Bridges (pontes) e switches costumam ser ensinados como dois equipamentos diferentes. Na verdade, são uma ideia só, implementada duas vezes, com poucos anos entre uma e outra, e a segunda implementação ficou tão mais barata que apagou a primeira do vocabulário, mas herdou todos os problemas dela.

O erro que criou toda essa área

O melhor ponto de partida é a explicação da própria para a existência das bridges, e essa explicação não é nada lisonjeira para a indústria. Segundo Perlman, quando a surgiu, a indústria cometeu o erro de achar que a Ethernet era a rede, e não um link dentro de uma rede. As aplicações foram escritas supondo que tudo estava numa Ethernet só. Elas não colocavam nos pacotes a informação de endereçamento de que um roteador precisaria, então os roteadores não conseguiam encaminhar o tráfego de uma Ethernet para outra, e era preciso alguma coisa que juntasse os segmentos sem obrigar ninguém a reescrever o software.

A solução foi a bridge: um equipamento que escuta todos os frames (quadros) e os encaminha pelas suas outras portas. Ela funciona justamente porque não exige nada dos endpoints. O mundo inteiro da camada 2 existe para contornar uma suposição feita bem no começo e nunca corrigida, e todas as dificuldades que vieram depois nascem daí: o flooding (o envio de um frame por todas as portas), os loops, os domínios de broadcast e a tensão constante entre uma rede grande e plana e várias redes pequenas.

Meados dos anos 1980: um problema considerado insolúvel

A redundância é o que torna uma rede confiável, e é também o que mata uma rede feita com bridges. Com dois caminhos entre duas bridges, um frame pode ficar circulando, e, como o frame encaminhado por uma bridge não tem um contador de hops (de passagens por equipamento) que expire, ele circula para sempre, multiplicando-se a cada bifurcação até a rede se afogar em cópias dele mesmo.

Um gerente da Digital passou esse problema para Radia Perlman, achando que provavelmente não tinha solução. Ela foi para casa, acordou no meio da noite com a resposta pronta e escreveu a especificação no começo da semana seguinte, junto com um poema de doze linhas que descreve a solução de forma completa e correta. O artigo saiu em 1985: An Algorithm for Distributed Computation of a Spanning Tree in an Extended .

O algoritmo elege uma raiz (root), calcula os caminhos de menor custo até ela e desativa todos os links que não fazem parte da árvore resultante. Os links redundantes continuam conectados fisicamente, mas ficam parados, do ponto de vista lógico, até alguma coisa falhar. A Digital colocou o algoritmo na sua bridge Ethernet de duas portas, e o o adotou como 802.1D em 1990. Depois veio o rapid spanning tree, o 802.1w, em 2001, e mais tarde a própria Perlman projetou o TRILL para que a Ethernet pudesse usar os links que o spanning tree desliga.

Duas coisas sobre ela merecem ser ditas com todas as letras. Ela não recebeu royalties, e durante anos o protocolo foi creditado a outras pessoas. E ela não gosta de ser chamada de mãe da internet: prefere que as pessoas entendam qual era o problema e o que a solução fez. Vale guardar a explicação que ela dá para o trabalho dela ter sido subestimado: seus projetos eram tão enganosamente simples que as pessoas achavam que os problemas tinham sido fáceis, enquanto outros, que produziam projetos complicados e falhos, descritos de um jeito que ninguém entendia, eram considerados gênios.

1990: a mesma função, em silício, em cada porta

Uma bridge unia dois ou três segmentos. Tudo o que estava num mesmo segmento continuava dividindo o mesmo fio, continuava sofrendo colisões e continuava vendo o tráfego de todo mundo.

A , fundada em Sunnyvale em 1990 por Vinod Bhardwaj e Larry Blair (o nome é o da esposa de Bhardwaj e significa imaginação em sânscrito), lançou o EtherSwitch de sete portas, o primeiro switch Ethernet multiporta, e depois o EPS-1500, de quinze portas. A ideia era uma bridge com uma porta para cada equipamento, em vez de uma porta para cada segmento. Os frames iam só para onde precisavam ir.

As consequências foram maiores do que a descrição sugere. Cada equipamento passou a ter a velocidade cheia do link, e não uma fatia dela. As colisões sumiram, e foi isso que tornou o full duplex possível. A Ethernet pôde crescer para velocidades que o meio compartilhado nunca teria suportado, e é por isso que a transição para Fast Ethernet e depois para Gigabit foi simples. A Kalpana também inventou o EtherChannel, que usa vários links em paralelo para ter mais banda entre switches, e que o IEEE depois padronizou como 802.3ad, em 2000.

E houve uma consequência que ninguém usou como argumento de venda: num hub, capturar tráfego era trivial, porque todas as estações viam tudo. Num switch, não. O switching foi um ganho de segurança importante que a indústria vendeu só como melhoria de desempenho, e as portas de espelhamento (mirror) e os taps, dos quais o monitoramento depende hoje, existem justamente para desfazer isso de propósito.

