Cuando interconectamos varias máquinas lo podemos hacer de distintas maneras, y en cada momento habrá que seleccionar la mejor que se corresponda con las necesidades de la red que se quiere configurar.
A la hora de implementar una red en un determinado ámbito hay que tener en cuenta diferentes aspectos para poder seleccionar la solución más apropiada a las necesidades concretas de cada caso. Para ello habrá que tener en cuenta diferentes aspectos como:
- Fiabilidad requerida.
- Soporte de caminos alternativos en caso de posibles fallos.
- Soporte de reorganización de paquetes en la fragmentación de la información
- Soporte para la recuperación de errores en caso de pérdida de información durante la transmisión.
- Soporte para la búsqueda y elección del camino más óptimo para hacer llegar un paquete de información desde su origen al destino.
- Como factor fundamental a la hora de seleccionar una topología u otra habrá que tener en cuenta el aspecto económico y los factores de costes.
El hecho de utilizar una topología determinada parte de la idea de establecer un orden que evite el caos que se produciría si las estaciones de una red fuesen colocadas de forma aleatoria. El objetivo de una topología es hallar el medio para que todos los usuarios puedan conectarse a cualquier recurso de red de la forma más económica y eficaz, reduciendo al mínimo los tiempos de espera de los usuarios.
Como ya hemos comentado la topología cubre los aspectos que tienen que ver con la disposición física de las máquinas, los dispositivos de la red y el cableado. Dentro de una topología se pueden diferenciar dos tipos de conexiones:
- Conexiones punto a punto, en las que existen varias conexiones entre parejas de estaciones adyacentes.
- Conexiones multipunto, en las que hay un único canal de transmisión compartido por todas las estaciones de la red. Toda la información puesta en dicho canal por cualquiera de las maquinas será recibida por todas las demás estaciones.
Dentro de la topología, además de los elementos de los que ya hemos hablado como son los cables, las estaciones de trabajo y los servidores, nos encontramos con otros dos componentes usados en una red:
- Hubs: Se trata de unos componentes físicos utilizados para conectar diferentes dispositivos a una red, proveyendo un punto común de conexión.
- Repetidores: Estos componentes actúan amplificando la señal de transmisión que se va deteriorando a medida que va recorriendo espacio a lo largo del medio físico. La mayoría de los hubs incluyen un repetidor integrado en el mismo dispositivo.
Cuando hablamos de topología existen una serie de estándares básicos a seguir. Podemos hablar de los siguientes tipos de topologías de red:
- Bus.
- Estrella.
- Anillo.
- Árbol.
- Malla.
- Hibridas
Topología en bus.
En este tipo de topología existe un único cable central llamado bus o backbone al que se conectan de forma lineal todos los nodos que componen la red.
Debido a la simplicidad del diseño de estas redes se convierten en la opción menos compleja de instalación y por ende la más barata, pero obviamente tienen una serie de inconvenientes.
La forma empleada por los equipos conectados a estas redes para comunicarse entre ellos es mediante el envió de la información desde la maquina origen a otro destino poniendo la información en el cable común en forma de señales electrónicas. El equipo que hace él envió pone la información en el bus, y todos los equipos conectados a la misma tienen acceso a ella, siendo esta aceptada exclusivamente por el destinatario correcto. El resto de las maquinas simplemente desecharan la información que no está dirigida a ellas.
Como esta arquitectura dispone de un único bus bidireccional, en cada momento sólo podrá haber un único equipo haciendo uso del mismo y por lo tanto enviando información. De aquí es fácil deducir que el número de equipos conectados en una red basada en una topología está directamente relacionado con el rendimiento de la misma. Es decir, cuanto mayor sea el número de máquinas peor rendimiento tendremos, ya que habrá un número mayor de esperas para poder transmitir.
Otra de las desventajas presentadas por esta topología es que al ser de tipo lineal y disponer de un único medio de transmisión, cualquier fallo en un punto de la misma puede parar toda la actividad de la red, además de encontrar y solucionar los problemas en toda la topología resulta una tarea complicada.
Otro de los puntos flujos de esta arquitectura es la seguridad, como ya se comentó anteriormente la información simplemente es puesta en el cable de comunicación y todas las maquinas tienen acceso a la misma por lo tanto la posibilidad de que la información sea interceptada por algún usuario no autorizado es superior a la presentada en otros modelos.
