Topología de la Red

Informática. Redes de ordenadores. Interconexión. Tipos de Red

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PROLOGORedes de ordenadores

Una red de ordenadores es simplemente un conjunto de ordenadores capaces de intercambiar información a través de una serie de enlaces (conexiones físicas) existentes entre ellos. En esencia, esta comunicación es la principal característica de las redes, lo que las convierte en una potente herramienta.

Nos encontramos diferentes tipos de redes clasificadas por la extensión que abarcan, estas pueden ser locales, urbanas o de área extensa. En este trabajo nos centralizaremos en la red de área local.

Area local o LAN, (Local Area Network): es un sistema de transmisión de datos que permite compartir recursos e información por medio de ordenadores o redes de ordenadores. Las redes de área local se emplean para interconectar ordenadores, terminales, impresoras, servidores de ficheros localizados en el mismo edificio. Las redes locales cubren un área de hasta 3 Km.

Las redes de área extensa WAN (Wide Area Network) pueden abarcar continentes enteros y disponer de enlaces intercontinentales.

Las redes de área urbana se sitúan entre las LAN y las WAN.

Los índices de error son menores y sus velocidades mayores en las redes locales que en las urbanas y en las extensas.

El propósito de instalar y gestionar redes de ordenadores es que los usuarios puedan compartir impresoras, enlaces a grandes ordenadores, ficheros de datos y programas, bases de datos soportadas en medios avanzados, modems, puntos de fax, etc. En una red, un ordenador actúa como servidor haciendo que los recursos disponibles de forma general estén accesibles para cada uno de los ordenadores conectados.

La capacidad de compartir información y las ventajas que se obtienen justifican el uso de las redes locales. Por supuesto, el servidor necesita un software especial para cumplir su difícil tarea. Es lo que se llama el sistema operativo de LAN.

Características que definen una red local

  • Una distancia entre “estaciones” relativamente corta, desde unos metros hasta 3 km, aunque la distancia puede ser mucho mayor utilizando dispositivos de transmisión especiales

  • Un medio de comunicación común a través del cual todos los dispositivos pueden compartir información, programas y equipos, independientemente del lugar físico donde se encuentre el usuario o el dispositivo.

  • Las redes locales están contenidas dentro de una reducida área física que puede ser un edificio o en varios edificios, una universidad, etc.

  • La velocidad con que se comunican los datos las estaciones de la red suele ser del orden de 1 a 5 millones de bits por segundo.

  • La utilización de cables de conexión normales.

  • Gran fiabilidad, con un índice de errores muy bajo.

  • Como herramienta de tratamiento de la información, las redes locales se pueden aplicar a casi todos los campos: la industria, los negocios, la ciencia, la educación, etc.

    Las primeras redes locales comerciales se instalaron a finales de los años setenta y desde entonces su popularidad y uso ha ido creciendo debido al abaratamiento de los componentes electrónicos y la proliferación de los ordenadores y sus periféricos. Por otra parte, los usuarios de ordenadores personales sintieron la necesidad de encontrar un método económico que les permitiese conectarlos entre sí.

    Las ventajas de las redes locales son: aumento de la productividad, reducción de los costes de equipo, aumento del nivel de comunicación y simplicidad de gestión.

    Componentes de las redes

    Una red se compone de diferentes elementos que nos han de quedar claros para entender una LAN.

    Estaciones de trabajo:

    También se conocen por su término inglés “Workstations”. Una estación de trabajo se compone a su vez de dos elementos claramente diferenciados: un ordenador y una tarjeta o interface de red.

    Una vez que este ordenador haya accedido a la red por medio del software correspondiente será transparente al usuario, y podrá seguir trabajando con él como si de un ordenador aislado se tratara, con la única salvedad de disponer de los recursos del servidor como si fueran suyos. La tarjeta de red es el interface con el que nuestro ordenador se comunicará con el resto de la red, y ella se encargará, junto con el software, de transmitir nuestras peticiones de acceso a la red.

