Guida al Software-Defined Networking (SDN)

Le reti definite dal software (Software-Defined Networking, di seguito SDN) rappresentano un’alternativa all’approccio tradizionale per la progettazione, gestione e implementazione delle reti aziendali. Le Reti SDN sbloccano un nuovo livello di agilità, automazione e prestazioni nelle infrastrutture digitali.

In questo articolo, esploreremo il concetto di SDN, le sue motivazioni, i vantaggi che può offrire e le sfide legate alla sua implementazione. Esamineremo anche gli aspetti principali della sicurezza delle reti SDN e le prospettive future di questa tecnologia. 

Indice

1. Introduzione al Software-Defined Networking
   1. L’Orchestratore SDN: un nuovo paradigma di controllo
   2. Un confronto tra reti tradizionali e SDN
2. Come funziona il Software-Defined Networking
   1. Vantaggi della transizione verso il Software-Defined Networking
3. Sfide per il Software-Defined Networking
4. Sicurezza nell’SDN 
5. Casi d’uso del Software-Defined Networking 
   1. Applicazione reali delle reti SDN 
6. Conclusioni e prospettive future dell’SDN 

Introduzione al Software-Defined Networking

L’SDN (Software-Defined Networking) è molto più di una semplice evoluzione delle tradizionali reti. In quest’ultime erano gli switch e i router a gestire sia il controllo che il trasferimento dei dati. L’SDN è un approccio all’architettura di rete che rompe con le convenzioni tradizionali. In breve, invece di affidarsi all’hardware fisico per controllare il flusso dei dati, l’SDN offre una soluzione per spostare la gestione su un livello centralizzato.

Nel piano di controllo, un software, chiamato controller o orchestratore, prende decisioni dinamiche basate su una visione globale della rete.

L’Orchestratore SDN: un nuovo paradigma di controllo

L’orchestratore o controllore SDN, separa il piano di controllo e il piano di trasferimento dei dati. Il primo, responsabile della gestione e delle operazioni di rete il secondo, invece, si occupa dell’instradamento dei pacchetti e del trasferimento dei dati effettivi.

Questa separazione offre una maggiore flessibilità e programmabilità della rete, con il controllore SDN che coordina le operazioni di rete come un direttore d’orchestra guida ogni singolo strumento con maestria per creare una sinfonia armoniosa di connettività.

Un confronto tra reti tradizionali e SDN

Una prima differenza sostanziale consiste nell’infrastruttura di rete. Il networking tradizionale si basa su dispositivi hardware dedicati e richiede quindi configurazioni manuali su ogni dispositivo.

Inoltre, i piani di controllo e dei dati possono essere gestiti con lo stesso hardware. Questo limita molto la scalabilità, l’agilità e l’adattabilità delle risorse di rete; al contrario aumenta la complessità e, possibilmente, i tempi di latenza.

L’SDN, invece, virtualizza i componenti di rete e gestisce il controllo attraverso un software centrale, l’orchestratore. Così facendo migliora la programmabilità e la visibilità della rete. Fondamentale è anche la separazione dei layer tramite software, che rende la rete più efficiente e scalabile. 

Possiamo visualizzare in una tabella che segue alcune delle differenze principali tra reti tradizionali e SDN.

Reti tradizionali vs reti SDN

Come funziona il Software-Defined Networking  

L’infrastruttura SDN introduce tre strati (o layer) al fine di gestire al meglio la rete. Nell’immagine che segue possiamo vedere una rappresentazione semplificata dell’architettura delle reti SDN costituita da tre piani, i quali comunicano tra loro in modi precisi con delle API. Naturalmente, ogni layer ha dei compiti precisi, vediamoli insieme:

Architettura rete SDN

• Piano Applicativo.È il piano più “alto”, che coinvolge le applicazioni e i servizi che sfruttano la rete. Da questo piano arrivano dunque le richieste e le istruzioni, che l’orchestratore SDN prende in carico e gestisce.

• Piano di Controllo.Il controllor SDN, o orchestratore, è il centro dell’architettura: centralizza la gestione della rete, ha una visione completa e prende decisioni dinamiche. Questo piano riceve richieste dall’alto (tramite le API northbound) e organizza il coordinamento e la gestione delle operazioni di rete, assicurandosi (tramite le API southbound) che ogni dispositivo di rete agisca nel modo corretto.

• Piano dell’infrastruttura o dati.Questo piano riguarda l’effettivo trasferimento dei dati. Gli elementi di rete (swicth, router…) programmabili seguono le istruzioni del controller SDN.

Vantaggi della transizione verso il Software-Defined Networking

Alcune delle ragioni principali per adottare l’approccio SDN possono essere le seguenti:

1. Agilità, scalabilità, efficienza:l’SDN offre la possibilità di adattare rapidamente la configurazione di rete alle esigenze specifiche, agendo semplicemente su un unico punto (il controller) invece che sui singoli dispositivi. 
2. Automazione dei processi di configurazione:l’automazione, la gestione centralizzata e la programmabilità riducono molto il carico di lavoro degli amministratori. 
3. Riduzione dei costi operativi e di manutenzione:la centralizzazione del controllo elimina la necessità di dispositivi specializzati, riducendo i costi operativi e semplificando la diagnosi. 

