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Análises independentes de tendências
tecnológicas para profissionais de TIC
SDN
Como o novo universo trazido
pelas redes definidas por software
irá impactar os negócios
Foco
Conectividade
Tecnologia
Redes, aplicações
Setor
Operadoras, data
centers, poder público
e grandes corporações
Geografia
Global
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Redes definidas
por software
(SDN)
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Outubro, 2013
Sumário
Introdução 3
Conceito 4
Benefícios do SDN 6
Roadmap de adoção 8
Oportunidades e desafios 11
Conclusão 13
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por software
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3
Introdução
IoT
Mobilidade
Social
Cloud
Big data
Rede
O mercado de telecomunicações e tecnologia
da informação está passando por um momento
de grande transformação. O crescimento
explosivo do uso de dispositivos móveis e
das redes sociais, a adoção cada vez mais
frequente de computação em nuvem e, em
um futuro próximo, o uso massivo de sensores
inteligentes nos mais variados dispositivos,
conectando praticamente qualquer coisa
à rede (criando a chamada "Internet das
Coisas" ou IoT, do inglês "Internet of Things"),
têm proporcionado novas oportunidades de
negócios, mas ao mesmo tempo, têm trazido
enormes desafios aos profissionais do setor.
Entre os principais desafios está a modernização
das redes de telecomunicações, cuja arquitetura
atual é essencialmente baseada em conceitos
que nasceram na década de 1950. A partir
daí, diversos protocolos e componentes foram
adicionados de acordo com as necessidades
que surgiram ao longo do tempo. Apesar de
atender às necessidades atuais, a situação
tornou-se bastante complexa, e de certa
forma, pouco flexível para continuar a evoluir na
velocidade do surgimento de novas aplicações
que imaginamos para o futuro próximo.
Em outras palavras, apesar da arquitetura
de redes atual ser bastante robusta, ela
aparentemente não é escalável o suficiente para
as necessidades deste novo cenário que se
aproxima rapidamente.
Como resposta a esse desafio, diversos players
do setor, como fabricantes, pesquisadores
e entidades de padronização, começaram a
trabalhar em uma nova arquitetura de redes,
baseada em padrões abertos, significativamente
menos complexa, mais flexível, mais eficiente e
potencialmente mais barata. O resultado desse
trabalho é o que vem sendo chamado de redes
definidas por software ou, na sigla em inglês,
SDN (software defined networks).
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Redes definidas
por software
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4
De acordo com o conceito original,
SDN é uma arquitetura que prevê a
separação entre os planos de controle
e o plano de dados nas redes de
comunicação
Conceito
A principal mudança trazida pela nova
arquitetura é uma alteração na camada da rede
em que se dá o controle do tráfego. De acordo
com o conceito original, SDN prevê a separação
entre os planos de controle (a inteligência
de um elemento de rede, por exemplo, o
software responsável por definir os processos
de roteamento, política de segurança,
engenharia de tráfego) e o plano de dados
(responsável por fazer o encaminhamento
dos pacotes, ou seja, a forwarding information
base). Enquanto na arquitetura tradicional os
controles estão no nível dos elementos de
rede – e, portanto, baseados em sistemas
proprietários desenvolvidos pelos fabricantes
de equipamentos –, o novo conceito pulveriza
a inteligência, que passa a estar distribuida
entre o hardware e a camada de software, ,
separando os planos de controle e de dados.
Assim, os elementos de rede passam a ser
responsáveis apenas pelo encaminhamento
físico dos pacotes, enquanto todo o controle
do roteamento por meio de software, em uma
camada superior.
Como resultado, espera-se redes menos
complexas e ao mesmo tempo mais flexíveis,
cujas políticas de tráfego podem ser redefinidas
rapidamente conforme surgem as demandas
de negócios, na camada de controle, sem
a necessidade de configuração de cada
switch e roteador individualmente. Torna-se
possível, também, a interação dos aplicativos
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por software
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5
Arquitetura de SDN (software defined network)
Camada de aplicações
Aplicações de negócios
API
Camada de controle
SDN
Software
de controle
switch
API*
Serviços de
conectividade
Interface de controle
Camada de infraestrutura
Fonte: PromonLogicalis
API
roteador
firewall
acess point
* API (application programming interface) - Interface de programação de aplicativos
com os elementos de rede, permitindo que
o comportamento da infraestrutura defina-se
automaticamente com base na aplicação,
trazendo para o mundo de networking conceitos
que a virtualização levou há alguns anos aos
data centers.
