Aquí con un trabajo que me encontré hace tiempo.
Topologías de red
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Javier
Espín del Pozo
José
Luis Ruiz Ludeña
Índice
1. - Definición
La topología de red es la disposición física en la que se conecta una
red de ordenadores. Si una red tiene diversas topologías se la llama mixta.
2. - Topologías más comunes
2.1 - Red en anillo
Topología de red en la que las estaciones se
conectan formando un anillo. Cada estación está conectada a la siguiente y la
última está conectada a la primera. Cada estación tiene un receptor y un
transmisor que hace la función de repetidor, pasando la señal a la siguiente
estación del anillo.
En este tipo de red la comunicación se da por el
paso de un token o testigo, que se puede conceptualizar como un cartero que
pasa recogiendo y entregando paquetes de información, de esta manera se evita
perdida de información debido a colisiones.
Cabe mencionar que si algún nodo de la red se cae
(termino informático para decir que esta en mal funcionamiento o no funciona
para nada) la comunicación en todo el anillo se pierde.
2.2 - Red en árbol
Topología de red en la que los nodos están
colocados en forma de árbol. Desde una visión topológica, la conexión en árbol
es parecida a una serie de redes en estrella interconectadas.
Es una variación de la red en bus, la falla de un
nodo no implica interrupción en las comunicaciones. Se comparte el mismo canal
de comunicaciones.
Cuenta con un cable principal (backbone)
al que hay conectadas redes individuales en bus.
2.3 - Red en malla
La Red en malla es una topología
de red en la que cada nodo está conectado a uno o más de los otros nodos. De
esta manera es posible llevar los mensajes de un nodo a otro por diferentes
caminos.
Si la red de malla está
completamente conectada no puede existir absolutamente ninguna interrupción en
las comunicaciones. Cada servidor tiene sus propias conexiones con todos los
demás servidores.
2.4 - Red en bus
Topología de red en la que todas
las estaciones están conectadas a un único canal de comunicaciones por medio de
unidades interfaz y derivadores. Las estaciones utilizan este canal para
comunicarse con el resto.
La topología de bus tiene todos
sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene ninguna otra conexión
entre nodos. Físicamente cada host está conectado a un cable común, por lo que
se pueden comunicar directamente, aunque la ruptura del cable hace que los
hosts queden desconectados.
La topología de bus permite que
todos los dispositivos de la red puedan ver todas las señales de todos los
demás dispositivos, lo que puede ser ventajoso si desea que todos los
dispositivos obtengan esta información. Sin embargo, puede representar una
desventaja, ya que es común que se produzcan problemas de tráfico y colisiones,
que se pueden paliar segmentando la red en varias partes. Es la topología más
común en pequeñas LAN, con hub o switch final en uno de los extremos.
2.5 - Red en estrella
Red en la cual las estaciones están conectadas
directamente al servidor u ordenador y todas las comunicaciones se han de hacer
necesariamente a través de él. Todas las estaciones están conectadas por
separado a un centro de comunicaciones, concentrador o nodo central, pero no
están conectadas entre sí. Esta red crea una mayor facilidad de supervisión y
control de información ya que para pasar los mensajes deben pasar por el hub o
concentrador, el cual gestiona la redistribución de la información a los demás
nodos. La fiabilidad de este tipo de red es que el malfuncionamiento de un
ordenador no afecta en nada a la red entera, puesto que cada ordenar se conecta
independientemente del hub, el costo del cableado puede llegar a ser muy alto.
Su punto débil consta en el hub ya que es el que sostiene la red en uno.
2.6 - Red Inalámbrica Wi-Fi
Wi-Fi es una marca de la Wi-Fi
Alliance (anteriormente la Wireless Ethernet Compatibility Alliance),
la organización comercial que prueba y certifica que los equipos cumplen los
estándares IEEE 802.11x.
