Trabajo semana 1 curso 307041 del SENA-
Uso e impacto de las tecnologías de la comunicación
TOPOLOGÍAS DE REDES
Características y diferencias
1. Redes
Conjunto de técnicas, conexiones físicas y
programas informáticos empleados para conectar dos o más ordenadores o
computadoras; los usuarios de una red pueden compartir, ficheros, impresoras y
otros recursos, enviar mensajes electrónicos y ejecutar programas en otros
ordenadores.
Una red tiene tres niveles de componentes: software de
aplicaciones, software de red y hardware de red. El software de aplicaciones
está formado por programas informáticos que se comunican con los usuarios de la
red y permiten compartir información (como archivos de bases de datos, de
documentos, gráficos o videos) y recursos (como impresoras o unidades de
disco). Un tipo de software de aplicaciones se denomina cliente-servidor; las
computadoras cliente envían peticiones de información o de uso de recursos a
otras computadoras, llamadas servidores, que controlan el flujo de datos y la
ejecución de las aplicaciones a través de la red. Otro tipo de software de
aplicación se conoce como de igual a igual; en una red de este tipo, los
ordenadores se envían entre sí mensajes y peticiones directamente sin utilizar
un servidor como intermediario; estas redes son más restringidas en sus
capacidades de seguridad, auditoría y control, y normalmente se utilizan en
ámbitos de trabajo con pocos ordenadores y en los que no se precisa un control
tan estricto del uso de aplicaciones y privilegios para el acceso y
modificación de datos.
El software de red consiste en programas informáticos
que establecen protocolos, o normas, para que las computadoras se comuniquen
entre sí; estos protocolos se aplican enviando y recibiendo grupos de datos
formateados denominados paquetes. Los protocolos indican cómo efectuar
conexiones lógicas entre las aplicaciones de la red, dirigir el movimiento de
paquetes a través de la red física y minimizar las posibilidades de colisión
entre paquetes enviados simultáneamente.
El hardware de red está formado por los componentes
materiales que unen las computadoras; dos componentes importantes son los
medios de transmisión que transportan las señales de los ordenadores
(típicamente cables estándar o de fibra óptica, aunque también hay redes sin
cables que realizan la transmisión por infrarrojos o por radiofrecuencias) y el
adaptador de red, que permite acceder al medio material que conecta a los
ordenadores, recibir paquetes desde el software de red y transmitir
instrucciones y peticiones a otras computadoras.
2) Tipos de redes
Redes de área local (LAN)
Uno de los sucesos más críticos para la
conexión en red lo constituye la aparición y la rápida difusión de la red de
área local (LAN) como forma de normalizar las conexiones entre las máquinas que
se utilizan como sistemas ofimáticos; como su propio nombre indica, constituye
una forma de interconectar una serie de equipos informáticos; a su nivel más
elemental, una LAN no es más que un medio compartido (como un cable coaxial al
que se conectan todas las computadoras y las impresoras) junto con una serie de
reglas que rigen el acceso a dicho medio.
Hay tipologías muy diversas (bus, estrella, anillo, malla)
y diferentes protocolos de acceso; a pesar de esta diversidad, todas las LAN
comparten la característica de poseer un alcance limitado (normalmente abarcan
un edificio) y de tener una velocidad suficiente para que la red de conexión
resulte invisible para los equipos que la utilizan. Además de proporcionar un
acceso compartido, las LAN modernas también proporcionan al usuario multitud de
funciones avanzadas; hay paquetes de software de gestión para controlar la
configuración de los equipos en la LAN, la administración de los usuarios y el
control de los recursos de la red. Una estructura muy utilizada consiste en
varios servidores a disposición de distintos usuarios; los servidores, que
suelen ser máquinas más potentes, proporcionan servicios a los usuarios, por lo
general computadoras personales, como control de impresión, ficheros
compartidos y correo electrónico. 3) Elementos de una red de área local
En una LAN existen elementos de hardware y software
entre los cuales se pueden destacar:
El servidor: es el elemento principal de procesamiento, contiene el sistema operativo de red y se encarga de administrar todos los procesos dentro de ella, controla también el acceso a los recursos comunes como son las impresoras y las unidades de almacenamiento.
Las estaciones de trabajo: en ocasiones
llamadas nodos, pueden ser computadoras personales o cualquier terminal
conectada a la red; de esta manera trabaja con sus propios programas o
aprovecha las aplicaciones existentes en el servidor.