En el proceso de propagación de la señal a través del cable de los nodos conectados a la misma no juegan ningún papel.
Estos nodos simplemente, o están enviando información o están a la escucha, pero no realiza ninguna acción para la propagación de la señal del tipo de amplificación o similar, lo cual evita que en el caso de fallo de alguno de los nodos, la red se quede bloqueada, y por otra parte, agiliza la propagación de la señal a través de la red, haciendo que los retardos de propagación sean mínimos.
Sin embargo, para que esta red funcione es necesario que todos los nodos conectados a la misma implementen una lógica para poder transmitir y recepcionar la señal, lo cual implica que todos los nodos deben ser “nodos inteligentes”.
Rebote de la señal y expansión de la red.
Como hemos visto hasta ahora los datos son puestos en forma de señal electrónica en el canal de comunicación y viajan bidireccionalmente de un extremo a otro del cable. Si una vez que la señal llega a su destino no es retenida, esta señal quedaría indefinidamente viajando de un extremo a otro, ocupando de esta forma el canal de comunicaciones e impidiendo al resto de máquinas que puedan realizar envíos. Para solucionar esta problemática en cada uno de los extremos del cable se coloca lo que se conoce un terminador. Este componente lo que hace es recoger las señales que han quedado libres de forma que libera el canal dejándolo libre para el resto de comunicaciones.
Si por algún motivo el cable se rompe y pierde alguno de los extremos se quedara sin su correspondiente terminador, esto implicaría que la señal rebotaría y la red quedaría inutilizable, aunque los nodos podrían seguir utilizándose como maquinas aisladas.
Cuando se crea una red, a medida que pasa el tiempo, generalmente aumentan las necesidades de incluir nuevos nodos a la misma, para ello se puede necesitar una ampliación del tamaño del cable que da soporte a la topología. Esta ampliación se puede realizar de dos formas diferentes:
- Utilizando un acoplador (barrel connector), que pueden conectar dos extremos de cable para conseguir un cable de mayor tamaño. El programa del uso de este tipo de dispositivos es que debilitan la señal, por lo tanto el abuso de los mismos pueden hacer deficiente la calidad del envió.
- Utilizando un receptor, que permite conectar dos extremos de cable, pero a diferencia del anterior dispositivo, antes de reenviar la señal por el cable la amplifica, siendo más óptimo este tipo de dispositivos para cableados largos. Por contraposición, al tener que amplificarse la señal el retardo de programación será mayor.
Topología en estrella.
Se trata de uno de los tipos de topología más antiguos. Esta topología está caracterizada por hacer uso de un nodo central al cual se conectan, mediante un enlace punto a punto, el resto de los nodos que forman la red, de forma similar a los radios de la rueda de una bicicleta. El funcionamiento centralizado de este tipo de redes hace que los nodos nunca se comuniquen entre ellos, sino que cuando un nodo quiere transmitir una información siempre se la envié al nodo central, que será el que se encargue de redirigir la misma al nodo adecuado.
Es bastante obvio pensar que en esta distribución el nodo central es la parte más crítica de esta topología, y dependiendo de la función llevada a cabo por el mismo podemos hacer una clasificación en dos tipos de redes en estrella:
- Estrella pasiva: En cuyo caso el nodo central no implementa ningún tipo de lógica, simplemente se trata de un dispositivo o hub con puertos de entrada y salida que cuando recibe una transmisión en uno de los puertos de entrada, esta únicamente es trasladada a todas las líneas de salida sin llevar a cabo ninguna acción.
- Estrella activa: En este caso el nodo central sí que implementa cierta lógica, pudiendo ser desde un hub central que hace las veces de amplificador de señal, que incluso pueden estar preparado para elaborar estadísticas sobre el tráfico en la red , hasta un ordenador que a su vez puede realizar funciones de servidor de red.
Esta topología es un poco más compleja que la topología en bus, pero presenta una serie de ventajas a tener en cuenta:
- Al estar centralizada la comunicación en el nodo central, un fallo en cualquiera de los nodos no afecta al funcionamiento del resto de la red.
- La detección y localización de averías es sencilla.
- En este caso los nodos conectados pueden tratarse de “terminales no inteligentes”, ya que el nodo central tiene capacidad de proceso.
Por contraposición también presentan una serie de inconvenientes que habrá que tener en cuenta:
- Si el nodo central falla supondrá la inutilización de la red al completo, dado que todo el tráfico está centralizado en el mismo.
