El documento describe diferentes tipologías de redes, incluyendo red en anillo, árbol, malla, bus y estrella. Explica los conceptos de hub, switch y router, y cómo funcionan como dispositivos de interconexión en las redes. También analiza las ventajas y desventajas de cada tipología y dispositivo de red.

1. TOPOLOGIAS DE RED<br />MARIA LILIANA ALFONSO SALDAÑA<br />UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA<br />ESCUELA DE CIENCIAS SOCIALES ARTES Y HUMANIDADES<br />HERRAMIENTAS TELEMATICAS <br />TERCER SEMESTRE PSICOLOGIA<br />ARBELAEZ<br />2011<br />TOPOLOGIAS DE RED <br />MARIA LILIANA ALFONSO SALDAÑA<br />YINA ALEXANDRA GONZALEZ SANABRIA<br />Docente<br />UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA<br />ESCUELA DE CIENCIAS SOCIALES ARTES Y HUMANIDADES<br />HERRAMIENTAS TELEMATICAS<br />TERDER SEMESTRE PSICOLOGIA<br />ARBELAEZ<br />2011<br />INTRODUCCIÓN<br />Para poder comprender mejor el entorno de las redes de computadoras partimos del concepto de red que se podría definir como un sistema de comunicación que conecta computadores y otros equipos informáticos entre si con la finalidad de compartir recursos, destacando que además existe una clasificación de redes según su topología, por ende es importante conocer todas las características de cada red, sus aplicaciones y los diferentes elementos que la componen. Comprendiendo las diferentes topologías de red veremos entonces como funcionan los diferentes dispositivos de interconexión de redes como lo es el hub, router y switch y todas sus aplicaciones.<br />OBJETIVOS<br />Objetivo general:<br />Conocer las diferentes tipos de topología de red, sus características y dispositivos.<br />Objetivos específicos:<br />Reconocer los diferentes dispositivos de interconexión de red y su funcionamiento.<br />Comprender las características, ventajas, desventajas y diferencias de un hub ,router y switch.<br />TOPOLOGÍAS DE RED<br />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.<br />TOPOLOGÍAS MÁS COMUNES<br />Red en anillo<br />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.<br />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.<br />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.<br />Red en árbol<br />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.<br />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.<br />Cuenta con un cable principal (backbone) al que hay conectadas redes individuales en bus.<br />Red en malla<br />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.<br />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. <br />Red en bus<br />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.<br />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.<br />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.<br />Red en estrella<br />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.<br />Hub o Concentrador.<br />Descripción: <br />Un concentrador es un dispositivo que permite centralizar el cableado de una red y poder ampliarla. Esto significa que recibe una señal y repite esta señal emitiéndola por sus diferentes puertos.<br />Los concentradores no logran dirigir el tráfico que llega a través de ellos, y cualquier paquete de entrada es transmitido a otro puerto (que no sea el puerto de entrada). Dado que cada paquete está siendo enviado a través de cualquier otro puerto, aparecen las colisiones de paquetes como resultado, que impiden en gran medida la fluidez del tráfico. Cuando dos dispositivos intentan comunicar simultáneamente, ocurrirá una colisión entre los paquetes transmitidos, que los dispositivos transmisores detectan. Al detectar esta <br />colisión, los dispositivos dejan de transmitir y hacen una pausa antes de volver a enviar los paquetes.<br />Dentro del modelo OSI el concentrador opera a nivel de la capa física (Capa 2), al igual que los repetidores, y puede ser implementado utilizando únicamente tecnología analógica. Simplemente une conexiones y no altera las tramas que le llegan.