El sistema operativo de red: es el
programa que permite el control de la red y reside en el servidor; ejemplos de
estos sistemas operativos de red son: NetWare, LAN Manager, OS/2, LANtastic y
Appletalk.
Los protocolos de comunicación: son un
conjunto de normas que regulan la transmisión y recepción de datos dentro de la
red.
La
tarjeta de interface de red: proporciona la conectividad de la terminal o
usuario de la red física, ya que maneja los productos de comunicación de cada
topología específica.
3) Redes de área amplia (WAN)
Cuando se llega a cierto punto, deja de ser
práctico seguir ampliando una LAN; a veces esto viene impuesto por limitaciones
físicas, aunque suele haber formas más adecuadas o económicas de ampliar una
red de computadoras; dos de los componentes importantes de cualquier red son la
red de teléfono y la de datos; son enlaces para grandes distancias que amplían
la LAN hasta convertirla en una red de área amplia (WAN). Casi todos los
operadores de redes nacionales (como DBP en Alemania, British Telecom en
Inglaterra o la Telefónica en España) ofrecen servicios para interconectar
redes de computadoras, que van 
4) Topología de redes
Criterios a la hora de elegir una topología de red:
-
Buscar minimizar los costos de encaminamiento (necesidad de
elegir los caminos más simples entre el nodo y los demás)
-
Tolerancia a fallos o facilidad de localización a estos.
-
Facilidad de instalación y reconfiguración de la red.
En el nivel físico,
cada red de área local ha definido sus propias características; a continuación
se hablará de las topologías de redes de área local, los tipos de cableados y
medios y de las técnicas de transmisión usadas en esas redes.
Tipos de conexión:
Existen dos tipos de conexión a una red: la conexión punto a punto y la conexión multipunto.
Punto a punto: una conexión punto a punto es una conexión de dos dispositivos entre ellos y nadie más; por ejemplo, una conexión de dos computadoras mediante fibra óptica o par trenzado (twisted pair).
Multipunto: una conexión multipunto utiliza un solo cable para conectar más dispositivos; por ejemplo, un cable que tiene varios dispositivos conectados al mismo medio de transmisión, como es el caso del cable coaxial.
Tipos de topologías:
El término topología se refiere a la forma en que está diseñada la red, bien físicamente (rigiéndose por algunas características en su hardware) o bien lógicamente (basándose en las características internas de su software); la topología de red es la representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y los dispositivos que los enlazan entre sí (habitualmente denominados nodos. El día de hoy existen al menos cinco posibles topologías de red básicas: malla, estrella, árbol, bus y anillo.
Topología en malla:
En una topología en malla, cada dispositivo tiene un enlace punto a punto y dedicado con cualquier otro dispositivo; el término dedicado significa que el enlace conduce el tráfico únicamente entre los dos dispositivos que conecta; por tanto, una red en malla, completamente conectada necesita n(n-1)/2 canales físicos para enlazar n dispositivos; para acomodar tantos enlaces, cada dispositivo de la red debe tener sus puertos de entrada/salida.
Una malla ofrece varias ventajas sobre otras topologías de red; en primer lugar el uso de los enlaces dedicados garantiza que cada conexión sólo debe transportar la carga de datos propia de los dispositivos conectados, eliminando el problema que surge cuando los enlaces son compartidos por varios dispositivos; en segundo lugar, una topología en malla es robusta, si un enlace falla no inhabilita todo el sistema; otra ventaja es la privacidad o la seguridad, cuando un mensaje viaja a través de una línea dedicada, solamente lo ve el receptor adecuado, las fronteras físicas evitan que otros usuarios puedan tener acceso a los mensajes. Las redes de malla, obviamente, son más difíciles y caras para instalar debido al gran número de conexiones requeridas
Topología en estrella:
Tipos de conexión:
Existen dos tipos de conexión a una red: la conexión punto a punto y la conexión multipunto.
Punto a punto: una conexión punto a punto es una conexión de dos dispositivos entre ellos y nadie más; por ejemplo, una conexión de dos computadoras mediante fibra óptica o par trenzado (twisted pair).
Multipunto: una conexión multipunto utiliza un solo cable para conectar más dispositivos; por ejemplo, un cable que tiene varios dispositivos conectados al mismo medio de transmisión, como es el caso del cable coaxial.
Tipos de topologías:
El término topología se refiere a la forma en que está diseñada la red, bien físicamente (rigiéndose por algunas características en su hardware) o bien lógicamente (basándose en las características internas de su software); la topología de red es la representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y los dispositivos que los enlazan entre sí (habitualmente denominados nodos. El día de hoy existen al menos cinco posibles topologías de red básicas: malla, estrella, árbol, bus y anillo.