Sfide dell’Software-Defined Networking

Nonostante i numerosi vantaggi dell’SDN, esistono anche sfide e problemi che meritano attenzione:  

1. Nuove competenze necessarie: la gestione SDN richiede competenze specializzate, richiedendo formazione per il personale. 
2. Integrazione con sistemi esistenti: l’integrazione con sistemi preesistenti può essere complessa e richiedere sforzi significativi. 
3. Latenza maggiore: rendere la struttura hardware più sofisticata può avere l’effetto di rallentare le interazioni tra il controller centrale e le altre componenti di rete. 
4. Nuovi punti di attacco: l’architettura SDN introduce nuove vulnerabilità che richiedono misure di sicurezza adeguate a proteggere la rete da minacce esterne. 

Vediamo assieme alcune tematiche sulla sicurezza! 

Sicurezza nell’SDN 

La sicurezza è un aspetto critico nelle reti. Oltre agli attacchi tradizionali, nell’SDN possono emergere nuovi punti di vulnerabilità, a causa della centralizzazione del controllo e della programmabilità della rete.

Infatti, il controllore centrale diventa un punto estremamente delicato e, in caso di attacco, risulterebbe compromessa l’intera rete: grazie alla programmabilità, sarebbe possibile riconfigurare gli elementi di rete, danneggiare i servizi, ridirigere il traffico verso destinazioni non autorizzate. Questo provocherebbe, ad esempio, ritardi nei servizi e perdita (o furto) di dati.

I potenziali attacchi che l’orchestratore e gli switch programmabili possono subire sono molti; potremmo suddividerli grossomodo pensando ai layer di rete che riguardano: 

Piano Applicativo: App manipulation (che sfrutta le vulnerabilità dell’applicazione) 

Piano di Controllo: Network manipulation (quando viene compromesso il controller) 

Piano Dati: Traffic diversion, attacco side channel, attacco ARP Spoofing 

Tutti i Piani: Denial of Service (DoS e DDoS), API esploitaion, traffic sniffing 

La soluzione? In generale, l’orchestratore non dovrebbe essere un single point of failure, ovvero un elemento della rete la cui assenza o il cui malfunzionamento compromette l’intero sistema; al contrario, si dovrebbe sfruttare hardware ridondante, ossia hardware di backup che entra in gioco non appena quello primario ha qualche anomalia. 

Una password sicura è spesso un componente chiave nella protezione da molti di questi attacchi, ma la sicurezza complessiva coinvolge anche altre misure, come l’aggiornamento regolare dei sistemi, l’implementazione di crittografia forte, l’implementazione di una segmentazione adeguata della rete (per limitare il movimento laterale di eventuali attacchi e isolare le diverse porzioni della rete), dei meccanismi di rilevamento degli incidenti in tempo reale e un piano di risposta agli incidenti ben definito per interventi tempestivi. 

Casi d’uso del Software-Defined Networking  

L’implementazione dell’SDN ha portato a notevoli miglioramenti in diversi contesti. Ad esempio, molte aziende hanno adottato l’SDN per migliorare l’agilità e la scalabilità delle loro reti, consentendo una rapida configurazione di nuove reti virtuali e una gestione efficiente delle risorse di rete.

Anche i data center hanno beneficiato dell’SDN, con una maggiore automazione che consente di adattarsi rapidamente alle variazioni del carico di lavoro e ottimizzare la distribuzione delle risorse di rete. 

L’SDN, infatti, viene utilizzato in diversi ambiti da vari attori: 

• I grandi provider cloud hanno adottato l’SDN per migliorare le loro piattaforme, e alcune soluzioni sono state rese open source.
• Le imprese stanno iniziando ad adottare l’SDN, spesso sfruttando i servizi di gestione dell’edge offerti dai fornitori di cloud.
• La virtualizzazione delle reti è stato uno dei primi casi d’uso per l’SDN, consentendo la creazione programmabile di Virtual Private Networks (VPN) e Virtual Local Area Networks (VLAN) per le reti aziendali.
• La Software-Defined Wide-Area Network (SD-WAN) è ora un’alternativa concreta ai tradizionali servizi WAN forniti dalle compagnie di telecomunicazioni, semplificando la configurazione delle reti VPN aziendali e ottimizzando il routing del traffico tra le sedi aziendali e i servizi cloud.
• L’SDN consente l’implementazione dell’in-band network telemetry (INT), che permette di raccogliere informazioni dettagliate sullo stato della rete durante l’elaborazione dei pacchetti. Questo fornisce una visione approfondita dei modelli di traffico e delle cause dei guasti di rete, consentendo analisi più approfondite e miglioramenti delle prestazioni della rete.

Applicazione reali delle reti SDN 

Nel 2010, l’Università di Stanford ha intrapreso una migrazione della rete del suo campus verso l’impego di OpenFlow: un motivo fu l’esplorazione dell’SDN attraverso esperimenti innovativi e la comprensione di OpenFlow come tecnologia effettivamente fruibile dalla comunità. 

NTT DATA ha dedicato sforzi significativi nello sviluppo di tecnologie SDN e ha sviluppato un controller di rete virtuale, basato su NetworkOS e NOS-Application, per semplificare la personalizzazione delle reti e il coordinamento con altre soluzioni di gestione. 

Conclusioni e prospettive future dell’SDN 

L’SDN offre un’enorme promessa nella gestione e nell’implementazione delle reti, grazie alla sua flessibilità, semplificazione e riduzione dei costi. Tuttavia, è fondamentale affrontare le sfide e considerare attentamente gli aspetti legati alla sicurezza.

Nel futuro, l’SDN continuerà a evolversi e sarà sempre più adottato; l’integrazione con tecnologie emergenti come l’intelligenza artificiale (IA) e l’Internet of Things (IoT) potrebbe portare a reti ancora più intelligenti e automatizzate.