<br />Tipos:<br />-Pasivo: Solo repiten la señal en la red. No necesita energía eléctrica.<br />-Activo: Regeneran y amplifican la señal. Necesita alimentación.<br />-Inteligente: También llamados smart hubs, incluyen microprocesador. Hacen lo que los activos pero además pueden ser administrados. Un administrador de red puede monitorear cada puerto e incluso obtener información estadística acerca de ello, tienen mejores funciones de direccionamiento. Todos los concentradores actuales son inteligentes.<br />-MAU (Multistation Acess Unit): Básicamente hacen lo mismo pero internamente trabajan diferente. Las MAUs se diferencian de los hubs Ethernet porque las primeras repiten la señal de datos únicamente a la siguiente estación en el anillo y no a todos los nodos conectados a ella como hace un hub Ethernet. Las MAUs pasivas no tienen inteligencia, son simplemente retransmisores. Las MAUs activas no sólo repiten la señal, además la amplifican y regeneran. Las MAUs inteligentes detectan errores y activan procedimientos para recuperarse de ellos.<br />-Solos: Son simplemente una caja con conexiones, normalmente se adhieren a una pared desde donde trabajan, son normales en las conexiones de las oficinas pequeñas y hogares donde no se necesita ampliarse, donde el promedio de usuarios es de 12.<br />-Apilables: Son montables uno sobre el otro, y se conectan uno con otro por medio de un cable. Al apilarse uno sobre el otro son casi modulares y evitan a las empresas invertir en los chasis que involucra un concentrador modular<br />-Modulares: Consisten en una serie de tarjetas que se conectan de un chasis, de ahí mismo se interconectan y forman parte de la red. Estas constituyen el punto más alto de manejo y capacidad de conexiones, así que solo se les vé en conexiones verdaderamente industriales o centrales telefónicas<br />-Marcas:Cada fabricante tiene su diseño propio para posibilitar la identificación correcta de los flujos de datos. Entre las marcas más conocidas están: Ipsilon, Cabletron, 3Com, DLink, Cisco,Encore.<br />¿Donde se Usa?: <br />Debido al gran crecimiento de las redes en cuanto a velocidad está dejando de utilizarse, sin embargo es bastante útil en redes pequeñas de pocas computadoras o como terminador de redes más grandes ya que en estos casos no afectan a la misma, pero su utilización se debe realizar con extremo cuidado ya que podemos crear cuellos de botellas y por lo tanto dejar a una red totalmente inoperable Los concentradores tipo Solo son normales en las conexiones de las oficinas pequeñas y hogares donde no se necesita ampliarse, donde el promedio de usuarios es de 12.<br />Los concentradores tipo Modular se utilizan en conexiones verdaderamente industriales o centrales telefónicas. La conexión de un analizador de protocolos con un concentrador permite ver todo el tráfico en el segmento.<br />Un concentrador hace que los clúster o grupos de computadoras reciban cada uno todo el tráfico.<br />Ventajas:<br />- El precio es barato por ser un dispositivo simple.<br />- Permite aislar a un usuario que tenga problemas en el cable de conexión, conexión, evitando que los demás usuarios sufran contratiempos. <br />- Tiene la capacidad de gestión, supervisión y control remoto, prolongando el funcionamiento de la red gracias a la aceleración del diagnostico y solución de<br />problemas.<br />- El basado en arquitectura RISC elimina la saturación de tráfico de los actuales<br />productos de segunda generación.<br />Desventajas:<br />- El tráfico añadido genera más probabilidades de colisión.<br />- A medida que añadimos ordenadores a la red también aumentan las probabilidades de colisión.<br />- Un concentrador funciona a la velocidad del dispositivo más lento de la red. <br />- El concentrador no tiene capacidad de almacenar nada, por lo tanto, en caso de falla es posible que se pierda el mensaje.<br />- Añade retardos derivados de la transmisión del paquete a todos los equipos de la red (incluyendo los que no son destinatarios del mismo).