Topología en malla:
En una topología en malla, cada dispositivo tiene un enlace punto a punto y dedicado con cualquier otro dispositivo; el término dedicado significa que el enlace conduce el tráfico únicamente entre los dos dispositivos que conecta; por tanto, una red en malla, completamente conectada necesita n(n-1)/2 canales físicos para enlazar n dispositivos; para acomodar tantos enlaces, cada dispositivo de la red debe tener sus puertos de entrada/salida.
Una malla ofrece varias ventajas sobre otras topologías de red; en primer lugar el uso de los enlaces dedicados garantiza que cada conexión sólo debe transportar la carga de datos propia de los dispositivos conectados, eliminando el problema que surge cuando los enlaces son compartidos por varios dispositivos; en segundo lugar, una topología en malla es robusta, si un enlace falla no inhabilita todo el sistema; otra ventaja es la privacidad o la seguridad, cuando un mensaje viaja a través de una línea dedicada, solamente lo ve el receptor adecuado, las fronteras físicas evitan que otros usuarios puedan tener acceso a los mensajes. Las redes de malla, obviamente, son más difíciles y caras para instalar debido al gran número de conexiones requeridas
Topología en estrella:
En la topología en estrella cada dispositivo tiene
solamente un enlace punto a punto dedicado con el controlador central,
habitualmente llamado concentrador, los dispositivos no están directamente
enlazados entre sí, por lo que se le denomina topología de concentradores,
todas las transacciones pasan a través del nodo central siendo éste el
encargado de gestionar y controlar todas las comunicaciones; la topología en
estrella concentra a todos los dispositivos en una estación centralizada que
enruta el tráfico al lugar apropiado; el controlador central es normalmente el
servidor de la red, aunque puede ser un dispositivo especial de conexión
denominado concentrador o hub. Tradicionalmente, esta topología es un
acercamiento a la interconexión de dispositivos en la que cada dispositivo se
conecta por un circuito separado a través del concentrador; al igual que la
topología en anillo, no existe un número máximo de conexiones debido a que los
concentradores son cada vez más poderosos y soportan mayor número de dispositivos
con un nivel de servicio muy alto; en general el número de estaciones que se
pueden conectar al concentrador depende del tráfico que se genere entre ellas,
y cuando éste es excesivo la red se divide mediante un dispositivo adicional
cuya función es aislar el tráfico de un segmento al otro. Esta topología es
similar a la red de teléfonos, en donde existe un conmutador (PBX) y cada
llamada que se hace tiene que pasar por el PBX para poder llegar a su destino. A diferencia de la topología en malla, la
topología en estrella no permite el tráfico directo de dispositivos, el
controlador actúa como un intercambiador, si un dispositivo quiere enviar datos
a otro, envía los datos al controlador que los retransmite al dispositivo
final. Una topología en estrella es más barata que una topología en malla; en
una red de estrella, cada dispositivo necesita solamente un enlace y un puerto
de entrada/salida para conectarse a cualquier número de dispositivos; este
factor hace que sea más fácil de instalar y reconfigurar, además es necesario
instalar menos cables, y la conexión, desconexión y traslado de dispositivos
afecta solamente a una conexión, la que existe entre el dispositivo y el
concentrador.
Anillo en estrella:
esta topología se utiliza con el fin de facilitar la administración de la red;
físicamente la red es una estrella centralizada en un concentrador, mientras
que a nivel lógico la red es un anillo.
Bus en estrella: el
fin es igual a la topología anterior; en este caso la red es un bus que se cablea
físicamente como una estrella por medio de concentradores.
Estrella jerárquica:
esta estructura de cableado se utiliza en la mayor parte de las redes locales
actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada para formar una red
jerárquica.
La topología de una red de cable coaxial es
una línea, una cadena de computadores unidos a
un único cable mediante unas piezas en forma de T que salen de éste; si
el cable se rompe se interrumpe la comunicación en toda la red, lo cual no
ocurre si lo que se ha desconectado es solo el extremo de la T que une el
computador con el cable, en cuyo caso solo ese computador pierde la
comunicación con la red.
La
topología de un cable de par trenzado es una estrella cuyo centro es el hub,
del cual parte un cable (que medirá menos de 100mts. de largo para cada
computador); cuando uno de estos cables se rompe, la comunicación solo queda
interrumpida entre ese computador y la red no afectando el resto.