Cria-se, portanto, o conceito de redes
programáveis. A partir dessa arquitetura, os
elementos de rede (roteadores, switches, firewall,
etc.) passam a ter APIs (application programming
interface) no seu sistema operacional que
criarão a possibilidade de que aplicações não
desenvolvidas pelos fabricantes do hardware
interajam com o plano de controle do sistema,
tomando decisões de engenharia de tráfego
baseadas em padrões não usuais, como
temperatura, custo do link, consumo de energia,
entre outros.
Números do IDC apontam que o mercado de
SDN movimenta, hoje, aproximadamente US$
360 milhões em todo o mundo. A expectativa,
porém, é de que este montante passará para
cerca de US$ 3,7 bilhões em 2016, sendo 58%
desse investimento relacionado à infraestrutura
e controle da rede de dados. Não é à toa que
todos os principais fornecedores de infraestrutura
de TIC já estejam desenhando suas estratégias
e se posicionando nesse novo cenário. Além
dos grandes players, o momento incipiente do
mercado vem atraindo também diversas startups
interessadas em aproveitar a nova tendência.
OpenFlow x Open DayLight
Um dos alicerces do conceito de SDN
é o protocolo OpenFlow, proposto por
membros de diversas universidades,
como Stanford, Berkeley e MIT, como
uma linguagem aberta e universal para
a “comunicação” entre elementos de
rede, a partir da criação de tabelas de
fluxo dinâmicas. Atualmente, muitos
equipamentos são compatíveis com o
OpenFlow, popularizando o protocolo
e viabilizando a expansão das redes
definidas por software.
Como alternativa ao OpenFlow,
diversos fabricantes criaram, em
2013, uma associação chamada
Open DayLight. Mantida pela Linux
Foundation, trata-se de um projeto
colaborativo cuja ambição é criar um
controlador de rede (elemento na
camada de controle) padronizado,
evitando assim a fragmentação dos
protocolos e softwares de redes, uma
das principais preocupações quando se
fala em redes abertas e programáveis.
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por software
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O "middleware" humano das redes legadas não é escalável
Uso intensivo de tempo e recursos não se encaixa na realidade cloud
10.000 provisionamentos por dia
20 comandos por mudança
50.000
usuários
X
200.000 comandos por dia
1 minuto por comando
3.333 horas de esforço
X
e
420 administradores de rede
Fonte: HP
Benefícios do SDN
Redução da complexidade
Um dos principais problemas da arquitetura
de redes tradicional é a complexidade,
gerada principalmente pela necessidade
de “empilhamento” de protocolos criados
para atender a diversas demandas. Assim,
para cada alteração na infraestrutura são
necessárias configurações em diversos níveis,
em cada elemento. Com o software defined
networking, torna-se possível substituir alguns
protocolos que operam de forma "empilhada"
por regras customizadas e mais eficientes
de roteamento de pacotes. Além disso,
o SDN torna possível o desenvolvimento
de ferramentas que automatizam muitas
atividades de gestão da rede que hoje
têm de ser realizadas manualmente. Com
isso, a complexidade da rede é reduzida
significativamente, possibilitando a redução
de mão de obra ao mesmo tempo em que
diminui a instabilidade (causada por erros
de configuração) e permite modelos de
provisionamento muito mais ágeis.
Com uma infraestrutura mais simples, não é
difícil prever a equação que leva à redução
dos gastos com mão de obra especializada:
além de ser preciso um menor número de
profissionais, o nível de especialização também
é reduzido com a independência em relação
aos grandes fornecedores. Nos data centers,
essa redução reflete diretamente nos custos de
interface, permitindo a adoção de velocidades
maiores no acesso, como 40G ethernet.
Velocidades assim permitem a redução na
quantidade de interfaces, o que resulta em
redução dos custos com cabeamento e OPEX.
