se compararon únicamente los diseños de estas soluciones, más no su eficiencia.

7 REFERENCIAS

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http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/nfv/001_099/002/01.01.01_60/gs_nfv002v010101p.pdf

[2] OPNFV (2015). OPNFV: An Open Platform To Accelerate NFV [En línea] [Citado el 21 de Mayo de 2015]

https://www.opnfv.org/

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[19] Huawei (2014) Huawei Leads Telco Transformation via Commercial Deployments of SDN and NFV [En línea] [Citado el 21 de Mayo de 2015]

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