Las nuevas redes sin cables hacen
posible que se pueda conectar a una red local cualquier dispositivo sin
necesidad de instalación, lo que permite que nos podamos pasear libremente por
la oficina con nuestro ordenador portátil conectado a la red o conectar sin
cables cámaras de vigilancia en los lugares más inaccesibles. También se puede instalar
en locales públicos y dar el servicio de acceso a Internet sin cables.
La norma IEEE 802.11b dio carácter universal a
esta tecnología que permite la conexión de cualquier equipo informático a una
red de datos Ethernet sin necesidad de cableado, que actualmente se puede
integrar también con los equipos de acceso ADSL para Internet.
Seguridad
Uno
de los problemas más graves a los cuales se enfrenta actualmente la tecnología
Wi-Fi es la seguridad. Un muy elevado porcentaje de redes se han instalado por
administradores de sistemas o de redes por su simplicidad de implementación,
sin tener en consideración la seguridad y por tanto han convertido sus redes en
redes abiertas, sin proteger el acceso a la información que por ellas circulan.
Existen varias alternativas para garantizar la seguridad de estas redes, las
más comunes son la utilización de protocolos de encriptación de datos como el WEP
y el WPA, proporcionados por los propios dispositivos inalámbricos, o IPSEC
(túneles IP) y 802.1x, proporcionados por o mediando otros dispositivos de la
red de datos.
2.7 - Red celular
La topología celular está
compuesta por áreas circulares o hexagonales, cada una de las cuales tiene un
nodo individual en el centro.
La topología celular es un área
geográfica dividida en regiones (celdas) para los fines de la tecnología
inalámbrica. En esta tecnología no existen enlaces físicos; silo hay ondas
electromagnéticas.
La ventaja obvia de una topología
celular (inalámbrica) es que no existe ningún medio tangible aparte de la
atmósfera terrestre o el del vacío del espacio exterior (y los satélites). Las
desventajas son que las señales se encuentran presentes en cualquier lugar de
la celda y, de ese modo, pueden sufrir disturbios y violaciones de seguridad.
Como norma, las topologías
basadas en celdas se integran con otras topologías, ya sea que usen la
atmósfera o los satélites.
3. – Red en Bus: 802.3 “Ethernet”
Norma o estándar (IEEE 802.3) que
determina la forma en que los puestos de la red envían y reciben datos sobre un
medio físico compartido que se comporta como un bus lógico, independientemente
de su configuración física. Originalmente fue diseñada para enviar datos a 10
Mbps, aunque posteriormente ha sido perfeccionada para trabajar a 100 Mbps, 1
Gbps o 10 Gbps y se habla de versiones futuras de 40 Gbps y 100 Gbps. En sus
versiones de hasta 1 Gbps utiliza el protocolo de acceso al medio CSMA/CD
(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect - Acceso múltiple con
detección de portadora y detección de colisiones). Actualmente Ethernet es el
estándar más utilizado en redes locales/LANs.
Ethernet fue creado por Robert
Metcalfe y otros en Xerox Parc, centro de investigación de Xerox para
interconectar computadoras Alto. El diseño original funcionaba a 1 Mbps sobre
cable coaxial grueso con conexiones vampiro (que "muerden" el cable).
Para la norma de 10 Mbps se añadieron las conexiones en coaxial fino (10Base2,
también de 50 ohmios, pero más flexible), con tramos conectados entre si
mediante conectores BNC; par trenzado categoría 3 (10BaseT) con conectores
RJ45, mediante el empleo de hubs y con una configuración física en estrella; e
incluso una conexión de fibra óptica (10BaseF).
Los estándares sucesivos (100
Mbps o Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet) abandonaron los
coaxiales dejando únicamente los cables de par trenzado sin apantallar (UTP -
Unshielded Twisted Pair), de categorías 5 y superiores y la Fibra óptica.
3.1 - Hardware comúnmente utilizado en una red Ethernet
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NIC, o
adaptador de red Ethernet: Permite
el acceso de una computadora a una red. Cada adaptador posee una dirección MAC
que la identifica en la red y es única. Una computadora conectada a una red se
denomina nodo.
