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enero 18, 2011

Topologías de Redes

Antes de hacer referencia a la topología de red, vamos a definir lo que es la configuración de la línea dado que esta define la conexión a un enlace de los dispositivos que se comunican entre sí.
Un enlace es el medio de comunicación fisico que transfiere los datos de un dispositivo a otro. Para que haya comunicación, dos dispositivos deben estar conectados de alguna forma al mismo enlace simultáneamente.
Dentro de la configuración de linea hay dos formas posibles de comunicarse, la primera punto a punto y la segunda multipunto.

Configuración de línea Punto a Punto
La configuración punto a punto proporciona un enlace dedicado entre dos dispositivos, por tanto toda la capacidad del canal se reserva para dichos dispositivos. En una red punto a punto, los dispositivos actúan como socios iguales. Como pares, cada dispositivos puede tomar el rol de maestro o el rol de esclavo. La mayoría de las configuraciones punto a punto usan cables para conectar los extremos, pero también son posibles otras opciones como las microondas o los satélites de enlace.   


Ejemplos enlaces punto a punto

Configuración de línea Multipunto
Una configuración de línea multipunto es una configuración en que varios dispositivos comparten el mismo enlace. En un entorno multipunto, la capacidad del canal es compartida en el espacio y en el tiempo. Si varios dispositivos pueden usar el mismo enlace de forma simultanea, se dice que hay una configuración de linea compartida especialmente, si la linea es compartida por turnos, se trata de una configuración de linea de tiempo compartido.


Ejemplo enlace multipunto

Topología de Red

El termino topología se refiere a la forma como esta diseñada la red, de manera lógica o física. Dos o más dispositivos se conectan a un enlace; dos o más enlaces forman una topología. La topología de una red es la representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y dispositivos que los enlazan entre sí, denominados nodos. Entonces ¿Cómo se relaciona la topología de red con la configuración de línea?. Las redes necesitan establecer enlaces entre los dispositivos que comunica para proceder a diseñar la forma adecuada de comunicación entre los distintos enlaces en función de la capacidad requerida por la red, es decir, la topología de red necesita tener pre-establecida la configuración de conexión de los enlaces para establecer como interconectarlos proporcionando los beneficios necesarios.
Hay 5 topologías básicas: malla, estrella, árbol, bus y anillo.

Malla
En este tipo de topología, cada dispositivo tiene un enlace punto a punto y dedicado con cualquier otro dispositivo, esto quiere decir que el enlace conduce el trafico unicamente entre los dispositivos que conecta. Por tanto, esta red totalmente conectada necesita n(n-1)/2 canales físicos para n dispositivos. Para acomodar tantos enlaces, cada dispositivos de la red debe tener n-1 puertos de entradas/salidas (E/S).


Topología de malla para 4 dispositivos. En donde el número de canales físicos esta dado por 4(4-1)/2= 6 canales físicos y debe tener 4-1= 3 puertos E/S.

Entre las ventajas de este tipo de topología se encuentran:
  1. Elimina el problema que se presenta al utilizar enlaces compartidos, ya que asegura que cada conexión transporte la carga de datos propias de los dispositivos conectados.
  2. Es robusta. Si un enlace falla, no inhabilita todo el sistema.
  3. Cuando un enlace viaja a través de una línea dedicada, solamente lo ve el receptor adecuado lo que proporciona privacidad a la red.
  4. Los enlaces punto a punto hacen que se puedan identificar y aislar los fallos más fácilmente.
Entre las desventajas tenemos:
  1. La instalación y re-configuración de la red es difícil, dado que cada dispositivo debe estar conectado a cualquier otro.
  2. La cantidad de cables utilizados para la conexión puede llegar a ser mayor que el espacio disponible para su ubicación.
  3. El hardware utilizado puede llegar a ser extremadamente caro.
La topología tipo malla son empleadas mayormente para redes de entornos reducidos. 

