Avant de détailler le concept de SDN, il est nécessaire de préciser les éléments constitutifs d’un actif réseau, switch ou router, tel qu’on les connaît habituellement. Celui-ci est constitué de deux parties essentielles : le data plane et le control plane.
Le data plane est la partie électronique du switch qui traite et oriente les paquets de données depuis les ports d’entrée vers les ports de sortie. Il effectue ce travail d’aiguillage de manière automatique, soit à partir des adresses d’origine et de destination contenues dans les en-têtes des paquets ou selon des règles plus élaborées de routage (sécurité, QoS, répartition de charges) qui lui ont été transmises par le control plane.
Le control plane constitue la partie intelligente et sert à contrôler le fonctionnement du data plane. À partir de règles établies de manière fixe ou introduites dans l’équipement via des lignes de commande, il gère le fonctionnement du switch ou du router en définissant les règles de commutation de données. Les fonctionnalités et le niveau de complexité du control plane dépendent du niveau de management de l’actif réseau, de sa sophistication et de multiples fonctions annexes. Un réseau fonctionne ainsi de manière autonome sans intervention externe.
Data plane et control plane, les deux éléments d’un actif réseau
Cette association du data plane et du control plane à l’intérieur des actifs réseau apporte plusieurs avantages : architecture répartie du système de contrôle qui croît au fur et à mesure de l’extension du réseau, autonomie du fonctionnement des équipements une fois configurés. Mais avec la croissance démesurée des installations numériques, le développement des data centers et surtout des plates-formes virtuelles, elle oppose une rigidité dans leur exploitation. Lors de la modification d’un service ou de son extension, elle oblige à intervenir de manière répétée sur de multiples équipements afin d’adapter le cheminement des données.
Séparer data plane et control plane
Vers 2006, des chercheurs universitaires de Berkeley et Stanford ont souhaité entreprendre des travaux sur la mise au point de nouveaux protocoles réseau et ont souhaité disposer d’équipements actifs indépendants des standards déjà déployés. Et c’est ainsi qu’est né le concept de SDN, ou Software Defined Networking.
L’idée est d’extraire le control plane des équipements actifs et de regrouper les fonctions de contrôle et de configuration dans un serveur externe dédié qui supervisera un ensemble de switchs et de routers. Ce serveur regroupe à la fois la liste des équipements contrôlés avec leurs caractéristiques et leurs adresses, des API de pilotage et des modèles de configuration des divers services et fonctionnalités assurés par le réseau. À partir d’une interface unifiée, l’administrateur réseau supervise les équipements, paramètre les différents services et peut en modifier plus facilement la configuration à partir de règles et de profils préétablis.
Le protocole OpenFlow
Dès le départ, les initiateurs du concept du SDN ont souhaité que les commandes échangées entre le cœur du système et les équipements réseaux soient standardisées dans un protocole ouvert pour faciliter l’interopérabilité entre les différents fournisseurs. Et c’est ainsi qu’est né, en mars 2008, le protocole OpenFlow, publié par l’Open Networking Foundation. Cet organisme non lucratif regroupe tous les acteurs impliqués dans les technologies SDN pour mieux les populariser et faire avancer les recherches dans ce domaine.
Dans un premier temps, et malgré les avantages apportés par le concept de SDN, les grands équipementiers des réseaux ne se sont pas précipités sur cette technologie. Chacun a tenté de maintenir son savoir-faire en créant son système propriétaire fonctionnant comme un SDN. Mais sous la pression des très gros data centers et celle de HP, soutien indéfectible de l’OpenFlow, tous proposent dorénavant des outils offrant la compatibilité OpenFlow.
Le SDN et la vidéo Live sur IP
Les technologies réseau IP deviennent de plus en plus présentes dans les systèmes de production Live. Elles ne se limitent pas à un transport statique de liens vidéo et audio préconfigurés mais interviennent dans la sélection et la commutation des signaux. Il est donc indispensable que les équipes techniques contrôlent et configurent ces actifs réseaux en temps réel au fil de la réalisation. Or, celles-ci ont rarement l’expérience et les compétences pour intervenir dans les réglages internes des switchs réseaux. Les systèmes SDN sont donc particulièrement adaptés pour en centraliser les commandes et les présenter dans une abstraction plus globale conforme aux fonctions habituelles de production.
Mais avant de présenter l’intégration SDN dans un environnement de production audiovisuelle, il est nécessaire de détailler les diverses procédures de commutation de signaux dans une architecture IP. Dans un équipement classique SDI, l’orientation des signaux est confiée à la grille de commutation qui est raccordée à des sources de signaux et en sortie vers des destinations. Quand on transpose ce modèle dans une infrastructure IP, plusieurs possibilités sont offertes pour effectuer la commutation des signaux. Soit elle est exécutée au niveau de la source elle-même, mais cette solution n’est retenue par aucun constructeur. Autre solution, toutes les sources envoient leurs signaux sous forme de flux multicast vers l’ensemble des destinataires, et c’est au niveau de l’équipement récepteur que l’utilisateur sélectionne le contenu via une commande IGMP. Cette solution, déjà bien maîtrisée, nécessite néanmoins quelques précautions pour obtenir un clean switch (cf. l’article sur la vidéo Live sur IP p. 60 dans le Mediakwest #13). Dernière technique possible, effectuer la commutation des signaux au niveau du switch réseau lui-même en lui adressant les ordres de routage ad hoc depuis un SDN, et redonner ainsi au commutateur réseau un rôle similaire à la grille de commutation SDI.
Associer SDI et vidéo IP dans un seul système de contrôle
L’architecture du SDN présente des similitudes avec le déploiement classique des équipements de production vidéo avec, au centre du dispositif, des organes de commutation : grille vidéo d’un côté et switch réseau de l’autre, chacun d’eux exécutant des ordres de commutation envoyés par un organe de contrôle ou de pilotage.
Les systèmes IP ne vont pas remplacer d’un seul coup les équipements SDI et tout le monde s’accorde pour prévoir une phase de transition hybride IP/SDI qui associera encore longtemps du hardware dédié SDI et des équipements IP. Il serait inefficace de prévoir d’un côté une automation « broadcast » et en parallèle un SDN réservé strictement aux architectures IP. La tendance est de déployer un orchestrateur unique, avec des interfaces unifiées pour piloter à la fois les équipements traditionnels SDI et, via un étage SDN, les équipements réseaux.
Les constructeurs d’équipements broadcast possèdent tous à leur catalogue des systèmes de pilotage et de supervision et, pour élargir leurs fonctions vers les actifs réseau, ils leur associent un système SDN qui vient compléter la palette de systèmes contrôlés par leur orchestrateur. Comme pour les équipements traditionnels, se pose la question de l’interopérabilité entre les équipements de la marque et les constructeurs tiers. C’est là que le protocole OpenFlow prend tout son sens, car il devrait permettre de fonctionner avec n’importe quel switch du marché compatible OpenFlow.
* Cet article est paru pour la première fois en intégralité dans Mediakwest #16, pp. 48-50
La suite de cet article sera publiée sur le site Mediakwest jeudi prochain…
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