·
Repetidor
o repeater: Aumenta el alcance
de una conexión física, disminuyendo la degradación de la señal eléctrica en el
medio físico
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Concentrador
o hub: Funciona como un
repetidor, pero permite la interconexión de múltiples nodos, además cada
mensaje que es enviado por un nodo, es repetido en cada boca el hub.
·
Puente o bridge: Interconectan segmentos de
red, haciendo el cambio de frames entre las redes de acuerdo con una tabla de
direcciones que dice en que segmento está ubicada una dirección MAC.
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Conmutador
o switch: Funciona como el bridge,
pero permite la interconexión de múltiples segmentos de red, funciona en
velocidades más rápidas y es más sofisticado. Los switches pueden tener otras
funcionalidades, como redes virtuales y permiten su configuración a través de
la propia red.
·
Enrutador
o router: Funciona en una capa de
red más alta que los anteriores -- el nivel de red, como en el protocolo IP,
por ejemplo -- haciendo el enrutamiento de paquetes entre las redes
interconectadas. A través de tablas y algoritmos de enrutamiento, un enrutador
decide el mejor camino que debe tomar un paquete para llegar a una determinada
dirección de destino.
3.2 – Estándares utilizados en Ethernet
Los principales estándares
utilizados en Ethernet son los siguientes:
10Base5
Conocido como Ethernet de cable
grueso. 10 Mbps, de banda base. Puede
ser identificado por su cable amarillo. Utiliza cable coaxial grueso; el 5
viene de la longitud máxima del segmento que son 500 m. El cable debe estar unido a tierra en un solo
punto.
Cada estación está unida al cable
mediante un tranceptor denominado MAU ("Medium Attachment Unit") y un
cable de derivación. El conector usado
en los adaptadores 10Base5 se denomina AUI ("Attachment Unit
Interface"). Tiene un aspecto similar al de un puerto serie con 15
patillas (DB15).
Los transceptores no deben estar
situados a menos de 8.2 piés (2.5 metros) entre sí, y el cable de derivación no
debe exceder de 165 piés (50 metros). Si
se utiliza un cable de derivación de alta flexibilidad esta longitud deben ser
reducida a 41 piés (12.5 metros).
10Base2
Conocido como Ethernet de cable
fino cuya designación comercial es RG-58. 10 Mbps, banda base; utiliza conectores BNC ("Bayonet Nut connector").
Su distancia máxima por segmento es de 606 pies (185 m), aunque pueden
utilizarse repetidores para aumentar esta distancia siempre que los datos no
pasen por más de dos repetidores antes de alcanzar su destino.
El número de DTEs en cada
segmento no debe ser mayor de 30, y deben estar separados por un mínimo de 1.6
pies (0.5 metros).
Utiliza cable coaxial de 50 Ohm
apantallado que debe estar terminado por adaptadores resistivos de 50 Ohmios y
estar conectado a tierra en un punto. El
cable no debe estar conectado consigo mismo formando un anillo, y debe estar
conectado al DTE mediante un adaptador "T", sin que esté permitido
añadir un prolongador a dicho adaptador ni conectar directamente con el DTE
eliminando el adaptador "T". Su mejor atractivo es su precio, del
orden del 15% del cable grueso.
10Base-T
En Septiembre de 1990, el IEEE
aprobó un añadido a la especificación 802.3i, conocida generalmente como
10BaseT. Estas líneas son mucho más
económicas que las anteriores de cable coaxial, pueden ser instaladas sobre los
cableados telefónicos UTP ("Unshielded Twister Pairs") existentes
[3], y utilizar los conectores telefónicos estándar RJ-45 (ISO 8877), lo que
reduce enormemente el costo de instalación (
H12.4.2).
