Topología de redes

Una red puede ordenarse o configurarse de varias maneras siendo la forma elegida un factor fundamental que va a determinar el rendimiento y la funcionalidad de la red. A esta disposición se le llama “topología de la red”. La topología idónea para una red concreta va a depender de diferentes factores, como el número de máquinas a interconectar, el tipo de acceso al medio físico que deseemos, etc.

Además, es importante considerar los siguientes aspectos referentes a las topologías en general: la topología física, que es la disposición real de las máquinas, dispositivos de red y cableado (los medios) en la red; la topología lógica, que es la forma en que las máquinas se comunican a través del medio físico. Los dos tipos más comunes de topologías lógicas son broadcast (Ethernet) y transmisión de tokens (Token Ring) y por último la topología matemática, que hace referencia a mapas de nodos y enlaces, a menudo formando patrones.

La topología de broadcast significa que cada host envía sus datos hacia todos los demás hosts del medio de red. Las estaciones no siguen ningún orden para utilizar la red, sino que cada máquina accede a la red para transmitir datos en el momento en que lo necesita. Esta es la forma en que funciona Ethernet.

En cambio, la transmisión de tokens controla el acceso a la red al transmitir un token eléctrico de forma secuencial a cada host. Cuando un host recibe el token significa que puede enviar datos a través de la red. Si el host no tiene ningún dato para enviar, transmite el token hacia el siguiente host y el proceso se vuelve a repetir.

Las cuatro principales topologías de red son en estrella, de bus, en anillo y jerárquica. Aunque en la actualidad, con la influencia de nuevas tecnologías se advierten nuevas topologías basadas -por ejemplo- en medios inalámbricos (topología celular).

En una red en estrella varias computadoras o dispositivos periféricos pequeños se enlazan con una unidad central. Esta unidad central puede ser una computadora anfitriona o un servidor de archivos. Todas las comunicaciones pasan por esta unidad central. El control se ejerce mediante “sondeo”. Esto es, a cada dispositivo conectado en red se le pregunta (“sondea”) si tiene un mensaje qué enviar, tras de lo cual se les permite enviar sus mensajes por turnos.

Una de las ventajas de esta modalidad de red es que puede servir para ofrecer un sistema de tiempo compartido. Es decir, varios usuarios pueden compartir recursos (“tiempo”) con una computadora central. La red en estrella es comúnmente utilizada para enlazar a varias microcomputadoras con una macrocomputadora que dé acceso a la base de datos de una organización.

Algunas ventajas de utilizar una red en estrella es que esta topología reduce la posibilidad de fallo de red conectando todos los nodos a un nodo central ya que este concentrador central reenvía todas las transmisiones recibidas de cualquier nodo periférico a todos los nodos periféricos de la red, algunas veces incluso al nodo que lo envió. Todos los nodos periféricos se pueden comunicar con los demás transmitiendo o recibiendo del nodo central solamente. De esta manera, un fallo en la línea de conexión de cualquier nodo con el nodo central provocaría el aislamiento de ese nodo únicamente y el resto del sistema permanecería intacto.

La desventaja radica en la carga que recae sobre el nodo central. Pues la cantidad de tráfico que deberá soportar es grande y en aumento conforme se agreguen más nodos periféricos, lo que la hace poco recomendable para redes de gran tamaño. Además, un fallo en el nodo central puede dejar inoperante a toda la red. Esto último conlleva también una mayor vulnerabilidad de la red, en su conjunto, ante ataques.

En una red de bus, cada dispositivo en red se encarga de su propio control de comunicaciones. En este caso no existe una computadora anfitriona. Todas las comunicaciones viajan por una línea común de conexión (bus). A esta topología algunos autores la llaman “red de turno en línea” por la forma de operar que la distingue: una red de bus controla la transmisión de datos sobre la trayectoria de transmisión mediante el empleo de un solo turno. Solamente la terminal con el “turno” puede transmitir paquetes sobre la línea (bus).

El turno se puede poner disponible para cualquier terminal que desee transmitir datos. Cuando una terminal tiene el turno, envía cualquier estructura de datos que tenga lista y después pasa el turno a la siguiente terminal. Para verificar que su sucesor ha recibido el turno correctamente, la terminal se asegura que el sucesor esté transmitiendo datos. Si no es así, se supone que el sucesor está en una parte defectuosa de la red y, para evitar que la red se “trabe”, la terminal original crea otro sucesor generando un nuevo turno. Las fallas de transmisión en el bus pueden, por lo tanto, ser evadidas en algún grado. Sin embargo, aquellas partes de la red que están aisladas del turno, permanecen fuera.

Las redes de bus normalmente no se usan en ambientes de oficina, son más comunes en instalaciones de fábricas, a menudo operando como redes de banda ancha (gran ancho de banda) para el montaje y control de máquinas robot complejas.

En una red en anillo, cada dispositivo se conecta a otros dos. Formándose así un anillo. En esta topología tampoco hay una computadora o servidor de archivos central. Los mensajes recorren el anillo hasta llegar a su destino.

Una red en anillo es similar en operación al turno en línea, empleando el turno para pasar “el derecho a transmitir datos” sobre cada terminal en el anillo. La secuencia de paso del turno es diferente: el turno mismo se emplea para portar el paquete de datos. La terminal que transmite pone la bandera del turno, colocando la dirección de destino en el encabezado para indicar que el turno está completo. Después, el turno se pasa alrededor del anillo desde una terminal a la siguiente.