En resumen tiene estas ventajas: gran facilidad de instalación; posibilidad de desconectar elementos de red sin causar problemas; facilidad para la detección de fallo y su reparación; flexibilidad para incrementar el número de equipos conectados a la red. Algunos defectos son: no es adecuada para grandes instalaciones, debido a la cantidad de cable que debe agruparse en el controlador central, requiere más cable que la topología de bus; un fallo en el concentrador provoca el aislamiento de todos los nodos a él conectados; se han de comprar hubs o concentradores; esta configuración es rápida para las comunicaciones entre los nodos y el controlador, pero las comunicaciones entre estaciones es lenta.
Topología en
árbol:
La topología en árbol es una variante de la de estrella, como en la estrella los nodos del árbol están conectados a un concentrador central que controla el tráfico de la red; en la topología de árbol no todos los dispositivos se conectan directamente al concentrador central, la mayoría de los dispositivos se conectan a un concentrador secundario que, a su vez, se conecta al concentrador central. El concentrador central del árbol es un concentrador activo; un concentrador activo contiene un repetidor, es decir, un dispositivo hardware que regenera los patrones de bits recibidos antes de retransmitidos; retransmitir las señales de esta forma amplifica su potencia e incrementa la distancia a la que puede viajar la señal. Los concentradores secundarios pueden ser activos o pasivos; un concentrador pasivo proporciona solo una conexión física entre los dispositivos conectados.
La topología en árbol es una variante de la de estrella, como en la estrella los nodos del árbol están conectados a un concentrador central que controla el tráfico de la red; en la topología de árbol no todos los dispositivos se conectan directamente al concentrador central, la mayoría de los dispositivos se conectan a un concentrador secundario que, a su vez, se conecta al concentrador central. El concentrador central del árbol es un concentrador activo; un concentrador activo contiene un repetidor, es decir, un dispositivo hardware que regenera los patrones de bits recibidos antes de retransmitidos; retransmitir las señales de esta forma amplifica su potencia e incrementa la distancia a la que puede viajar la señal. Los concentradores secundarios pueden ser activos o pasivos; un concentrador pasivo proporciona solo una conexión física entre los dispositivos conectados.
La topología de árbol combina características de la
topología de estrella con la Bus, es un conjunto de subredes estrella
conectadas a un Bus; esta topología facilita el crecimiento de la red. Esta
estructura de red se utiliza en aplicaciones de televisión por cable, sobre la
cual podrían basarse las futuras estructuras de redes que alcancen los hogares;
también se ha utilizado en aplicaciones de redes locales analógicas de banda
ancha. Ventajas: cableado punto a punto para segmentos individuales; soportado
por multitud de vendedores de software y de hardware. Desventajas: la medida de
cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado; si se viene
abajo el segmento principal todo el segmento se viene abajo con él; es más
difícil su configuración.
Topología en bus:
Una topología en bus es multipunto; un cable largo actúa como una red troncal que conecta todos los dispositivos en la red.
Los nodos se conectan al bus mediante cables de conexión (latiguillos) y sondas; un cable de conexión es una conexión que va desde el dispositivo al cable principal; una sonda es un conector que, o bien se conecta al cable principal, o se pincha en el cable para crea un contacto con el núcleo metálico.
Entre las ventajas de
la topología de bus se incluye la sencillez de instalación; el cable troncal
puede tenderse por el camino más eficiente y, después, los nodos se pueden
conectar al mismo mediante líneas de conexión de longitud variable; de esta
forma se puede conseguir que un bus use menos cable que una malla, una estrella
o una topología en árbol. Esta topología permite que todas las estaciones
reciban la información que se transmite, una estación transmite y todas las
restantes escuchan. Ventajas: la topología bus requiere menor cantidad de cable
para una mayor topología; otra de las ventajas es que una falla en una estación
en particular no incapacitará al resto de la red. Desventajas: al existir un
solo canal de comunicación entre las estaciones de la red, si falla el canal
las estaciones quedan incomunicadas; se requiere terminadores; es difícil
detectar el origen de un problema cuando toda la red cae; no se debe utilizar
como única solución en un gran edificio. Si falla el canal, algunos fabricantes
resuelven el problema poniendo un bus
paralelo alternativo, para casos de fallos o usando algoritmos para aislar las
componentes defectuosas. Existen dos mecanismos para la resolución de
conflictos en la transmisión de datos:
Topología en bus:
Una topología en bus es multipunto; un cable largo actúa como una red troncal que conecta todos los dispositivos en la red.
