Topologías

¿Qué es una topología?

La topología es el arreglo (físico o lógico) donde los dispositivos o nodos de una red (e.g. computadoras, servidores, concentradores, enrutadores, puntos de acceso, etc.) se interconectan sobre un medio de comunicación. La topología en una red determina la forma de comunicación entre sus nodos. Existen topologías donde la intercomunicación entre sus nodos es sencilla y otras donde es compleja. La mala elección de una topología puede ocasionar que la red no opere de manera eficiente. Una topología determina el número de nodos que se conectarán, el método de acceso múltiple, tiempo de respuesta, velocidad de la información, costo, tipo de aplicaciones, etcétera.

Una red puede tener una topología física o lógica. La topología física se refiere al diseño físico de la red incluyendo la instalación y localización de cables, dispositivos, trayectorias, etc. La topología lógica tiene que ver en cómo se transfiere la información a su paso por los nodos de la red. La topología lógica puede ser considerada como forma o estructura virtual de una red. Esta forma, en realidad, no corresponde con el diseño físico real de los dispositivos en la red. Un grupo de computadoras pueden estar conectadas en forma circular, pero eso no necesariamente significa que representa una topología de anillo.

Las topologías pueden ser de dos tipos:

a) Topología física: Se refiere al diseño actual del medio de transmisión de la red.

b) Topología lógica: Se refiere a la trayectoria lógica que una señal a su paso por los nodos de la red.

TOPOLOGÍA FÍSICAS

Las topologías físicas más comunes son: ducto, estrella, anillo, malla y las híbridas. Cada una de éstas tiene sus ventajas y desventajas, así como sus aplicaciones específicas.

Topología de ducto (bus)

Una topología de ducto o bus está caracterizada por una dorsal principal con dispositivos de red interconectados a lo largo de la dorsal. Las redes de ductos son consideradas como topologías pasivas. Las computadoras "escuchan" al ducto. Cuando éstas están listas para transmitir, ellas se aseguran que no haya nadie más transmitiendo en el ducto, y entonces ellas envían sus paquetes de información. Las redes de ducto basadas en contención (ya que cada computadora debe contender por un tiempo de transmisión) típicamente emplean la arquitectura de red ETHERNET.

Las redes de bus comúnmente utilizaban cable coaxial como medio de comunicación, las computadoras se contaban al ducto mendiante un conector BNC en forma de T. En el extremo de la red se ponia un terminador (si se utilizaba un cable de 50 ohm, se ponia un terminador de 50 ohms también). Eran muy susceptibles a quebraduras de cable coaxial, conectores y cortos en el cable que son muy díficiles de encontrar. Un problema físico en la red, tal como un conector T, puede tumbar toda la red.

Con la entrada del cable par trenzado, la topología de ducto fue un poco más robusta, pero seguía existiendo la contensión para accesar al cabla dorsal. Ese problema de colisiones se redujo al segmentar las redes en pocos nodos. A pesar de esos problema la topología de ducto con Ethernet es la más utilizada para redes de área local (LAN).

En ambientes MAN (Metropolitan Area Network), las compañías de televisión por cable utilizan esta topología para extender sus redes.

Las redes LAN con topología de ducto son las más utilizadas a nivel mundial, por su facilidad de instalación y bajo costo. El desempeño de una red de este tipo depende del número de nodos conectados a ésta. Entre mayor sea el número de nodos, la red se vuelve más compleja y aumenta la probabilidad de colisiones, las cuales se generan cuando dos o más nodos quieren acceder al medio al mismo tiempo. La principal desventaja de esta topología es que si el ducto falla, toda la red se deshabilita.

En ambientes de redes metropolitanas (MAN), un ejemplo típico de red basada en ducto es el servicio de televisión por cable coaxial. En una red de televisión por cable se tira uno o varios ductos principales por cada una de las avenidas en una ciudad y los suscriptores se conectan a un distribuidor para acceder al servicio.

Topología de estrella (star)

En una topología de estrella, las computadoras en la red se conectan a un dispositivo central conocido como concentrador (hub en inglés) o a un conmutador de paquetes (swicth en inglés).

En un ambiente LAN cada computadora se conecta con su propio cable (típicamente par trenzado) a un puerto del hub o switch. Este tipo de red sigue siendo pasiva, utilizando un método basado en contensión, las computadoras escuchan el cable y contienden por un tiempo de transmisión.

Debido a que la topología estrella utiliza un cable de conexión para cada computadora, es muy fácil de expandir, sólo dependerá del número de puertos disponibles en el hub o switch (aunque se pueden conectar hubs o switchs en cadena para así incrementar el número de puertos). La desventaja de esta topología en la centralización de la comunicación, ya que si el hub falla, toda la red se cae.

Hay que aclarar que aunque la topología física de una red Ethernet basada en hub es estrella, la topología lógica sigue siendo basada en ducto.

La topología de estrella es bastante utilizada en redes MAN y WAN (Wide Area Network), para comunicaciones vía satélite y celular.

Debido a que las redes LAN corporativas tienen un gran número de nodos, surge la necesidad de dividirla en segmentos más pequeños. Para ello, se usan hubs/switchs conectados en cascada, estableciéndose una variante conocida como topología estrella extendida.

La topología estrella extendida en un ambiente LAN es fácil de configurar, de costo accesible, y tiene más redundancia que la topología de ducto. En vez de conectar todos los dispositivos a un nodo central, los nodos se conectarán a otros dispositivos subcentrales, permitiendo más funcionalidad para establecer subredes y creando también más puntos de falla. Mientras la topología de estrella fue hecha para redes pequeñas, la topología estrella extendida se adapta mejor a redes grandes.