Estos cables se conectan a una serie
de "hubs", también conocidos como repetidores multipuerto, que pueden
estar conectados entre sí en cadena o formando una topología arborescente, pero
el camino de la señal entre dos DTEs no debe incluir más de cinco segmentos,
cuatro repetidores (incluyendo AUIs opcionales), dos tranceptores (MAUs) y dos
AUIs.
10 Mbps, banda base, cable
telefónico UTP de 2 pares de categoría 3, 4 o 5, con una impedancia
característica de 100 +/-15 ohms a 10 Mhz [4];
no debe exceder de 328 pies (100 m).
Cuando una red contenga cinco
segmentos y cuatro repetidores, el número de segmentos coaxiales no debe ser
mayor que tres, el resto deben ser de enlace con DTEs (es lo que se conoce como
regla 5-4-3). Dicho de otra forma: Entre cualquier par de estaciones no debe haber
más de 5 segmentos, 4 repetidores y 3 conexiones hub-hub. Si se utilizan segmentos de fibra óptica, no
deben exceder de 1640 pies (500 metros).
Cuando una red contenga cuatro
segmentos y tres repetidores utilizando enlaces de fibra óptica, los segmentos
no deben exceder de 3280 pies (1000 metros).
10Base-F
10 Mbps, banda base, cable de
fibra óptica. Longitud máxima del
segmento: 2000 metros.
100Base-T4
Fast Ethernet a 100 Mbps, banda
base, que utiliza par trenzado de 4 pares de categoría 3, 4 o 5. Distancia máxima: 100 metros.
100Base-TX
Fast Ethernet a 100 Mbps, banda
base, utiliza par trenzado de 2 pares de categoría 5. Distancia máxima: 100 metros.
100Base-FX
Fast Ethernet a 100 Mbps que
utiliza fibra óptica. Longitud máxima
del segmento: 2000 metros.
Nota: Como
puede verse, los distintos estándares Ethernet tienen una denominación que
responde a la fórmula general xBaseZ.
La designación Base se refiere a
"Baseband modulation", que es el método de modulación
empleado. El primer número X,
indica la velocidad en Megabits por segundo sobre el canal (que es
distinta de la velocidad disponible para datos, ya que junto a estos se
incluyen los "envoltorios"). La última cifra (o letra) Z, señala la longitud máxima del cable en
centenares de metros, o el tipo de tecnología. Por ejemplo, T significa "Twisted (pairs)", F "Fiber", etc.
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4. – Componentes básicos de una red
Los componentes básicos para poder montar una red local son:
4.1 - Servidor
Es una computadora utilizada para
gestionar el sistema de archivos de la red, da servicio a las impresoras,
controla las comunicaciones y realiza otras funciones. Puede ser dedicado o no
dedicado.
El sistema operativo de la red
está cargado en el disco fijo del servidor, junto con las herramientas de
administración del sistema y las utilidades del usuario.
La tarea de un servidor dedicado
es procesar las peticiones realizadas por la estación de trabajo. Estas
peticiones pueden ser de acceso a disco, a colas de impresión o de comunicaciones
con otros dispositivos. La recepción, gestión y realización de estas peticiones
puede requerir un tiempo considerable, que se incrementa de forma paralela al
número de estaciones de trabajo activas en la red. Como el servidor gestiona
las peticiones de todas las estaciones de trabajo, su carga puede ser muy
pesada.
Se puede entonces llegar a una
congestión, el tráfico puede ser tan elevado que podría impedir la recepción de
algunas peticiones enviadas.
Cuanto mayor es la red, resulta
más importante tener un servidor con elevadas prestaciones. Se necesitan
grandes cantidades de memoria RAM para optimizar los accesos a disco y mantener
las colas de impresión. El rendimiento de un procesador es una combinación de
varios factores, incluyendo el tipo de procesador, la velocidad, el factor de
estados de espera, el tamaño del canal, el tamaño del bus, la memoria caché así
como de otros factores.
