Como escalar a rede da operadora sem trocar toda a infraestrutura

Operadoras de telecomunicações e provedores de serviços enfrentam um crescimento constante no volume de tráfego, além de exigências cada vez maiores relacionadas ao processamento, análise e controle desse tráfego.

A plataforma Stingray, da VAS Experts, foi desenvolvida para atender esse desafio, oferecendo controle completo do tráfego nas camadas L2 a L7 e permitindo expansão gradual de capacidade conforme a demanda aumenta.

Neste artigo, mostramos como funciona a escalabilidade da plataforma Stingray, quais componentes participam da arquitetura em cluster e como uma operadora pode evoluir de uma única instância para configurações com capacidade de múltiplos terabits por segundo.

O limite de um único nó de processamento

Imagine uma operadora regional com milhares de assinantes.

Ela precisa suportar:

• IPTV;
• Jogos online;
• Chamadas de vídeo;
• Aplicações corporativas;
• Compartilhamento de arquivos;
• Requisitos regulatórios de filtragem de conteúdo.

Inicialmente, um único nó Stingray pode atuar como ponto central de processamento do tráfego dos assinantes.

Baseada em tecnologia DPI (Deep Packet Inspection), a plataforma oferece funções como:

• BNG/BRAS (Broadband Network Gateway);
• CG-NAT (Carrier Grade NAT);
• Controle de banda e QoS;
• Filtragem de tráfego;
• Monitoramento, estatísticas e analytics;
• Monitoramento da experiência do usuário (QoE).

Com o crescimento da operação, surgem novos desafios:

• Expansão da base de assinantes;
• Aumento do consumo de vídeo;
• Crescimento do tráfego OTT e móvel;
• Entrada de clientes corporativos;
• Novos planos e serviços.

Nesse cenário, um único servidor pode deixar de ser suficiente para processar todo o tráfego.

Escalabilidade vertical: o primeiro passo

A primeira estratégia normalmente adotada é a escalabilidade vertical.

Nesse modelo, o software Stingray é migrado para servidores mais robustos, com maior capacidade de:

• CPU;
• Memória;
• Interfaces de rede.

Essa abordagem funciona bem enquanto um único equipamento consegue atender à demanda.

Entretanto, existe um limite físico relacionado a:

• Processadores;
• Memória;
• Slots PCIe;
• Placas de rede;
• Resfriamento;
• Custos da infraestrutura.

Chega um momento em que substituir servidores por versões mais potentes deixa de ser economicamente eficiente.

Além disso, toda a operação continua concentrada em um único ponto crítico da rede.

Escalabilidade horizontal: quando o cluster se torna necessário

Quando um único servidor não oferece mais margem de crescimento, entra em cena a escalabilidade horizontal.

Nesse modelo, o tráfego é distribuído entre vários servidores de processamento.

A vantagem é que a capacidade cresce de forma linear, sem necessidade de reconstruir a arquitetura da rede.

Como funciona a arquitetura com NPB

A plataforma Stingray utiliza uma combinação de:

• NPB (Network Packet Broker);
• Servidores de processamento;
• Switches Bypass;
• Plataforma centralizada de gerenciamento.

NPB (Network Packet Broker)

O NPB é responsável por distribuir os fluxos de tráfego entre os servidores de processamento.

Ele garante que todo o tráfego relacionado a uma mesma sessão seja enviado ao mesmo nó Stingray, preservando a consistência da análise.

Servidores de processamento

São servidores x86_64 convencionais equipados com interfaces de alto desempenho (Intel ou Mellanox) executando o software Stingray.

Neles ocorre:

• Inspeção profunda de pacotes (DPI);
• Aplicação de políticas QoS;
• Filtragem de conteúdo;
• Tradução CG-NAT;
• Funções BNG/BRAS.

Switches Bypass

Os dispositivos Bypass garantem continuidade operacional.

Caso ocorra falha em um servidor ou balanceador, o tráfego é redirecionado automaticamente, mantendo a conectividade da rede.

Gerenciamento centralizado

Toda a configuração é realizada através do sistema NMS, permitindo administrar:

• Políticas;
• Perfis;
• Protocolos;
• Regras de filtragem;
• Monitoramento;
• Listas customizadas.

Fluxo de processamento

O processo ocorre da seguinte forma:

1. O tráfego chega ao dispositivo Optical Bypass.
2. O tráfego é encaminhado ao NPB.
3. O NPB distribui os fluxos entre os nós Stingray.
4. O tráfego é processado.
5. As políticas são aplicadas.
6. O tráfego retorna à rede.

Para aplicações DPI, o balanceamento pode ocorrer por sessão.