<br />ROUTER<br />Descripción: <br />Un enrutador es un dispositivo de red que puede ser tanto Hardware como Software. Nos sirve para la interconexión de redes y opera en la capa 3 del modelo OSI. Mediante estos podemos encaminar un paquete mediante el camino más corto a su destino, o guiar a un paquete a su destino. Un router es capaz de asignar diferentes preferencias a los mensajes que fluyen por la red y buscar soluciones alternativas cuando un camino está muy cargado.<br />En los routers de tipo hardware se utilizan protocolos de enrutamiento los cuales ayudan que los enrutadores se comuniquen entre si y de esta manera determinar la ruta que el paquete debe tomar, de ahí viene su nombre de enrutador, ya que su principal misión es determinar o dar la ruta a seguir a los paquetes que estén circulando por una red.<br />Este enrutamiento lo hace gestionando las rutas mediante nodos, lo cual puede ser de forma dinámica según el protocolo usado (RIP v1 y v2, OSPF v1, v2 y v3, IGRP, EIGRP y BGP v4) y de esta forma obtener resultados en muchos casos óptimos y en algunos no tan óptimos, también pueden ser de forma estática en el cual se les da el camino por defecto a seguir lo cual hará que solo indiquen al paquete que ruta tomar, lo cual en caso de falla de un nodo podría causar que los paquetes no lleguen a su destino o tal vez tomen un camino muy largo. Los enrutadores actualmente y de manera muy común se utilizan como puertas de acceso a internet (enrutadores ADSL) donde se estaría uniendo a 2 redes: una de área local y el internet (la red de redes); pero el problema de estos routers es que son más pequeños y no tienen reglas ni normativas de seguridad.<br />Estos routers antiguamente eran únicamente microcontroladores y transistores<br />programados, actualmente los enrutadores cuentan con memorias flash internas las cuales llevan un firmware y un sistema muy pequeño lo cual hace que puedan ser administrables, aportando normas y reglas de seguridad, además de poder llevar un mejor manejo y control de los paquetes. <br />Tipos:<br />En función del área:<br />- Locales: Sirven para interconectar dos redes por conexión directa de los medios físicos de ambas al router.<br />- De área extensa: Enlazan redes distantes.<br />En función de la forma de actualizar las tablas de encaminamiento (routing):<br />- Estáticos: Requiere que un administrador defina y configure manualmente las tablas de ruteo.<br />- Dinámicos: Descubre las rutas y actualiza las tablas de manera automática y requieren configuración mínima.<br />En función de los protocolos que soportan:<br />- IPX<br />- TCP/IP<br />- DECnet<br />- AppleTalk<br />- XNS<br />- OSI<br />- X.25<br />En función del protocolo de encaminamiento que utilicen:<br />- Routing Information Protocol (RIP): Permite comunicar diferentes sistemas de la misma red lógica. Tienen tablas de encaminamiento dinámicas. Las tablas contienen por dónde ir hacia los diferentes destinos y el número de saltos que se tienen que realizar. Esta técnica permite 14 saltos como máximo.<br />- Exterior Gateway Protocol (EGP): Permite conectar dos sistemas autónomos que intercambien mensajes de actualización. Se sondea entre los diferentes routers para encontrar el destino. Sólo se utiliza para establecer un camino origen-destino.<br />- Open Shortest Path First Routing (OSPF): Está diseñado para minimizar el<br />tráfico de encaminamiento, permitiendo una total autentificación de los mensajes que se envían.<br />- IS-IS: Encaminamiento OSI según las normativas: ISO 9575, ISO 9542 e ISO<br />10589.<br />Otras variantes de los routers son:<br />- Router Multiprotocolo<br />- Brouter (bridging router)<br />- Trouter<br />-Marcas:<br />Las principales marcas en desarrollo de routers son: Cisco/Linksys, NetGear, D-link, Juniper Networks, 3com, Alcatel/Thompson, Belkin, Conceptronic, SMC, US Robotics, Xavi/Amper, Zyxel.<br />¿Dónde se Usa?