    Cada estación de la figura 1, a través de su tarjeta de interface con la red, está conectada por un cable al servidor de comunicaciones de ésta. Como ya indicamos antes, el usuario de la estación de trabajo puede elegir entre usarla como ordenador independiente o formar parte de la red. El usuario pasa a ser parte activa de la red con sólo ejecutar el programa de software de la misma e identificarse como usuario autorizado utilizando una contraseña o “password”.

    Servidores de una red local

    Una red local interconecta ordenadores y comparte dispositivos, pero para compartir eficientemente periféricos, tales como discos duros o impresoras, es necesario configurar uno o más ordenadores como servidores o gestores. Un servidor es un ordenador que comparte sus periféricos con otros ordenadores.

    Hay dos tipos de servidores: dedicados y no dedicados. Un servidor dedicado no dispone de monitor ni de teclado; para lo único que sirve es para dar servicio a las solicitudes de otros ordenadores de la red. El servidor no dedicado es un ordenador normal que tiene conectado un disco duro o impresora y que, al igual que el dedicado, da servicio a la red, con la diferencia de que se pueden utilizar como un ordenador normal mientras actúa de servidor.

    • Servidores de disco

    Un servidor de disco es un disco duro que contiene información que pueden compartir las estaciones de trabajo de la red. Las redes utilizan un servidor de disco para almacenar archivos y facilitar su información a las estaciones de trabajo cuando lo pida. Una tabla de asignación de archivos (File Allocation Table, FAT) ayuda al servidor de disco a saber dóde está localizado un determinado archivo. El servidor de disco envía una copia de la FAT a la estación de trabajo y así puede acceder a sus archivos situados en el servidor de disco.

    Los servidores de disco dividen sus unidades de disco duro en particiones independientes para cada usuario. También hay disponible una zona del disco para que las distintas estaciones puedan compartir información.

    • Servidores de Archivos o Ficheros

    Los servidores de ficheros son mucho más eficientes y sofisticados que los servidores de disco. Un servidor de fichero (“File server”) contiene un software especial que forma un shell alrededor del sistema operativo y filtra las órdenes al servidor de fichero antes de que el DOS pueda recibirlas. Cuando una estación de trabajo pide un determinado fichero, el servidor de fichero sabe dónde se encuentra éste gracias a su FAT, y lo envía directamente a la estación de trabajo.

    El servidor de fichero es mucho más eficiente que el de disco, porque no hay necesidad de enviar copias de la FAT a cada estación de trabajo que solicite un fichero.

    Del mismo modo, tampoco hay necesidad de repartir el disco duro a cada estación de la red, puesto que las estaciones ya no tienen que preocuparse de dónde reside un fichero en concreto.

    En algunas aplicaciones de redes, un sólo servidor de fichero es suficiente. El lo que se conoce como un servidor centralizado. Si en la red se distribuyen o dividen las tareas entre varios servidores de ficheros es lo que se conoce como servidores de ficheros distribuidos. Los servidores de archivos distribuidos presentan la ventaja de que si un servidor se avería, la LAN no queda inutilizada. Presentan el inconveniente de la seguridad de la red. En la figura 2 se ilustra un servidor de ficheros.

    • Servidor de Impresión

    Del mismo modo que el servidor de ficheros permite compartir un disco duro, el servidor de impresión hace posible compartir impresoras. La figura 3 muestra la estructura de un servidor de impresión.

    Cada uno de los ordenadores tiene conectada una impresora. Estas impresoras son suficientes para la mayoría de los trabajos, pero cuando es necesario hace copias de mayor calidad, los usuarios utilizan la impresora láser conectada al servidor de impresión. El servidor de impresión puede tener conectados varios tipos de impresoras según las necesidades.

    Topología de las redes

    Se denomina topología o “arquitectura de la red” a la forma geométrica de colocar las estaciones de trabajo y los cables que componen la red.

    El objetivo de la topología es encontrar la forma más económica y eficaz de conectar a todos los usuarios a todos los recursos de la red; al mismo tiempo que facilita la capacidad adecuada para satisfacer las demandas de los usuarios, asegura la fiabilidad del sistema y mantiene el tiempo de espera en valores lo suficientemente bajos.