Los nodos se conectan al bus mediante cables de conexión (latiguillos) y sondas; un cable de conexión es una conexión que va desde el dispositivo al cable principal; una sonda es un conector que, o bien se conecta al cable principal, o se pincha en el cable para crea un contacto con el núcleo metálico.
Entre las ventajas de
la topología de bus se incluye la sencillez de instalación; el cable troncal
puede tenderse por el camino más eficiente y, después, los nodos se pueden
conectar al mismo mediante líneas de conexión de longitud variable; de esta
forma se puede conseguir que un bus use menos cable que una malla, una estrella
o una topología en árbol. Esta topología permite que todas las estaciones
reciban la información que se transmite, una estación transmite y todas las
restantes escuchan. Ventajas: la topología bus requiere menor cantidad de cable
para una mayor topología; otra de las ventajas es que una falla en una estación
en particular no incapacitará al resto de la red. Desventajas: al existir un
solo canal de comunicación entre las estaciones de la red, si falla el canal
las estaciones quedan incomunicadas; se requiere terminadores; es difícil
detectar el origen de un problema cuando toda la red cae; no se debe utilizar
como única solución en un gran edificio. Si falla el canal, algunos fabricantes
resuelven el problema poniendo un bus
paralelo alternativo, para casos de fallos o usando algoritmos para aislar las
componentes defectuosas. Existen dos mecanismos para la resolución de
conflictos en la transmisión de datos:
CSMA/CD: son redes con escucha de colisiones; todas
las estaciones son consideradas igual, por ello compiten por el uso del canal,
cada vez que una de ellas desea transmitir debe escuchar el canal, si alguien
está transmitiendo espera a que termine, caso contrario transmite y se queda
escuchando posibles colisiones, en este último espera un intervalo de tiempo y
reintenta nuevamente.
Token bus: se usa un token (una trama de datos) que
pasa de estación en estación en forma cíclica, es decir forma un anillo lógico;
cuando una estación tiene el token, tiene el derecho exclusivo del bus para
transmitir o recibir datos por un tiempo determinado y luego pasa el token a
otra estación previamente designada; las otras estaciones no pueden transmitir
sin el token, solo pueden escuchar y esperar su turno, esto soluciona el
problema de colisiones que tiene el mecanismo anterior.
Topología
en anillo:
En una topología en anillo cada dispositivo tiene una línea
de conexión dedicada, y punto a punto con los dos dispositivos que están a sus
lados;
la señal pasa a lo
largo del anillo en una dirección, o de dispositivo a dispositivo, hasta que
alcanza su destino, cada dispositivo del anillo incorpora un repetidor.
Un anillo es relativamente fácil de instalar y
reconfigurar, cada dispositivo está enlazado solamente a sus vecinos inmediatos
(bien físicos o lógicos), para añadir o quitar dispositivos solo hay que mover
dos conexiones. Las únicas restricciones están relacionadas con aspectos del
medio físico y el tráfico (máxima longitud del anillo y número de dispositivos); además, los fallos se pueden
aislar de forma sencilla, generalmente en un anillo hay una señal de circulación
continuamente. Ventaja: los cuellos de botella son muy poco frecuentes.
Desventaja: al existir un solo canal de comunicación entre las estaciones de la
red, si falla el canal o una estación, las estaciones quedan incomunicadas;
algunos fabricantes resuelven este problema poniendo un canal alternativo para
casos de fallo, si uno de los canales es viable la red está activa, o usando
algoritmos para aislar las componentes defectuosas. Es muy compleja su
administración, ya que hay que definir una estación para que controle el token.
Conclusiones:
De acuerdo a las necesidades hay una opción, tal
vez no sea práctico considerar una sola posibilidad. Por ejemplo el bus tiene
seguridad mientras no falle el canal, pero es muy fácil conectar y desconectar;
el árbol potencia los nodos y es adecuada para comunicaciones por cable, pero
es combinación del bus con estrella y/o anillo, por ello podría ser la base de
futuras conexiones de redes que alcancen los hogares; los anillos son fáciles
de instalar pero si falla un solo nodo la red falla; etc. Así que se requiere
de inventiva y creatividad para tener redes y conexiones óptimas, en lo
tecnológico y por lo tanto en lo económico y lo social. Se requiere el
conocimiento detallado de los tipos de red, con sus variaciones y
combinaciones, además las necesidades del usuario y sus posibilidades
económicas. En pocas palabras: hay que estudiar las posibilidades tecnológicas
y sociales con imaginación y creatividad.
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