Topologías de red

Red de Computadoras

Un grupo de computadoras y otros dispositivos interconectados a través de uno o varios medios de transmisión cuya finalidad es la de transferir e intercambiar datos entre sí. El uso de redes de computadoras proporciona los siguientes beneficios:

• Acceso a información remota.
• Comercio electrónico.
• Compartir recursos.
• Correo electrónico.
• Intercambio de datos e información.

1.2 Medios de transmisión en las redes

Un medio de transmisión es el soporte o forma de conexión que permite la transferencia de datos entre dos dispositivos o nodos en una red. (Figura 1.1)

Figura 1.1 Medios de transmisión

1.2.1 Medios guiados o terrestres

Las ondas circulan a través de un medio sólido, como un cable, como ejemplos se encuentran: cable coaxial, par trenzado y fibra óptica. La IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers - Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos), asignó identificadores a los diferentes medios que puede utilizar Ethernet, cuya forma general es X base Y, donde:

a) X: es la rapidez de transmisión.

b) Base: se refiere a la transmisión por banda base. Este método utiliza todo el ancho de banda, por tanto sólo puede transmitir una señal simultáneamente.

c) Y: proporciona la información sobre el medio físico utilizado en la transmisión.

Figura 1.2 Notación de los identificadores de transmisión.

Los tipos de medios de transmisión son los siguientes:

a) Cable coaxial: la velocidad de transmisión que se puede alcanzar con el cable coaxial llega solo hasta 10 Mbps dependiendo de la longitud del cable, si utilizamos un cable delgado se puede transmitir más rápido, en cambio con un cable más grueso la transmisión es más lenta.

Figura 1.3 Componentes Físicos de un cable coaxial.

b) Par trenzado: consiste en dos alambres de cobre aislados por un grosor de un milímetro aproximadamente. Los alambres se trenzan con el fin de reducir la interferencia. Los pares trenzados se agrupan bajo una cubierta común de PVC (Policloruro de Vinilo) en cables multipares de pares trenzados de 2 y 4 pares para redes LAN y utilizan conectores RJ45. Los cables de par trenzado se clasifican como se muestra en el siguiente diagrama:

Figura 1.4 Clasificación de cables de par trenzado.

A continuación se muestran en la tabla 1.1 las categorías de cable UTP y sus respectivas características.

Tabla 1.1 Características de las distintas categorías de UTP

c) Fibra óptica: una fibra óptica consta de un hilo de vidrio de aproximadamente de 0.1 milímetro de grosor el cual es denominado núcleo, tiene un revestimiento exterior de PVC y un conjunto de material que rodean la fibra óptica y su revestimiento. El revestimiento rodea la fibra, ya sea de plástico o de vidrio y está diseñado para prevenir la pérdida de luz de la fibra.

Figura 1.5 Componentes físicos de la fibra óptica.

Los cables de fibra óptica pueden clasificarse en dos tipos: monomodo y multimodo.

Figura 1.6 Modos de medios de fibra óptica.

1.2.2 Medios no guiados o aéreos

La señal no circula por ningún medio físico y las transmisiones propias son inalámbricas, transportan señales electromagnéticas mediante frecuencias de microondas y radiofrecuencias que representan los dígitos binarios de las comunicaciones de datos.

a) Microondas

• Permiten transmisiones tanto terrestres como con satélites.
• Sus frecuencias están comprendidas entre 1 y 10 GHz.
• Transmiten a velocidades del orden de 10 Mbps.
• Requieren de licencia para su uso.
• No atraviesan bien los obstáculos, de forma que es necesario situar antenas repetidoras cuando se desean realizar comunicaciones a distancias muy largas.

b) Infrarrojos: utilizan un haz de luz infrarroja que transporta los datos entre dispositivos. Debe existir visibilidad directa entre los dispositivos que transmiten y los que reciben ya que de lo contrario se puede ver interrumpida la comunicación. (Figura 1.7)

Existen 3 modos de transmisión:

Figura 1.7 Transmisión por medio de infrarrojos.

c) Rayo láser: el rayo láser es un rayo de luz de una sola amplitud de onda que ya sea visible o no, tiene un único color. Alcanza velocidades de hasta 1500 Mbps y es necesario que los equipos cuenten con una línea de visión directa entre ellos.

d) Ondas de radio: son un tipo de radiación electromagnética. Se usan para lograr la comunicación a grandes distancias. Atraviesan paredes de edificios y son omnidireccionales, es decir, viajan en todas las direcciones, por lo que emisor y receptor no necesitan estar alineados.

e) Enlace satelital: transmite microondas por satélite, se utiliza entre dos o más receptores. El satélite funciona básicamente de la siguiente forma: (ver Figura 1.8).

1. Recibe la señal de una banda de frecuencia llamada canal ascendente.
2. La amplifica o repite.
3. La retransmite en otra banda de frecuencia llamada canal descendente.

Figura 1.8 Funcionamiento del enlace satelital.

1.3 Topologías de Red

Una topología de red es la estructura de equipos, cables y demás componentes en una red. La topología es tanto física como lógica:

• La topología física describe cómo están conectados los componentes físicos de una red, es la conexión física de circuitos.
• La topología lógica describe el modo en que los datos de la red fluyen a través de componentes físicos, la proporciona el software y es una conexión lógica.

Existen cinco topologías básicas:

1.3.1 Topología de Bus

Todos los equipos de una red están unidos a un cable contiguo. El paquete se transmite a todos los dispositivos de red en ese segmento.