    Elección de la topología

    La eleccion de la topología tiene un fuerte impacto en el comportamiento de la red. Aunque, como más adelante veremos, el eficaz aprovechamiento de ésta dependerá de una serie de protocolos de comunicación entre sus distintos elementos, también la estructura topológica condiciona algunas características. Cabe citar entre las más relevantes:

    a) La menor o mayor flexibilidad de la red para añadir o quitar nuevas estaciones.

    b) La repercusión que en el comportamiento de la red pueda tener el fallo en una de las estaciones.

    c) El flujo de información que pueda transitar por la red sin que se produzcan interferencias y los retardos mínimos que ésta introduzca.

    Las múltiples configuraciones que pueden presentarse obedecen básicamente a tres tipos:

    1.- Estrella.

    2.- Anillo.

    3.- Bus (lineal o en árbol)

    Configuración en Estrella

    En una red en estrella todas las estaciones se comunican entre sí a través de un dispositivo cintral. En la figura XXXX se representa un esquema de esta configuración.

    El nodo central asume un papel muy importante debido a su protagonismo en todas las transferencias de información que se realicen en la red. Lo usual será que el nodo central ejerza todas las taresa de control y posea los recursos comunes de la red; para reducir su influencia puede optarse por localizar el control en alguno o algunos de los nodos periféricos, de manera quue el nodo central actúe como una unidad de conmutación de mensajes entre todos los nodos periféricos.

    Esta configuración presenta buena flexibilidad para incrementar o disminuir el número de estaciones, debido a que estas modificaciones no representan ninguna alteración de su estructura y están localizadas en el nodo central.

    Ventajas:

    La repercusión en el comportamiento global de la red de un fallo en uno de los nodos periféricos es muy baja y sólo afectaría al trafico relacionado con ese nodo.

    Inconvenientes:

    Por contra, si el fallo se prudujese en el nodo central, el resultado podría ser catastrófico y afectaría a todas las estaciones.

    El flujo de información puede ser elevado y los retardos introducidos por la red pequeños si la mayor parte de este flujo fluye entre el nodo central y los nodos periféricos. En caso de que las comunicaciones se produzcan entre estaciones, el sistema se vería restringido por la posible congestión del dispositivo central.

    En general, esta topología no es adoptada por las redes locales más significativas y no ha sido incluida dentro de las configuraciones normalizadas por la IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers). No obstante, es el interés debido al auge que para la comucomunicación de voz y datos están teniendo las centralitas telefónicas automáticas PABX (Private Authomatic Branch Exchange).

    Configuración en anillo

    Los nodos de la red están conectados formando un anillo de forma que cada estación tiene conexiones con otras dos. Los mensajes viajan por el anillo de nodo en dodo y en una única dirección, de manera que todas las informaciones pasan por todos los módulos de comunicación de las estaciones.

    Cada nodo tiene que ser capaz de reconocer los mensajes a él dirigidos y actuar como retransmisor de los mensajes que, pasando a través de él, van dirigidos a otras estaciones. Puede haber más de una línea de transmisión, aunque lo más habitual será la existencia de una única. El principal inconveniente (a su vez es ventaja para otras cosas) es que toda la información circula por una única línea, lo cual quiere decir que varios nodos pueden solicitar al mismo tiempo el uso de la línea.

    El control de la red puede ser centralizado o distribuido entre varios nodos. En caso de que sea centralizado, uno de los nodos actúa de controlador, de manera que, como todos los mensajes deben pasar a través de él, si no hay averías, puede supervisar el correcto funcionamiento de la red y adoptar las correspondientes medidas correctoras en caso de fallo.

    Esta topología permite incrementar o disminuir el número de estaciones sin gran dificultad. En cuanto al flujo de información, éste vendrá limitado por el ancho de banda de la vía de comunicación. Debido a que cada estación está obligada a retransmitir cada mensaje, en caso de existir un número elevado de estaciones de retardo introducido puede ser demasiado grande para ciertas aplicaciones.