A Cisco comprou a Kalpana em 1994, junto com a Grand Junction e a Crescendo, e juntou as três na linha Catalyst: a série 3000 veio da Kalpana, e as séries 1700, 1900 e 2800, da Grand Junction. O discurso da Cisco na época era que o roteamento de camada 3 e o switching de camada 2 eram funções complementares, com níveis diferentes de inteligência: o roteamento era lento e complexo, e o switching, rápido e simples. Essa divisão moldou as linhas de produto e os cargos da indústria durante a década inteira.

A evolução e as discussões que sempre voltam

  • Transparent bridging (a bridge transparente), meados dos anos 1980. Aprende escutando o tráfego e faz flooding do que não conhece.
  • Spanning tree, 1985, padronizado em 1990. Um único caminho ativo, com a redundância guardada de reserva.
  • Switching, 1990. Bridging em cada porta, feito em hardware; o hub desaparece.
  • Redes locais virtuais (VLANs), padronizadas como 802.1Q em 1998. Um único switch físico apresentando várias redes lógicas, e é aí que a segmentação começa como disciplina.
  • Switching de camada 3, a partir do fim dos anos 1990. Roteamento na velocidade do hardware, o que acabou, sem alarde, com o discurso da Cisco de que rotear era lento e complexo.
  • Fabrics de data center (malhas de switches), a partir de cerca de 2010. TRILL, e depois a topologia leaf-and-spine com roteamento na borda, todos projetados para escapar do fato de que o spanning tree desperdiça links de propósito.
  • Overlays, como o e companhia. Uma rede de camada 2 construída em cima de uma rede de camada 3, ou seja, a indústria admitindo que as aplicações nunca deixaram de supor uma Ethernet única e plana.

Esse último ponto é a piada que sempre volta. O erro que Perlman apontou, tratar a Ethernet como se fosse a rede, foi diagnosticado quarenta anos atrás, e o data center moderno gasta um esforço considerável para recriar a ilusão de uma camada 2 plana em cima de uma fabric roteada, porque as aplicações continuam esperando por isso.

Os cargos e os hábitos que o switching deixou

O switching criou a maior família de cargos técnicos da área de redes. A maioria das trilhas de certificação começa por aqui, e não é por acaso: o switch é onde a carreira começa, porque é o equipamento que a empresa tem em maior quantidade e onde é mais fácil sobreviver a um erro.

As práticas que vieram junto continuam fáceis de reconhecer. O design de VLANs, como primeiro passo da segmentação. As allow-lists de trunk (as listas de VLANs permitidas em cada trunk), que decidem se essa segmentação é real. O port security e o 802.1X, que são a autenticação chegando a uma camada projetada para confiar em qualquer coisa que se ligue a ela. A documentação de cabos e portas, sempre desatualizada. E o medo do spanning tree: uma cautela profissional bem específica, presente em todo operador que já viu um loop derrubar um site inteiro, e um medo justificado, porque uma das quedas graves mais comuns em redes corporativas continua sendo alguém ligar duas portas que não deviam ter sido ligadas.

As empresas

A era da bridge pertenceu à Digital e às empresas deste catálogo que construíram o mercado em torno dela. A era do switching começou com a Kalpana e a Grand Junction e foi absorvida quase de imediato pela Cisco. Hoje o mercado é formado por Cisco, Arista, Juniper, HPE (por meio da Aruba), Extreme Networks, Huawei e pelos fabricantes de white box (switches de hardware genérico), que vendem o hardware separado do sistema operacional. Esse é o movimento mais interessante, porque separa o switch do seu software pela primeira vez desde que a função foi inventada.

O que vem pela frente

A distinção está desaparecendo. Um switch moderno roteia, filtra, criptografa e aplica política. Chamá-lo de equipamento de camada 2 é descrever uma função entre várias, e as categorias das provas continuaram existindo depois que a arquitetura mudou.

A fabric está virando a unidade. Ninguém mais configura um switch de data center individualmente: descreve-se a fabric desejada, e os controladores cuidam de implementá-la. Isso desloca a habilidade da configuração de equipamentos para a definição da intenção (intent) e a verificação, e muda junto o jeito como as coisas dão errado.

O mercado de silício está se concentrando. A maioria dos switches da maioria dos fabricantes hoje usa merchant silicon (chips de mercado) de um punhado de fornecedores, o que transforma a diferenciação numa questão de software e explica por que tanta discussão entre fabricantes hoje gira em torno de sistema operacional e automação, e não de forwarding.

E a camada continua se recusando a morrer. Desde que rotear ficou barato, cada geração declarou o fim da camada 2, e ela continua aí, porque as aplicações continuam sendo escritas por gente que supõe que a rede é uma coisa só, plana. É exatamente a suposição que Perlman identificou nos anos 1980, e ela continua gerando trabalho quarenta anos depois.

Fontes