<br /> Los routers pueden encontrarse dentro de las empresas (como empresas de internet y proveedores ISP), otros enrutadores de uso más liviano como conectar a una red a un servicio de banda ancha como ADSL o brindar conectividad a una empresa a través de una VPN segura. Pueden encontrarse también en las casas u oficinas.<br />Los enrutadores residenciales usan traducción de dirección de red en lugar de<br />enrutamiento. En lugar de conectar ordenadores locales a la red directamente, un enrutador residencial debe hacer que los ordenadores locales parezcan ser un solo equipo.<br />Enrutadores de acceso, se encuentran en sitios de clientes como de sucursales que no necesitan de enrutamiento jerárquico de los propios. Normalmente, son optimizados para un bajo coste. Los enrutadores de distribución agregan tráfico desde enrutadores de acceso múltiple, ya sea en el mismo lugar, o de la obtención de los flujos de datos procedentes de múltiples sitios a la ubicación de una importante empresa.<br /> Los enrutadores de distribución son a menudo responsables de la aplicación de la calidad del servicio a través de una WAN, por lo que deben tener una memoria considerable, múltiples interfaces WAN, y transformación sustancial de inteligencia. En las empresas, el core router puede proporcionar una \"
columna vertebral\"
interconectando la distribución de los niveles de los enrutadores de múltiples edificios de un campus, o a las grandes empresas locales. Tienden a ser optimizados para ancho de banda alto.<br />Ventajas:<br />- Seguridad. Permiten el aislamiento de tráfico, y los mecanismos de encaminamiento facilitan el proceso de localización de fallos en la red.<br />- Flexibilidad. Las redes interconectadas con router no están limitadas en su topología, siendo estas redes de mayor extensión y más complejas que las redes enlazadas con bridge.<br />- Soporte de Protocolos. Son dependientes de los protocolos utilizados, aprovechando de una forma eficiente la información de cabecera de los paquetes de red.<br />- Relación Precio / Eficiencia. El coste es superior al de otros dispositivos, en términos de precio de compra, pero no en términos de explotación y mantenimiento para redes de una complejidad mayor.<br />- Control de Flujo y Encaminamiento. Utilizan algoritmos de encaminamiento adaptativos (RIP, OSPF, etc), que gestionan la congestión del tráfico con un control de flujo que redirige hacia rutas alternativas menos congestionadas. <br />Desventajas:<br />- Lentitud de proceso de paquetes respecto a los bridges.<br />- Necesidad de gestionar el sub direccionamiento en el Nivel de Enlace.<br />- Precio superior a los bridges.<br />SWITCH.<br />Descripción: <br />Un conmutador/switch es un dispositivo de propósito especial diseñado para resolver problemas de rendimiento de la red, problemas de congestión y embotellamientos. Opera generalmente en la capa 2 del modelo OSI (también existen de capa 3 y últimamente multicapas).<br />Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes (bridges), pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino de las tramas en la red.<br />Los conmutadores poseen la capacidad de aprender y almacenar las direcciones de red de nivel 2 (direcciones MAC) de los dispositivos alcanzables a través de cada uno de sus puertos. Por ejemplo, un equipo conectado directamente a un puerto de un conmutador provoca que el conmutador almacene su dirección MAC. Esto permite que, a diferencia de los concentradores o hubs, la información dirigida a un dispositivo vaya desde el puerto origen al puerto de destino.<br />Tipos:<br />Método de direccionamiento de las tramas utilizadas:<br />-Store-and-Forward: Guardan cada trama en un buffer antes del intercambio de información hacia el puerto de salida. Mientras la trama está en el buffer, el conmutador calcula el CRC* y mide el tamaño de la misma. Si el CRC falla, o el tamaño es muy pequeño o muy grande la trama es descartada. Si todo se encuentra en orden es encaminada hacia el puerto de salida.