Controle centralizado e mais granular
Ao mesmo tempo em que, por um lado, o SDN
garante o controle centralizado da infraestrutura
(permitindo gerenciar múltiplos dispositivos, de
diferentes fornecedores, a partir de um ponto
central), também possibilita a aplicação de
políticas em um nível extremamente granular. A
combinação das duas características garantem
a agilidade e a flexibilidade das redes baseadas
na nova arquitetura. Outro benefício do SDN é
a possibilidade de se combinar infraestruturas
hoje independentes, transformando-as em uma
rede única. Com isso, muitas empresas que
hoje enfrentam problemas com infraestrutura
dividida em silos conseguem aproveitar melhor
os recursos disponíveis.
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Inovações-chave no SDN: programabilidade no nível da aplicação e virtualização
1
Separação dos planos
de dados e de controle
Comportamento
determinístico,
desempenho previsível,
convergência rapida
2
Plano de dados
orientado a fluxo
Planejamento simplificado,
otimização global,
análises offline
3
Controle e gerenciamento
centralizados
Multi-tenancy e
compartilhamento
de infraestrutura
4
Virtualização e abstração
de hardware
Mobilidade e melhor
performance
5
Redes programáveis
Networking direcionado
à aplicação
Fonte: ADVA
Melhor experiência no uso de aplicações
Uma das características mais festejadas por
seus defensores é a rápida resposta das
redes baseadas em software às demandas
de negócios. Com configuração mais simples
e controle centralizado, os administradores
de rede conseguem adequar a infraestrutura
conforme a necessidade do usuário final. A
virtualização do ambiente de rede permite
ainda a definição de políticas de tráfego –
escaláveis e flexíveis – baseadas na aplicação.
A ideia principal é permitir que alterações nas
aplicações ou novos deployments reflitam
diretamente na camada de rede. Com isso,
a rede passa a se comportar de forma mais
otimizada às aplicações, o que resulta em uma
melhor experiência para os usuários.
Disponibilidade, confiabilidade e segurança
Graças à sua capacidade de definição de
políticas e regras específicas, em um nível
bastante granular, as arquiteturas SDN podem
garantir maior disponibilidade, confiabilidade
e segurança do ambiente, já que ela elimina
a necessidade de configuração manual e
individual a cada adição ou mudança de
elementos de rede, reduzindo o risco de falhas
e consequentes indisponibilidades.
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por software
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8
Roadmap de adoção
a. Data center
Existe uma crescente percepção no mercado
que um dos ambientes que mais se beneficiarão
do SDN são os data centers. Com estruturas de
processamento e armazenamento virtualizados,
a necessidade de mudanças na forma como
as redes de data centers são administradas
e estruturadas torna-se premente. Em
comparação com os sistemas de gerência hoje
disponíveis para os ambientes virtualizados de
processamento e armazenamento, as interfaces
de gerenciamento podem ser ser consideradas
menos evoluídas, e é comum o uso de scripts
e execução de comandos manuais diretamente
nos equipamentos. Neste cenário, os sistemas e
a camada de rede não conseguem acompanhar
de forma automática as mudanças dinâmicas
e movimentações de carga de trabalho que
acontecem nas camadas de processamento,
armazenamento e aplicações.
Desta forma, são os data centers – e, em
especial, aqueles que processam enormes
volumes de dados, como Google e Amazon,
os chamados MSDC (Massively Scalable
Data Centers) – os primeiros a adotar a nova
arquitetura. A principal razão para tanto é o fato
de que a computação em nuvem é uma das
aplicações mais impactadas positivamente pelo
conceito (ver box na página 11). Diferente do
mundo cliente-servidor, em que a comunicação
acontece entre dois pontos, no mundo cloud as
aplicações precisam acessar múltiplos bancos
de dados e servidores, gerando tráfego em
múltiplos sentidos e ampliando a complexidade
do ambiente – situação mitigada pelo SDN. A
necessidade de se criar esses ambientes multitenant escaláveis fez surgirem implementações
conhecidas como virtual overlay networks,
baseadas em protocolos como VxLAN e
STT, que criam segmentos virtuais (overlays)
em cima da rede física (chamada por alguns
de underlay network). Além de aumentar a
escalabilidade, essas implementações visam
a integrar ou dar visibilidade entre a rede física
e as redes criadas pelos servidores virtuais,
permitindo a movimentação entre redes físicas
distintas – funções cumpridas com mais
simplicidade no SDN.