Características:

1. Es frecuente en las redes de área local.

2. Todos los dispositivos de red reciben el paquete de datos.

Tabla 1.2 Ventajas y desventajas del uso de la topología de bus.

1.3.2 Topología de estrella.

Los segmentos de cable de cada equipo en la red están conectados a un componente centralizado o concentrador (hub). Un concentrador es un dispositivo que conecta varios equipos juntos. En una topología en estrella, las señales se transmiten desde el equipo, a través del concentrador, a todos los equipos de la red.

Características:

1. Es la más empleada en los sistemas de comunicación de datos.
2. Todas las computadoras reciben el mensaje pero sólo la computadora con la dirección igual a la dirección del mensaje puede leerlo.
3. El nodo central es el responsable de encaminar el tráfico hacia el resto de los componentes; se encarga además de localizar las averías.

Tabla 1.3 Ventajas y desventajas del uso de la topología de estrella.

1.3.3.Topología en anillo

Los equipos están conectados con un cable de forma circular. No hay extremos con terminaciones. Las señales viajan alrededor del bucle en una dirección y pasan a través de cada equipo que actúa como repetidor para amplificar la señal y enviarla al siguiente equipo.

Características:

1. Todos los componentes del anillo están unidos por un mismo canal.

2. En una topología en anillo cada equipo actúa como repetidor, regenerando la señal y enviándola al siguiente equipo.

Tabla 1.4 Ventajas y desventajas del uso de la topología de estrella.

1.3.4.Topología de malla

Cada equipo está conectado a cada uno del resto de los equipos por un cable distinto. Gracias a los múltiples caminos que ofrece a través de los distintos dispositivos, es posible orientar el tráfico por trayectorias alternativas en caso de que algún nodo esté averiado u ocupado.

Tabla 1.5 Ventajas y desventajas del uso de la topología en malla.

1.3.5.Topología de árbol

Una topología de árbol o topología jerárquica es aquella que combina características de la topología estrella con la de bus, se podría decir que es una combinación de ambas. (Figura 1.13)

Trabaja de la misma manera que la de bus y estrella por el modo de actuar del nodo ya que el nodo de interconexión trabaja en modo difusión, pues la información se propaga hacia todas las estaciones, solo 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.

Esta topología trabaja de la misma manera que la de bus y estrella por el modo de actuar del nodo ya que el nodo de interconexión trabaja en modo difusión, pues la información se propaga hacia todas las estaciones, solo 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.

Una similitud con la de topología de estrella es que los nodos del árbol están conectados a un concentrador central o hub que controla el tráfico de la red, pero no todos los nodos 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.

Tabla 1.6 Ventajas y desventajas del uso de la topología en árbol.

1.4 Clasificación de las redes por su tamaño.

1.4.1 PAN

Red de área personal (Personal Area Network). Interconexión de dispositivos en el entorno del usuario, con alcance de escasos metros.

1.4.2 Redes LAN

Las redes de área local (Local Area Network) son redes de ordenadores cuya extensión es del orden de entre 10 metros a 1 kilómetro. Son redes pequeñas, habituales en oficinas, colegios y empresas pequeñas. Sus velocidades de transmisión típicas van de 10 a 100 Mbps. (Figura 1.15)

1.4.3 Redes MAN

Las redes de área metropolitana (Metropolitan Área Network) son redes de ordenadores de tamaño superior a una LAN, soliendo abarcar el tamaño de una ciudad. Son típicas de empresas y organizaciones que poseen distintas oficinas repartidas en una misma área metropolitana, por lo que, en su tamaño máximo, comprenden un área de unos 10 kilómetros.

                                                                                              

Conecta diversas LAN cercanas geográficamente (en un área de alrededor de cincuenta kilómetros) entre sí a alta velocidad.

Una MAN está compuesta por conmutadores o routers conectados entre sí mediante conexiones de alta velocidad y presenta las siguientes características:

• Puede ser pública o privada.
• Una MAN puede soportar tanto voz como datos.
• No tiene elementos de intercambio de paquetes o conmutadores.
• Para las MANs se ha adoptado un estándar llamado DQDB (Distributed Queue Dual Bus-Bus Dual de Cola Distribuida) o IEEE 802.6. Utiliza medios de difusión al igual que las LANs.

1.4.4 Redes WAN

Consisten en una colección de hosts o de redes LAN conectadas por una subred. Esta subred está formada por una serie de líneas de transmisión interconectadas por medio de routers, aparatos de red encargados de encaminar o dirigir los paquetes hacia la LAN o host adecuado, enviándose éstos de un router a otro. Su tamaño puede oscilar entre 100 y 1000 kilómetros.

Características:

• Conecta múltiples LAN entre sí a través de grandes distancias geográficas.
• La velocidad disponible en una WAN varía según el costo de las conexiones (que aumenta con la distancia) y puede ser baja.
• Las WAN funcionan con routers, que pueden "elegir" la ruta más apropiada para que los datos lleguen a un nodo de la red.
• La WAN más conocida es Internet.

1.4.5 Redes Internet

Una red internet es una red de redes, vinculadas mediante enrutadores gateways. Un gateway o pasarela es un computador especial que puede traducir información entre sistemas con formato de datos diferentes. Su tamaño puede ser desde 10000 kilómetros en adelante, y su ejemplo más claro es Internet, la red de redes mundial.

Referencias:

Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Ingeniería. Administración de Redes. Recuperado de:

http://redyseguridad.fi-p.unam.mx/proyectos/admonredes/PHP/capitulo1.html