Estrella
En este tipo de topología cada dispositivo cuenta con un enlace punto a punto dedicado con el controlador central, por tanto los dispositivos no están conectados entre si. A diferencia de la topología en malla, la topología en estrella no permite el trafico directo entre 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. Por consiguiente, aunque el arreglo físico del circuito se asemeja a una estrella, se configura lógicamente como un bus, es decir, las transmisiones desde cualquiera de las estaciones las reciben todas las demás estaciones.



Ejemplo de topología en estrella

  
Entre las ventajas que ofrece la topología en estrella, se encuentra:
  1. Es más barata que una topología en malla.
  2. Es fácil de instalar y re-configurar.
  3. Posee robustez. Si falla un enlace solo se ve afectado dicho enlace, todos los demás permanecen activos.
Desventajas de este tipo de topologías;

Este tipo de topología se encuentra en desventaja con respecto a otras como árbol, anillo o bus, dado que necesita más cableado. Otra desventaja de la topología en estrella es que la red sólo es tan confiable como el nodo central. Cuando falla el nodo central, falla el sistema. Sin embargo, si falla uno o más de los nodos externos, el resto de los usuarios puede continuar usando el resto de la red. Cuando es crítica la falla de cualquier entidad sencilla dentro de una red, hasta el grado de interrumpir el servicio de toda la red, a esa entidad se la llama recurso crítico. Así, el nodo central en una configuración de estrella es un recurso crítico.

Árbol
La topología de red 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. Sin embargo no todos los dispositivos se conectan directamente al controlador central. La mayoría de los dispositivos se conectan a los controladores secundarios, que a su vez se conectan al controlador central. Véase la siguiente figura.



Ejemplo topología en Árbol



El concentrador central del árbol es un concentrador activo. Un concentrador activo contiene un repetidor, es decir que recibe una señal débil o de bajo nivel y la retransmite a una potencia o nivel más alto, de tal modo que se puedan cubrir distancias más largas sin degradación o con una degradación tolerable.
Por su parte los concentradores secundarios pueden ser activos o pasivos. Los concentradores pasivos solo proporcionan una conexión física entre los dispositivos conectados.

Las ventajas de las topologias en árbol son las siguientes:
  1. El Hub central al retransmitir las señales amplifica la potencia e incrementa la distancia a la que puede viajar la señal.
  2. Se permite conectar más dispositivos gracias a la inclusión de concentradores secundarios.
  3. Permite priorizar y aislar las comunicaciones de distintas computadoras.
  4. Cableado punto a punto para segmentos individuales.
  5. Soportado por multitud de vendedores de software y de hardware.
Entre las desventajas tenemos:
  1. Se requiere mucho cable.
  2. La medida de cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado.
  3. Si se viene abajo el segmento principal todo el segmento se viene abajo con él.
  4. Es más difícil su configuración.
  5. No tiene sentido único.

La tecnología de TV por cable es un ejemplo de topología en árbol, ya que el cable principal que sale de las instalaciones centrales, se divide en grandes ramas y cada rama se subdivide en otras más pequeñas hasta que se llega a los consumidores finales. Los concentradores se utilizan cada vez que se divide el cable.

Bus
La topología en bus se diferencia de las anteriores en que esta presenta una configuración de línea 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. Una sonda es un conector que, o bien se conecta al cable principal, o se pincha en un cable para crear un contacto con el núcleo metálico. Cuando la señal viaja a través de la red troncal, parte de su energía se transforma en calor, por lo que la señal se debilita a medida que pasa por el cable. Por esta razón hay un limite en el número de conexiones que un bus puede soportar y en la distancia entre las conexiones.
En esencia, la topología de bus es una configuración multipunto o multiterminal, en la que los nodos individuales se interconectan con un canal común de comunicaciones compartido.