O avanço da computação em nuvem nos
data centers corporativos – com as chamadas
nuvens privadas – somado à novas arquiteturas
de informação (big data) e a disseminação
do BYOD (e a consequente necessidade de
se oferecer acesso a aplicações e dados
corporativos de qualquer lugar e por meio de
qualquer dispositivo) vêm alterando os padrões
de tráfego também dentro das empresas,
fazendo com que os data centers corporativos
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Top 5 localizações para adotar SDN e NFV até 2014
Dentro do data center
Entre data centers
Operações e
gerenciamento
Redes de distribuição de
conteudo (CDNs)
Cloud services
0%
20%
40%
60%
Porcentagem de operadoras que planejam adotar até 2014
Fonte: Infonetics Research
logo sejam também impactados pelo SDN.
É esse o perfil de ambiente visado pelos
fornecedores com as chamadas soluções de
software-defined data centers (SDDC), as quais
incluem processamento, armazenamento e
redes virtualizados.
Sobre as rede virtualizadas, é importante
ressaltar que, diferentemente do que
acontece com os servidores, ela não significa
necessariamente aumento da capacidade ou
otimização do uso da rede, mas melhor gestão
dos ambientes devido à visibilidade e integração
das redes criadas pelos servidores virtuais.
Em resumo, em muitos casos, a estrutura
atual das redes de data center não permite
o crescimento na velocidade exigida pelas
demais camadas (servidores, storage) e pela
explosão no número de aplicações e projetos
de computação em nuvem, o que abre o
caminho para o desenvolvimento das SDNs
nesse ambiente. É preciso ter em mente,
entretanto, que nem sempre as redes definidas
por software farão sentido. Empresas em que a
arquitetura de TI mantém o modelo tradicional,
onde o impacto de temas como computação
em nuvem, big data e BYOD ainda é baixo, não
teriam ganhos diretos neste momento com a
adoção de SDN.
Em termos técnicos, as soluções de SDN
para data center dividem-se em três
grupos:
SDN standard: são as soluções que
apresentarão as funcionalidades mais
básicas de SDN, geralmente serão
baseadas em switches simples de data
center (white boxes) com conexão com
plataformas básicas (geralmente open
source), como Openflow. Serão usadas
principalmente pelos data centers de
grande capacidade (MSDC).
SDN como virtualização da rede: estas
soluções farão parte do que o mercado
passou a chamar de software defined
data center. Neste caso, a solução de
SDN terá visibilidade desde a camada
de rede até a camada dos servidores
virtuais.
SDN como elemento de integração
entre redes e aplicações: estas
soluções podem ser consideradas
como uma evolução do modelo de
SDN, já que se utilizam da mesma
arquitetura porém com uma amplitude
de visibilidade que vai dos servidores
físicos à camada de aplicações.
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Redes definidas
por software
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10
A adoção da nova arquitetura de redes baseada
em SDN abrirá novos horizontes para o
desenvolvimento de aplicações que envolvam
conectividade
b. Redes públicas
Fora do data center, as redes definidas por
software devem fazer mais sentido, ao menos
inicialmente, para provedores de serviços, redes
de missão crítica, empresas com demandas
altamente variáveis sazonalmente e grandes
corporações com distribuição geográfica
esparsas. Provedores de serviços e corporações
com variação sazonal da demanda (como
grandes varejistas, por exemplo) tendem a se
beneficiar do SDN devido à simplicidade e à
rapidez com que se consegue alterar as rotas de
encaminhamento de pacotes e a arquitetura da
rede em um ambiente virtualizado. Por sua vez,
corporações com escritórios e filiais distribuídos
geograficamente têm, no controle centralizado
do ambiente, a principal vantagem da nova
arquitetura.
Há, entretanto, um novo mundo que se
desenha e que passa a depender de uma série
de características que trazem complexidade
às redes atuais e que são nativas no SDN. As
redes de missão crítica (especialmente as redes
de automação) dependem de disponibilidade,
agilidade, flexibilidade e segurança –
características das redes definidas por
software. A evolução desse ambiente são as
chamadas “redes de sensores” e/ou “redes
de comunicação entre máquinas (M2M)”, que
darão origem à Internet das Coisas (IoT, na
sigla em inglês).