4.2 - Estaciones de Trabajo
Se pueden conectar a través de la
placa de conexión de red y el cableado correspondiente. Los terminales “tontos”
utilizados con las grandes computadoras y mini computadoras son también
utilizadas en las redes, y no poseen capacidad propia de procesamiento.
Sin embargo las estaciones de
trabajo son, generalmente, sistemas inteligentes. Los terminales inteligentes
son los que se encargan de sus propias tareas de procesamiento, así que cuanto
mayor y más rápido sea el equipo, mejor.
Los terminales tontos en cambio,
utilizan el espacio de almacenamiento así como los recursos disponibles en el
servidor.
4.3 - Tarjetas de Conexión de Red (Interface Cards)
Permiten conectar el cableado
entre servidores y estaciones de trabajo. En la actualidad existen numerosos
tipos de placas que soportan distintos tipos de cables y topologías de red.
Las placas contienen los
protocolos y órdenes necesarios para soportar el tipo de red al que está
destinada. Muchas tienen memoria adicional para almacenar temporalmente los
paquetes de datos enviados y recibidos, mejorando el rendimiento de la red.
La compatibilidad a nivel físico
y lógico se convierte en una cuestión relevante cuando se considera el uso de
cualquier placa de red. Hay que asegurarse que la placa pueda funcionar en la
estación deseada, y de que existen programas controladores que permitan al sistema
operativo enlazarlo con sus protocolos y características a nivel físico.
4.4 - Cableado
Una vez que tenemos las
estaciones de trabajo, el servidor y las placas de red, requerimos
interconectar todo el conjunto. El tipo de cable utilizado depende de muchos
factores, que se mencionarán a continuación:
Los tipos de cableado de red más
populares son: par trenzado, cable coaxial y fibra óptica.
Además se pueden realizar
conexiones a través de radio o microondas.
Cada tipo de cable o método tiene
sus ventajas. y desventajas. Algunos son propensos a interferencias, mientras
otros no pueden usarse por razones de seguridad.
La velocidad y longitud del
tendido son otros factores a tener en cuenta el tipo de cable a utilizar.
Par Trenzado: Consiste en dos hilos de cobre trenzado, aislados de
forma independiente y trenzados entre sí. El par está cubierto por una capa
aislante externa. Entre sus principales ventajas tenemos:
- Es una tecnología bien estudiada
- No requiere una habilidad especial para instalación
- La instalación es rápida y fácil
- La emisión de señales al exterior es mínima.
- Ofrece alguna inmunidad frente a interferencias, modulación cruzada y corrosión.
Cable Coaxial: Se compone de un hilo
conductor de cobre envuelto por una malla trenzada plana que hace las funciones
de tierra. Entre el hilo conductor y la malla hay una capa gruesa de material
aislante, y todo el conjunto está protegido por una cobertura externa.
El
cable está disponible en dos espesores: grueso y fino.
El
cable grueso soporta largas distancias, pero es más caro. El cable fino puede
ser más práctico para conectar puntos cercanos.
El
cable coaxial ofrece las siguientes ventajas:
- Soporta comunicaciones en banda ancha y en banda base.
- Es útil para varias señales, incluyendo voz, video y datos.
- Es una tecnología bien estudiada.
Conexión fibra óptica: Esta conexión es
cara, pero permite transmitir la información a gran velocidad e impide la
intervención de las líneas. Como la señal es transmitida a través de luz,
existen muy pocas posibilidades de interferencias eléctricas o emisión de
señal. El cable consta de dos núcleos ópticos, uno interno y otro externo, que
refractan la luz de forma distinta. La fibra está encapsulada en un cable
protector.
Ofrece
las siguientes ventajas:
- Alta velocidad de transmisión
- No emite señales eléctricas o magnéticas, lo cual redunda en la seguridad
- Inmunidad frente a interferencias y modulación cruzada.
- Mayor economía que el cable coaxial en algunas instalaciones.
- Soporta mayores distancias
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