Ejemplo topología en Bus

Las ventajas de esta topología son:
  1. Facilidad de implementación y crecimiento.
  2. Simplicidad en la arquitectura.
  3. No se requiere direccionamiento especial ni conmutación de circuito y, en consecuencia, no es necesario guardar y retransmitir mensajes dirigidos a otros nodos. Esta ventaja elimina una gran cantidad de indirectos por identificación de mensajes y tiempo de procesamiento.
Las desventajas:
  1. Hay un límite de equipos dependiendo de la calidad de la señal.
  2. Puede producirse degradación de la señal.
  3. Complejidad de re-configuración y aislamiento de fallos.
  4. Limitación de las longitudes físicas del canal.
  5. Un problema en el canal usualmente degrada toda la red.
  6. El desempeño se disminuye a medida que la red crece.
  7. El canal requiere ser correctamente cerrado (caminos cerrados).
  8. Altas pérdidas en la transmisión debido a colisiones entre mensajes.
  9. Es una red que ocupa mucho espacio.

Anillo
En una topología anillo cada dispositivo tiene una linea de conexión dedicada y punto a punto solamente 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. cuando un dispositivo recibe una señal para otro dispositivo, su repetidor regenera los bits y los retransmite al anillo. Para conectar n dispositivos en una topología anillo, se necesitan n cables de enlace.


Ejemplo topologia en anillo.

Ventajas:
  1. Simplicidad en la arquitectura y facilidad de fluidez de datos.
  2. Fácil de instalar y re-configurar.
Desventajas:
  1. Longitudes de canales.
  2. El canal usualmente se degradará a medida que la red crece.
En la topología de anillo se puede usar prácticamente cualquier medio físico de transmisión. Los pares de alambre trenzado tienen bajo costo, pero las velocidades de transmisión son muy limitadas. Los cables coaxiales permiten mayor capacidad que los pares de alambre, prácticamente al mismo costo. Sin embargo, las máximas velocidades de datos se logran con cables de fibra óptica, pero tienen costo de instalación bastante mayor.

Paso de testigo. El paso de testigo es un método de acceso a una red, que se usa principalmente en las LAN configuradas con topología de anillo, y que usan formatos de banda base o de banda ancha. Cuando se usa el acceso por paso de testigo, los nodos no compiten para tener derecho a transmitir datos; un paquete específico de datos, llamado testigo se circula por el anillo, de estación a estación y siempre en la misma dirección. El testigo lo genera una estación designada, llamada monitor activo. Para que se permita transmitir a una estación, primero debe poseer el testigo.
Algunas redes de anillo de testigo, de 16 Mbps, usan una forma modificada de paso de testigo, en donde se cede el testigo tan pronto como se ha transmitido una trama, en lugar de esperar hasta que haya regresado la trama transmitida. A esto se le llama mecanismo de liberación temprana de ficha.


En un anillo doble, dos anillos permiten que los datos se envíen en ambas direcciones. Esta configuración crea redundancia (tolerancia a fallos).

Topologías Híbridas
A menudo, una red combina varias topologías mediante sub-redes entrelazadas entre sí para formar una red mayor. Véase la siguiente figura.


Ejemplo topología híbrida

Estas 5 clases de topologías describen como están interconectados los dispositivos de una red, lo que no indica su disposición física. Por ejemplo que exista una topologia en estrella no significa que todas las computadoras de la red deban estar situadas físicamente con forma de estrella alrededor de su controlador.

Una cuestión que hay que tomar en cuenta al momento de elegir una topología de red es el estado relativo del dispositivo a enlazar. Hay dos relaciones posibles igual a igual o paritaria, donde todos los dispositivos comparten el enlace paritariamente, y primario-secundario, donde un dispositivo controla el trafico y los otros deben transmitir a través de el. 
Las topologías en anillo y malla son más convenientes para las relaciones entre pares, mientras que los árboles y las estrellas son mas convenientes para la relación primario-secundario. Una topología de bus se adapta bien para cualquiera de las dos.

Fuente: 
Sistemas de comunicaciones electrónicas. Autor: Tomasi. Editorial: Prentice Hall.
Enlace: https://goo.gl/i0YVKR

1 comentario:

Anónimo dijo...

muy buen material!

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