Nesse novo ambiente, em que a latência das
redes deve ser a menor possível, em que a
disponibilidade deve ser próxima de 100% e
em que os sistemas de segurança não podem
interferir na operações normal, a migração
para as redes definidas por software parece
ser um caminho natural.
Dando um passo além e imaginando um
mundo em que os recursos computacionais
das “coisas” conectadas à internet (TVs,
carros, geladeiras, medidores, semáforos, etc..)
possam ser combinados de forma a criar uma
verdadeira rede de objetos com capacidade de
processamento (usados para fins diversos), as
redes definidas por software tornam-se ainda
mais relevantes, já que a configuração terá de
ser ainda mais simples e dinâmica.
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Aplicações
Cloud computing
Diferente do mundo
cliente-servidor, em
que a comunicação
a comunicação
é bidirecional, no
mundo cloud as
aplicações precisam
acessar múltiplos
bancos de dados e
servidores, gerando
tráfego em múltiplos
sentidos e ampliando
a complexidade do
ambiente. Entregar
serviços de TI com
agilidade e no modelo
“self-service” pregado
pela computação
em nuvem exige
que processamento,
armazenamento e
capacidade de rede
sejam escaláveis.
Mobilidade
Não é novidade
que os usuários
corporativos estão
demandando mais
mobilidade, exigindo
a possibilidade de
acessar sistemas e
informações a qualquer
momento, de qualquer
lugar e usando
qualquer dispositivo –
ainda que ele seja seu
smartphone pessoal.
Essa mudança de
comportamento dos
usuários está alterando
também os padrões de
tráfego nas redes e nos
data centers.
Big Data
O gerenciamento,
armazenamento
e acesso aos
dados corporativos
vem mudando
significativamente
nos últimos anos.
Ao mesmo tempo
em que o volume
de informações não
estruturadas aumentou
exponencialmente,
as arquiteturas dos
data warehouses
vem mudando, se
adaptando às novas
necessidades e às
novas tecnologias
propostas pelos
fornecedores. Essas
mudanças demandam
alterações também
na arquitetura das
redes e no padrão de
roteamento dos dados.
Internet of things
As chamadas “redes
de sensores” e/
ou “redes de
comunicação entre
máquinas" (M2M),
que darão origem à
Internet das Coisas
(IoT, na sigla em inglês)
exigem que a latência
das redes deve ser
a menor possível,
a disponibilidade
deve ser próxima de
100% e os sistemas
de segurança
não interfiram na
operações normal.
Nesse contexto,
características como
disponibilidade,
confiabilidade,
flexibilidade e
segurança são
fundamentais.
Oportunidades e Desafios
A adoção da nova arquitetura de redes
baseada em SDN abrirá novos horizontes
para o desenvolvimento de aplicações que
envolvam conectividade – em 2021, segundo a
consultoria Analysys Mason, haverá mais de 2
bilhões de conexões globais ante pouco mais
de 100 milhões registrados em 2011. Nesse
cenário, fabricantes de equipamentos de redes,
desenvolvedores de software, integradores
de sistemas e prestadores de serviços irão
readequar seus portfólios para atender a um
mercado cada vez mais dinâmico.
Entre as oportunidades que se pode vislumbrar
para os data centers, por exemplo, estão a oferta
de hospedagem de servidores com aplicativos
legados (sem suporte pelos padrões atuais de
redes), graças ao uso de conectores específicos
para a SDN, ou nuvens globais com qualidade
de serviços diferenciados (largura de banda,
latência, disponibilidade, etc).
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Números do IDC apontam que o mercado de
SDN movimenta, hoje, aproximadamente US$
360 milhões em todo o mundo. A expectativa,
porém, é de que este montante passará para
cerca de US$ 3,7 bilhões em 2016, sendo 58%
desse investimento relacionado à infraestrutura
e controle da rede de dados
Provedores de serviços de telecomunicações
poderão oferecer suas redes para que
utilities (fornecedores de energia, água e gás)
implementem suas redes de sensores com
características específicas programáveis
na rede; assim como poderão criar novos
modelos de negócio, como links de internet
que funcionam apenas dentro de uma janela de
tempo determinada, para replicação de dados
entre data centers.