Un ejemplo aplicado de una topología estrella extendida, en un ambiente MAN, es la telefonía celular. El nodo central es el conmutador que se encarga de establecer la comunicación entre las terminales móviles. Al conmutador central se conectan vía enlace de microondas, las radiobases o antenas de telefonía celular. A su vez, las radiobases se conectan vía frecuencias de telefonía celular a las terminales móviles.

Topología de anillo (ring)

Una topología de anillo conecta los dispositivos de red uno tras otro sobre el cable en un círculo físico. La topología de anillo mueve información sobre el cable en una dirección y es considerada como una topología activa. Las computadoras en la red retransmiten los paquetes que reciben y los envían a la siguiente computadora en la red. El acceso al medio de la red es otorgado a una computadora en particular en la red por un "token". El token circula alrededor del anillo y cuando una computadora desea enviar datos, espera al token y posiciona de él. La computadora entonces envía los datos sobre el cable. La computadora destino envía un mensaje (a la computadora que envió los datos) que de fueron recibidos correctamente. La computadora que transmitio los datos, crea un nuevo token y los envía a la siguiente computadora, empezando el ritual de paso de token o estafeta (token passing) nuevamente.

La topología de anillo es muy utlizada en redes CAN y MAN, en enlaces de fibra óptica (SONET, SDH) y FDDI en redes de campus.

Topología de malla (mesh)

La topología de malla (mesh) utiliza conexiones redundantes entre los dispositivos de la red aí como una estrategia de tolerancia a fallas. Cada dispositivo en la red está conectado a todos los demás (todos conectados con todos). Este tipo de tecnología requiere mucho cable (cuando se utiliza el cable como medio, pero puede ser inalámbrico también). Pero debido a la redundancia, la red puede seguir operando si una conexión se rompe.

Las redes de malla, obviamente, son más difíciles y caras para instalar que las otras topologías de red debido al gran número de conexiones requeridas.

La red Internet utiliza esta topología para interconectar las diferentes compañías telefónicas y de proveedoras de Internet, mediante enlaces de fibra óptica.

Existen mallas conectadas completamente y otras, conectadas parcialmente. Las mallas completas son aquellas donde todos sus nodos tienen una conexión con el resto de los nodos más próximos. En una malla parcial, no necesariamente todos los nodos deberán de estar conectados con todos.

En el caso de ambientes LAN, CAN, MAN es poco práctico poner en marcha este tipo de redes, pero en ambientes WAN las redes de malla son utilizadas por las compañías telefónicas. Las centrales telefónicas de cada ciudad están conectadas en malla con las poblaciones vecinas, de esta manera se puede llegar a cualquier parte del mundo. El servicio de Internet y otros de telecomunicaciones proveídos por las compañías telefónicas son transportados por esta red de malla, que se forma con la unión de todas las compañías proveedoras de servicios de telecomunicaciones del orbe, utilizando como dorsal la fibra óptica.

Topologías híbridas

Las topologías híbridas son la combinación de dos o más topologías en una misma red. La topología de árbol y la jerárquica son ejemplos de topologías híbridas, aunque, pueden darse más combinaciones de acuerdo con las necesidades específicas de la organización.

TOPOLOGÍAS LÓGICAS

Las topologías lógicas definen cómo los dispositivos de red se comunicarán a través de las topologías físicas, es decir cómo los dispositivos simultáneamente accederán al medio de comunicación de una manera ordenada. Existen dos tipos de topologías lógicas a nivel de LAN.

    ► Topología con medio compartido

    ► Topología basada en token

Medio compartido

En este tipo de topología lógica todos los dispositivos tienen la habilidad de acceder al medio de comunicación compartido en cualquier momento. Este hecho se convierte en ventaja y desventaja, a la vez. La principal desventaja es que como el medio de comunicación es compartido se pueden ocasionar colisiones, donde dos o más nodos de la red transmitan al mismo tiempo, dando como resultado que se pierdan los paquetes y deban renviarse hasta que no existan más colisiones. Ethernet es el ejemplo más característico y utiliza como protocolo de acceso al medio el CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection).

Para redes pequeñas, la topología lógica de medio compartido funciona bien pero cuando se incrementa el número de nodos aumenta la probabilidad de colisiones. Para evitar esto se recomienda segmentar las redes con un número pequeño de nodos, haciendo uso de hubs o switchs, reduciendo el dominio de colisiones. Las redes con medios compartidos son típicamente implementadas en topologías físicas, como bus, estrella o híbridas.

Basadas en token

Las topologías lógicas basadas en token funcionan utilizando un testigo o estafeta (token) para proveer acceso al medio físico, el cual recorre la red en un orden lógico. Para que un nodo pueda transmitir o recibir información necesita forzosamente tener el token en su poder en ese momento. A diferencia del medio compartido, vimos que en este esquema todos los nodos pueden transmitir en cualquier momento. En una red basada en token, no ocurre eso, se necesita el token para realizar la acción. La principal desventaja de este método es el retardo, es decir, el tiempo que recorre el token en dar la vuelta para que determinado nodo pueda transmitir. La ventaja respecto al esquema anterior, es la ausencia de colisiones. Las redes basadas en token se adaptan más para topologías físicas en anillo.

Fuentes electrónicas
http://eveliux.com/mx/curso/topolog.html
http://247tecno.com/topologia-de-red-tipos-caracteristicas/
https://es.ccm.net/contents/256-topologia-de-red