- Puede hacerse necesario el uso de longitudes grandes de cableado incluso para las estaciones cercanas entre sí, ya que es posible que ambas estén alejadas del nodo central y ambas requieran cableado hasta el mismo.
- El incremento del número de nodos posee limitaciones, ya que cada canal requiere una línea y una interfaz al nodo principal.
- El nodo central tiene una carga de red muy elevada, lo que supone que éste no podrá ser utilizado más que como servidor o controlador.
- Debido precisamente a esta intensidad de trabajo del nodo central, en periodos de cargas de tráfico elevadas este puede quedar sobrecargado.
Topología en Anillo.
En esta topología todos los nodos se conectan a un camino unidireccional cerrado el último de los nodos se une primero, dando lugar a una forma de anillo de ahí recibe el nombre este tipo de arquitectura.
La comunicación en este tipo de redes se produce siempre mediante la transmisión de los datos a través del canal en una única dirección, de forma que los mensajes van pasando de un nodo al otro en una dirección concreta. Cada uno de los nodos conectados examina la dirección destino que le ha llegado adjunta al mensaje. Si esta dirección corresponde con la dirección del nodo, el mensaje es aceptado por el mismo, en caso contrario este genera el mensaje y se lo envía al nodo contiguo del anillo. Debido a esta forma de transmisión para asegurar un correcto funcionamiento de la red, y evitar bloqueos el protocolo de acceso al medio, debe incorporar protocolos para la retirada de paquetes de la red en caso de que algún paquete no consiga llegar a su nodo destino y ser retirado por el mismo.
Una de las principales ventajas que presenta esta red es que permite la utilización de cables de fibra óptica por sus características de unidireccionalidad, con las ventajas que esto ofrece por su alta velocidad y fiabilidad. En contraposición a este punto diremos que el uso de este tipo de cableado hace que el coste de la red sea más elevado. Además en estas redes, dado que el mal funcionamiento de uno de los nodos conectados a la misma hace que toda la red deje de funcionar, se hace necesaria la instalación de unos dispositivos físicos llamados Unidades de Acceso Multiestación o MAU. Las Unidades de Acceso Multiestación son unidades en las que se combinan un módulo repetidor y varios módulos de interfaz de medios, y que actúan a la hora de tratar los fallos o averías en la red, de forma que son capaces de aislar las partes de la red defectuosas, así cuando uno de los nodos presenta un fallo se consigue no aislar la red al completo. Estos dispositivos también sirven de ayuda cuando se quiere añadir un nuevo dispositivo a la red, aislando una vez más las partes que están listas de las partes a modificar.
Topología en Árbol.
En esta característica encontramos que se combinan características propias de la topología de bus con características de la topología en estrella, pero con variaciones en ambas similitudes. Podríamos decir que consiste en un conjunto de subredes en estrella conectadas a un bus, pero con la diferencia de que en este caso no existe un nodo central, sino un nodo troncal.
Como su propio nombre indica, en esta topología los nodos se agrupan dando una apariencia de árbol que comienza en un punto llamado cabezal, raíz o nodo de enlace trocal que funcionan a modo de hub o switch desde el que se ramifican el resto de nodos. Los nodos del árbol comienzan conectándose al concentrador central, pero no todos se conectan a este, sino que existen concentradores secundarios, conectados al nodo central al que se conectan la mayoría de los nodos.
La forma de actuación de los nodos, en cuanto a lo que se trata de difusión de la información, es como la utilizada en las topologías de bus y estrella, ya que el nodo de interconexión trabaja de modo difusión, es decir, la información se va propagando hacia todas las estaciones, salvo que en esta topología las ramificaciones se extienden a partir de un punto raíz como la de estrella, a tantas ramificaciones como sean posibles, según las características del árbol.
Este tipo de topologías implementan un tipo de red totalmente distribuida en la que estas computadoras proporcionan información a otras computadoras, que a su vez se la proporcionaran a otras. En este caso los nodos remotos pueden tener recursos de procesamiento independientes y pueden recurrir a recursos de niveles superiores o inferiores según lo requieran.
Este tipo de disposición especial de los nodos en forma de ramificaciones en torno al concentrador central presenta una serie de ventajas:
- Gracias a la existencia de un hub central que actúa de amplificador al retransmitir las señales es posible incrementar la distancia a la que puede viajar la señal.