Cada terminal verifica si los datos van dirigidos a ella y si no es así, los pasa; tarde o temprano llegan a la terminal de destino en donde los datos se leen. La recepción de datos se confirma al transmisor cambiando el valor de un bit en la bandera de turno. Cuando el turno regresa a la terminal de transmisión, la terminal está obligada a vaciar el turno y pasarlo a la siguiente terminal del anillo.

Estas redes son comunes en los ámbitos de oficinas, enlazando computadoras personales para el propósito de transferencia de datos de archivos, mensajería electrónica, interacción de computadora principal o compartición de archivos. Aunque se dice que funcionan mejor que las Ethernet (tecnología de red muy comúnmente usada) a capacidad casi completa o durante sobre carga resultan ser más difíciles y costosas de instalar, especialmente cuando sólo se incluye un pequeño número de agregados.

Las redes en anillo son útiles en organizaciones descentralizadas, porque hacen posible la formación de un sistema de procesamiento de datos distribuido. Es decir, las computadoras pueden llevar a cabo tareas de procesamiento en su propia ubicación, a pesar de que se hallen dispersas. Sin embargo, también pueden compartir entre sí programas, datos y otros recursos.

La red jerárquica se compone de varias computadoras enlazadas a una computadora anfitriona central, tal como en una de estrella con la diferencia de que aquellas otras computadoras son a su vez anfitrionas de otras más pequeñas o de dispositivos periféricos. Como su nombre lo indica, en el punto más alto de la jerarquía se ubica a la anfitriona que podría ser una macrocomputadora. Las computadoras jerárquicamente inferiores a ella podrían ser minicomputadoras y las inferiores a éstas, microcomputadoras. Este tipo de red permite que varias computadoras compartan bases de datos, capacidad de procesamiento y diferentes dispositivos de salida.

A este tipo de red a veces se le llama “de árbol” y asemeja las jerarquías como las ramas y las hojas, también se dice que son como un conjunto de redes estrellas enlazadas. Considerando esto, podemos suponer que, como en las redes en estrella convencionales los nodos individuales pueden quedar aislados de la red por un fallo puntual en la ruta de conexión del nodo. Si falla un enlace que conecta con un nodo hoja, ese nodo hoja queda aislado; si falla un enlace con un nodo que no sea hoja, la sección entera queda aislada del resto.

Para resolver el conflicto creado por la cantidad de tráfico de red que se necesita para retransmitir todo a todos los nodos, se desarrollaron nodos centrales más avanzados que permiten mantener un listado de las identidades de los diferentes sistemas conectados a la red. Se dice que estos switches de red “aprenderían” cómo es la estructura de la red transmitiendo paquetes de datos a todos los nodos y luego observando de dónde vienen los paquetes respuesta.

Existen algunas otras topologías más complejas como la de en malla, en la cuál hay al menos dos nodos con dos o más caminos entre ellos. El número de caminos arbitrarios en las redes en malla las hace más difíciles de diseñar e implementar, pero su naturaleza descentralizada las hace muy útiles.

De esa manera se puede llegar a crear una red totalmente conectada o completa, en la que hay un enlace directo entre cada pareja de nodos. En una red totalmente conexa con n nodos, hay enlaces directos. Aunque esta red resultaría cara de instalar, es muy fiable gracias a los múltiples caminos por los que los datos pueden viajar. Se ve principalmente en aplicaciones militares.

No importa cuál sea su estructura, todas las redes dependen de los medios para enlazar sus nodos y/o servidores. Los medios más comunes para la comunicación de datos son el cable de par trenzado, el cable coaxial, el cable de fibra óptica y los enlaces inalámbricos.

Hoy en día la comunicación inalámbrica compite con el cable de par trenzado, el coaxial y la fibra óptica. La ventaja de la comunicación inalámbrica es la flexibilidad que ofrece en términos del acomodo de la red. Para transmitir la información, la comunicación inalámbrica depende de señales de radio o de señales infrarrojas. Es importante recordar que las frecuencias de radio forman parte del espectro electromagnético, que incluye los rayos X, la luz ultra violeta, los rayos infrarrojos, las microondas y las ondas de mayor longitud usadas por las estaciones de radio comerciales.

En cuanto al método de coordinación del compartimiento de información y recursos, las estrategias de red más comunes son el sistema terminal, de igual a igual y de cliente/servidor. En un sistema de red terminal la capacidad de procesamiento se centraliza en una computadora de gran tamaño, por lo general una macrocomputadora. Los nodos conectados a esta computadora anfitriona son terminales con escasa o nula capacidad de procesamiento. Las redes en estrella y jerárquica son configuraciones que habitualmente utilizan este sistema con UNIX como sistema operativo.

En un sistema de red de igual a igual los nodos puedan actuar lo mismo como servidores que como clientes. Por ejemplo, una microcomputadora puede obtener archivos localizados en otra microcomputadora y al mismo tiempo proporcionar archivos a otras microcomputadoras. Una de las configuraciones más usuales para los sistemas de igual a igual es la red de bus.

Los sistemas de red de cliente/servidor emplean una potente computadora para coordinar y suministrar servicios a todos los demás nodos en red. El servidor da acceso a recursos centralizados como bases de datos, software de aplicación y hardware. Se puede decir que este sistema se basa en la especialización ya que los nodos servidores coordinan y prestan servicios especializados, mientras que los nodos clientes solicitan estos servicios. Son ideales para manejar redes de gran tamaño.

Fuente: Informática I de la facultad de contaduría y administración, UNAM.

Publicado en Informática

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