Por sua vez, fabricantes de smart devices (TVs,
refrigeradores, sistemas de áudio-video, etc)
terão a possibilidade de programar a rede para
proporcionar a interação entre os dispositivos
e criar serviços inovadores, como por exemplo
distribuição de música, vídeo ou até receitas
culinárias utilizando a capacidade distribuída de
processamento desses equipamentos.
Finalmente, usuários e desenvolvedores de
aplicações poderão inovar e criar diferenciais
competitivos frente a seus concorrentes sem se
preocupar com eventuais limitações das redes,
uma vez que elas poderão ser dinamicamente
readequadas.
Entretanto, assim como SDN se traduz em
uma série de oportunidades e benefícios
muito interessantes, a adoção dessa nova
tecnologia poderá ser bastante desafiadora. A
migração para as redes definidas por software
representa uma mudança de paradigma,
em um mercado tradicionalmente fechado
composto por "caixas pretas" com as quais
a única forma de interação se dá por meio
de protocolos e interfaces específicos da
indústria, e que formam um conjunto de siglas
pouco palatáveis para novos entrantes (SNMP,
TACACS, ISUP, Gx, S11, etc.).
De maneira análoga, a mão de obra da
indústria também se especializou em direção
a esses mesmos protocolos e interfaces,
o que pode trazer dificuldades não apenas
com os skills de desenvolvimento de software
(agora extremamente úteis), mas também em
relação à adaptação a uma arquitetura mais
aberta e à possibilidade de projetar todo o
seu ambiente de rede tendo a aplicação como
elemento central.
A mesma “abertura” que é tão benéfica no
ponto de vista de uso, precisa ser bem gerida
e controlada para não induzir ao caos nas
empresas. Isso significa adaptar mecanismos
e processos de gestão similares aos adotados
no segmento de desenvolvimento de software
– como gestão de requisitos, modelagem de
software, metodologias de quality assurance,
entre outros – a este novo mundo.
Por fim, funções e relações costumeiros entre
as empresas do setor precisarão de adaptação
para se adequarem a esta nova realidade.
Os clássicos papéis e responsabilidades de
fabricantes de equipamentos, fornecedores
de software de gerenciamento, integradores
de sistema e prestadores de serviço sofrerão
mudanças que impactarão as dinâmicas do
setor e podem mudar a balança de poder da
indústria.
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Redes definidas
por software
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Conclusão
Apesar de ser uma quebra de paradigma, a
migração para a arquitetura das redes definidas
por software tende a ser uma evolução natural,
ainda que leve algum tempo para que seja
efetivamente absorvido por fornecedores e,
principalmente, usuários. Por ser um modelo
ainda muito novo, existem diversas alternativas
possíveis para seu desenvolvimento, que podem
ir do SDN puro, proposto pelas universidades
e entidades de pesquisa, a versões criadas
por grandes fornecedores. De qualquer forma,
é importante destacar a possibilidade de se
adotar o conceito das redes programáveis sobre
a infraestrutura existente, sem a necessidade
de substituição de equipamentos. Trata-se da
inclusão de uma camada de gestão à rede atual,
mudando sua arquitetura.
Não há dúvidas, entretanto, que seja uma
tendência com enorme apelo técnico e
tecnológico, e com a capacidade de alterar
significativamente as dinâmicas do mercado de
tecnologia da informação, podendo tornar-se um
divisor de águas com as mesmas proporções
da virtualização de servidores ou mesmo da
chegada da telefonia sobre pacotes.
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Redes definidas
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telecomunicações que atua em toda a América
Latina e têm auxiliado operadoras, órgãos
públicos e grandes corporações a entender
como alavancar seus negócios por meio da
adoção de soluções tecnológicas.
Com um portfólio dinâmico e bem estruturado,
é capaz de atender as principais necessidades
de seus clientes, com tecnologias desde
infraestrutura de redes, passando por sistemas
de colaboração, data centers e segurança da
informação, até sua operação e gerenciamento.
Sempre atenta às tendências do mercado,
a PromonLogicalis criou criou um time
especializado em Serviços de Integração em
Software. Por meio dessa nova estrutura, além
de atender às demandas atuais, a empresa se
prepara para o novo momento do mercado de
infraestrutura, em que conceitos como SDN
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