- Debido a los concentradores secundarios es relativamente sencillo la conexión de nuevos dispositivos.
- Es posible la priorización y el aislamiento de las comunicaciones de distintas computadoras.
- Implementa un cableado punto a punto para segmentos individuales.
Los principales problemas o desventajas presentados por este tipo de redes radican en la forma en la que los datos se propagan.
Al igual que en las topologías de bus los datos son puestos en el canal común y estos son recibidos por todas las estaciones, de forma que una vez más los nodos tienen que ser capaces de distinguir aquella información que va dirigida a ellos mismos y desechar la que no les pertenece, y de la misma forma que sucedía con las topologías de bus también puede producirse interferencias de señales cuando varias estaciones intentan transmitir al mismo tiempo.
Otros inconvenientes presentados por esta topología son los siguientes:
- Para su implementación se requieren mayores cantidades de cable.
- El tamaño de cada sección viene determinado por el tipo de cable utilizado.
- Una caída del segmento principal provoca la caída de la red.
- Al presentar mayor complejidad de cableado y estructuración su configuración es más compleja.
Topología en Malla.
En esta topología cada, uno de los nodos que componen la red está conectado a todos los demás, de esta manera cuando uno de los nodos quiere retransmitir la información puede seguir varios caminos para llegar a su destino, de tal forma que si una red malla está completamente conectada las comunicaciones nunca podrían verse interrumpidas.
A la hora de implementar una red de malla es determinante establecer la forma en la que se encamaran los datos e instrucciones entre nodos. Al estar cada uno de los nodos conectados mediante cables independientes con el resto de los nodos, cada conexión entre un punto y otro ofrece caminos redundantes; de tal manera que ante el fallo de una de las conexiones la información se enrutará por otro de los caminos disponibles.
En estas redes ya no existe ningún tipo de centralización de forma que la caída en cualquiera de sus nodos, independientemente de la función realizada por el mismo, no provocaría nunca la caída de la red, como sucede en las topologías en estrella o en árbol, en las que si el dispositivo central cae, la red al completo queda inutilizable. Todo esto hace que este tipo de redes sean muy confiables.
La interconexión directa de todos los nodos hace que la cantidad de cable a utilizar sea realmente elevada, lo que supone un gran aumento del coste de estas redes, lo que convierte este tipo de topología en una candidata ideal para las redes sin cables (Wireless) aprovechando las características de redundancia y fiabilidad aportadas por la misma, pero ahorrando los costes que presenta la gran cantidad de cableado necesario en las redes con cable (wired).
Las principales ventajas que esta topología aporta las podemos resumir en los siguientes puntos:
- La información puede seguir diferentes caminos para llegar a su destino.
- Gracias a la propiedad anterior las comunicaciones nunca pueden quedar totalmente interrumpidas.
- Cada uno de los nodos tiene sus propias comunicaciones con todos los demás nodos.
- Cuando un cable falla otro cable se hará cargo del tráfico.
- Al no existir un nodo central el mantenimiento se reduce.
- El fallo en uno de los nodos no afecta al resto.
Estas redes presentan una alta fiabilidad siendo su mayor inconveniente el elevado coste que presentan en el cableado.
Topologías hibridas.
Hay ocasiones en las que las necesidades que debemos cubrir a la hora de seleccionar una u otra topología no quedan satisfechas, o no de manera óptima, seleccionando alguno de los tipos básicos de los que hemos estado hablando hasta ahora; de aquí que estas topologías se combinen dando lugar a lo que se conoce como topologías hibridas, de forma que se puedan aprovechar las principales ventajas que aportan cada una de ellas.
De la combinación de las topologías más básicos en anillo, estrella y bus surgen una serie de topologías mixtas estándar.
- Anillo en Estrella: En un tipo de red implementada físicamente como una red en estrella centralizada en un concentrador, pero que a nivel lógico funciona como una red en anillo. Con este tipo de implementación lo que se consigue es facilitar la administración de la red.
- Bus en Estrella: En este caso se trata de un tipo de red en bus, pero que físicamente se cablea como una estrella mediante concentradores, con el fin de facilitar la administración de la red al igual que en el caso anterior.
- Estrella Jerárquica: Se trata de una red en estrella en la que los concentradores se disponen en forma de cascada dando lugar a una estructura jerárquica. Esta estructura de cableado es muy utilizada para las redes de carácter local.