    En una estructura en anillos, un fallo en cualquier parte de la vía de comunicación deja bloqueada a la red en su totalidad. En el caso de una configuración en estrella sólo quedaría fuera de servicio la estación afectada y en las configuraciones en bus, como se verá a contunuación, sólo quedarían afectados algunos de los nodos. Si el fallo se produce en una de las estaciones del anillo, la repercusión en el resto de la red será diferente dependiendo de si se avería o no el módulo de retransmisión. En caso de que la estación quede fuena de funcionamiento pero el módulo de retransmisión siga operando con normalidad, la avería sólo afecta a la estación en cuestión. Pero si lo que falla es el módulo de comunicaciones, el anilloquedaría cortado y la red bloqueada.

    Una forma de evitar estos riesgos, consiste en el uso de concentradores en la configuración de una red en anillo (tal es el caso de la red en anillo de IBM). El concentrador es un dispositivo, al que se conectan las estaciones de la red. El anillo lógico discurre por dentro del concentrador y, cuando un nodo deja de funcionar, se cortocircuita la entrada hacia estación del propio concentrador, reestableciendose el anillo. A simple vista, una red de estas características presenta el aspecto de una topología en estrella más que el de una configuración en anillo. Como el número de estaciones conectables al concentrador es limitado, se puede recurrir a concatenar varios de ellos para conseguir redes en anillos con más nodos periféricos.

    Redes en Bus

    En la topología en bus existe un sólo enlace de comunicaciones, llamado bus, al cual se conectan directamente todos los dispositivos. Cuando alguno de ellos desea comunicar con otro, deposita un mensaje en el bus indicando a que dispositivo va destinado. Al ser un canal compartido, todos los dispositivos reciben el mensaje, aunque sólo aquél a quien va destinado hace caso de él.

    Al ser el bus un medio de acceso compartido, sólo un dispositivo puede transmitir por el en cada momento. Mientras un dispositivo esté transmitiendo, los demás han de limitarse a escuchar. Si un dispositivo comienza a transmitir mientras otro aún no ha terminado su transmisión, ambas se mezclarán y el resultado será ininteligible. Se dice entonces que se ha producido una colisión.

    Además, puede suceder que un dispositivo transmita continuamente, impidiendo toda comunicación entre los demás. Para evitarlo, la transmisión en la topología en bus se efectua troceando la información que se desea transmitir en cortos paquetes de datos, y se fuerza a cada dispositivo a esperar un lapso de tiempo (no muy largo) despues de transmitir cada paquete, para dar oportunidad a los demás a transmitir los suyos.

    El hecho de tener una línea física a la cual se conectan todos los nodos hace este tipo de red sumamente versátil: se puede tener una línea prácticamente sin limitación.

    Por ejemplo: En nuestras casas tenemos un par de hilos al cual vamos conectando la cafetera, la TV, el frigorífico, la lavadora y un sinfín de aparatos. Cuando queremos los conectamos y cuando no, los desconectamos. En caso de avería en uno de ellos lo quitamos, pero el resto puede seguir funcionando. Sólo en caso de fallo en línea nos quedamos sin servicio.

    La topología tipo bus es de uso bastante frecuente por las propiedades que hemos visto, y, si bien es de fácil manejo y acceso al usuario, tiene algunos puntos críticos: los equipos retransmisores que hay que poner en el bus deben ser fiables y de bajo mantenimiento, con lo que serán caros. La verdad es que las averías en el bus son poco frecuentes, pero cuando existen son dificiles de localizar, por lo que habrá que proveerse de aparatos especiales de prueba y de mantenimiento de línea para detectar y aislar la avería.

    Bibliografía

    • Pablo Pérez Ayala: Redes locales. ANAYA MULTIMEDIA 1997.

    • José Luis Higes Sigüenza: Fundamentos prácticos de comunicaciones. SINTESIS 1997.

    • Antonio M. Ferrer Abelló: Redes de comunicación. INGELEK 1987.

    • Justo Carracedo Gallardo: Redes Locales en la industria. MARCOMBO 1988.

    • Frank J. Derfler, JR. y Les Freed: Asi funcionan las comunicaciones. ANAYA MULTIMEDIA 1994.

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