Information-Centric Networking: ¿Realidad o ficción?

Tal y como comentamos al final de nuestra entrada anterior dedicada a Network Functions Virtualisation, desde La Salle R&D intentamos estar al día de las nuevas tecnologías para la distribución de contenidos de forma eficiente y participamos en varias propuestas, proyectos e iniciativas en este ámbito. El envío de contenido media sigue siendo uno de los principales consumidores del tráfico de Internet, y la tendencia, lejos de estancarse, sigue al alza.  Nuevos protocolos de transporte, formatos de vídeo adaptados a los métodos de streaming más recientes, nuevas arquitecturas de red... muchas son las líneas de investigación para mejorar los servicios multimedia que se ofrecen en la red, y poder ofrecer los contenidos con la mejor Quality of Experience (QoE) posible a los usuarios finales.

Entre todas ellas, una de las más revolucionarias se centra en las llamadas Content-Centric / Information-Centric Networking (CCN/ICN). ¿Por qué revolucionaria? Porque no propone sólo un nuevo protocolo, dispositivo o tecnología, sino un cambio de pensamiento. Su principio fundamental es que las redes de comunicación permitan al usuario centrarse en los datos o servicio que necesita, sin depender de una referencia a una dispositivo físico concreto de donde coger esos datos. Desligando la información de una ubicación determinada, ésta puede estar replicada y distribuida en varios dispositivos, y el usuario no atacaría a un host especifico para encontrar la información que busca, sino pediría directamente la información que quiere. ¿Por qué este sistema ofrece una distribución más eficiente del contenido? En las redes ICN, la red respondería a la petición del usuario con la localización más cercana del contenido y se la enviaría. Esto supone ventajas en cuanto al uso de los recursos de red y el tiempo de envío de los datos (no es lo mismo recibir un contenido disponible en un servidor del mismo edificio, que otro a miles de kilómetros de distancia, o a través de conexiones de baja capacidad). A la práctica, el despliegue masivo de estas redes resultaría en una Content Delivery Network (CDN) global y soportada de forma nativa a nivel de red. De esta forma, se evitarían las ineficiencias de trabajar como una red overlay (aprovechando la mayor información del estado de la red para realizar Traffic Engineering), y la falta de interconexión entre las diferentes CDN comerciales.

Según Van Jocobson, padre del control de congestión de TCP, la actual pila de protocolos está definida por un modelo de "reloj de arena", donde IP ha servido de nexo de unión entre todas las tecnologías que hay por encima y por debajo de esta capa, y ha permitido su evolución. Este hecho ha dado estabilidad e interoperabilidad en entornos muy heterogeneos, pero a su vez, también ha limitado la evolución de la propia capa de red, y en cierta forma de las colindantes (p.ej. capa de transporte). Desde el Palo Alto Research Center (PARC), Van Jocobson ha sido uno de los principales impulsores de las ICN, liderando el proyecto CCNx y su continuación NDN (Named Data Networking), y promoviendo un cambio hacia un nuevo "reloj de arena", donde desplaza la parte más estrecha del modelo hacia arriba, y deja que los datos sean el único nexo de unión entre las diferentes tecnologías.

A nivel europeo también son muchos los proyectos (4WARD, PSIRP, PURSUIT, COMET, etc.) de investigación en ICN que han sido financiados por el séptimo programa marco (FP7), y la documentación que la Unión Europea ha ido proporcionando de Horizon 2020 hace pensar que será uno de los principales focos de atención de las nuevas convocatorias de proyectos de cooperación.

Pese a todo el trabajo realizado en el campo, el reto principal de este sistema sigue siendo la búsqueda de la  información. Es crítica y a la vez compleja la  gestión de la petición de contenidos y el mantenimiento de las tablas de identificadores (del contenido y de los diferentes localizadores que indican las posibles ubicaciones donde encontrarlo). Las propuestas en este sentido son variadas, pero centradas sobretodo en proporcionar un sistema de publicación/suscripción de contenido a nivel de red. Algunas alternativas se basan en routing por nombre (name-based routing), el cual el usuario que quiere un contenido concreto realiza una petición a la red mediante un flooding controlado de un paquete de interés (Interest Packet). Este paquete se va propagando por la red, hasta que encuentra un dispositivo que contiene ese contenido, y responde con el paquete de datos.

El problema de las soluciones basadas únicamente en name-based routing es la escalabilidad. Es por ello que estos sistemas suelen ir integrados en una solución híbrida con sistemas de resolución de nombres con grandes bases de datos distribuidas y sincronizadas. A su vez, la forma de implementar estos sistemas también presenta diferentes variantes: desde la utilización de DHTs (distributed hash tables) hasta arquitecturas jerárquicas muy similares a DNS, pero con identificadores de contenido y localizadores.

La otra gran piedra en el camino es la interconexión entre las redes actuales y las definidas por este nuevo paradigma, la integración de redes ICN en Internet. La migración hacia una arquitectura híbrida que permita trabajar de una forma (redes de dispositivos) u otra (redes de contenido) es uno de los principales retos que se plantean tanto a nivel técnico como socio-económico. A nivel técnico, la mayoría de iniciativas se centran en ofrecer este tipo de redes sobre IP, pero dejando la puerta abierta para la adopción del uso nativo de identificadores de contenido y de objeto, prescindiendo de IP.  En este sentido, los últimos avances en virtualización de redes y redes definidas por software (SDN) podrían jugar un papel, ofreciendo una solución económicamente viable para el despliegue de las ICN, y transformando lo que al principio parecía ciencia-ficción a una realidad plausible en los próximos años.

Desde La Salle R&D seguiremos activos en estos temas para poder ser partícipes de este gran cambio.