Já para BNG e CG-NAT, utiliza-se um modelo baseado no assinante, garantindo que todo o tráfego de um mesmo usuário seja processado pelo mesmo servidor.

Como a capacidade é ampliada

A expansão da capacidade da plataforma Stingray ocorre de forma gradual, acompanhando o crescimento da operação da operadora ou do provedor de internet.

Inicialmente, novos servidores de processamento podem ser adicionados ao cluster para absorver o aumento do tráfego. Quando a camada de balanceamento atinge sua capacidade máxima, basta incorporar novos NPBs (Network Packet Brokers), permitindo que a infraestrutura continue crescendo sem a necessidade de reconstruir a rede.

Cada NPB equipado com 64 portas de 100 GbE suporta até 1,2 Tbps de tráfego agregado, sendo aproximadamente 1 Tbps de download e 200 Gbps de upload.

A arquitetura permite a utilização de até oito NPBs em um único cluster, alcançando uma capacidade total de 9,6 Tbps de processamento de tráfego.

Já a capacidade dos servidores Stingray varia conforme a configuração do hardware e as funções habilitadas. Em cenários típicos, cada nó pode processar entre 120 Gbps e 360 Gbps de tráfego agregado.

Entretanto, o dimensionamento da quantidade de servidores depende de diversos fatores, como:

• Perfil do tráfego da rede;
• Quantidade de pacotes por segundo (PPS);
• Número de sessões simultâneas;
• Volume de traduções CG-NAT;
• Funções ativadas (BNG/BRAS, DPI, QoS, filtragem etc.);
• Nível de redundância definido pela operadora.

Capacidade por NPB

Redundância para garantir alta disponibilidade

Ao projetar uma infraestrutura de telecomunicações, não é recomendável dimensionar o cluster apenas para atender à carga atual.

Se a capacidade instalada estiver exatamente no limite da demanda, qualquer pico de tráfego — comum em horários de maior utilização — ou a indisponibilidade de um servidor poderá provocar sobrecarga nos demais equipamentos.

Por isso, projetos profissionais utilizam o conceito de redundância N+X, no qual parte dos servidores permanece em reserva para assumir automaticamente o processamento em caso de falha.

Se um dos nós ficar indisponível, o NPB redistribui os fluxos de tráfego entre os servidores restantes, mantendo a operação da rede sem interrupções e preservando a continuidade dos serviços.

Crescimento sob demanda

Um dos principais diferenciais da arquitetura Stingray é permitir que o investimento acompanhe a evolução da operação.

A implantação pode começar com um único NPB e poucos servidores de processamento, expandindo gradualmente conforme aumentam a base de assinantes, o volume de tráfego ou a adoção de novos serviços.

Essa abordagem reduz o investimento inicial, facilita o planejamento da expansão e elimina a necessidade de substituir toda a infraestrutura quando a rede cresce.

Para garantir previsibilidade de desempenho e simplificar o balanceamento de carga, a recomendação é que os novos servidores adicionados ao cluster possuam configurações de hardware equivalentes às dos nós já existentes.

Redundância e alta disponibilidade

Escalabilidade não pode comprometer a confiabilidade da rede. Por isso, a arquitetura Stingray incorpora diversos mecanismos de redundância.

Optical Bypass

Em caso de falha crítica, o tráfego continua fluindo pela rede sem interrupção.

Os serviços de DPI podem ser temporariamente suspensos, mas a conectividade permanece disponível.

Heartbeat

O NPB monitora continuamente a saúde dos servidores.

Se um nó deixar de responder, ele é removido automaticamente do balanceamento.

Redundância N+X

A arquitetura prevê recursos computacionais adicionais para suportar falhas sem degradação do serviço.

A recomendação é operar cada nó com aproximadamente 80% de sua capacidade máxima, preservando margem para absorver picos de tráfego ou falhas inesperadas.

Conclusão

A escalabilidade da plataforma Stingray segue uma lógica linear e previsível.

Uma operadora pode iniciar com um único nó e expandir gradualmente até arquiteturas com múltiplos NPBs e capacidade total de até 9,6 Tbps.

O principal benefício dessa abordagem é permitir crescimento contínuo sem a necessidade de reconstruir a arquitetura lógica da rede.

À medida que o volume de tráfego aumenta, basta adicionar novos componentes ao cluster, mantendo o gerenciamento centralizado e a transparência operacional da infraestrutura.

Para provedores que precisam acompanhar o crescimento do negócio sem interrupções, a arquitetura Stingray oferece um caminho de expansão comprovado, escalável e preparado para o futuro.