<br />Este método asegura operaciones sin error y aumenta la confianza de la red. Pero el tiempo utilizado añade demora al procesamiento.<br />-Cut-Through: Fueron diseñados para reducir esta latencia. Esos minimizan el delay leyendo sólo los 6 primeros bytes de datos de la trama, que contiene la dirección de destino MAC, e inmediatamente la encaminan. El problema es que no detecta tramas corruptas causadas por colisiones, ni errores de CRC.<br />Existe un segundo tipo de conmutador cut-through, denominado fragment free, fue proyectado para eliminar este problema. Lee los primeros 64 bytes de cada trama, asegurando que tenga el tamaño mínimo, y evitando el encaminamiento de colisiones por la red.<br />-Adaptative Cut-Through: Estos soportan tanto store-and-forward como cut-through. Cualquiera de los modos puede ser activado por el administrador de la red, o el mismo conmutador, basado en el número de tramas con error que pasan por los puertos. <br />Forma de segmentación de las sub-redes:<br />-Switches de Capa 2: Son los tradicionales, que funcionan como puentes multi-puertos. Su principal finalidad es dividir una LAN en múltiples dominios de colisión. Basan su decisión de envío en la dirección MAC destino que contiene <br />cada trama. Los switches de nivel 2 posibilitan múltiples transmisiones simultáneas sin interferir en otras sub-redes.<br />-Switches de Capa 3: Además de las funciones tradicionales de la capa 2, incorporanalgunas funciones de enrutamiento, soportan también la definición de redes virtuales VLAN's sin utilizar un router externo.<br />Dentro de los Conmutadores Capa 3 tenemos:<br />Paquete-por-Paquete (Packet by Packet) : Es un caso especial de conmutador Store-and- Forward ya que actúa como este.<br />Layer-3 Cut-through: Examina los primeros campos, determina la dirección de destino (a través de la información de las cabeceras de capa 2 y 3) y, a partir de ese instante, establece una conexión punto a punto (a nivel 2) para conseguir una alta tasa de transferencia de paquetes.<br />Además puede funcionar en el modo \"
Store-and-Forward\"
o \"
Cut-Through\"
<br />Switches de Capa 4: Básicamente, incorporan a las funcionalidades de un switch de capa 3 la habilidad de implementar la políticas y filtros a partir de informaciones de capa 4 o superiores, como puertos TCP/UDP, SNMP, FTP, etc.<br />Marcas:<br />Cada fabricante tiene su diseño propio para posibilitar la identificación correcta<br />de los flujos de datos. Entre las marcas más conocidas están: Ipsilon, Cabletron, 3Com, DLink, Cisco,Encore, Netgear, Linksys.<br />¿Donde se Usa? <br />Los conmutadores se utilizan cuando se desea conectar múltiples redes, fusionándolas en una sola. Al igual que los puentes, dado que funcionan como<br />un filtro en la red, mejoran el rendimiento y la seguridad de las LANs (Local Area Network- Red de Área Local).<br />Los conmutadores cut-through son más utilizados en pequeños grupos de trabajo y pequeños departamentos. Los conmutadores store-and-forward son utilizados en redes corporativas, donde es necesario un control de errores.<br />Los conmutadores de capa 3 son particularmente recomendados para la segmentación de redes LAN muy grandes, donde la simple utilización de switches de capa 2 provocaría una pérdida de rendimiento y eficiencia de la LAN.<br />Ventajas:<br />- Agregar mayor ancho de banda.<br />- Acelerar la salida de tramas.<br />- Reducir tiempo de espera.<br />- El conmutador es siempre local.<br />Desventajas:<br />- No consiguen, filtrar difusiones o broadcasts, multicasts ni tramas cuyo destino aún no haya sido incluido en la tabla de direccionamiento.<br />- Para una conexión a internet si el ISP solo nos brinda 1 IP pública, solo una<br />maquina tendría internet.<br />- Muchos conmutadores existentes en el mercado no son configurables<br />CONCLUSIONES<br />Podemos destacar que el factor mas importante que incide en cada una de las topologías de red asociadas es su diseño físico ya que dependiendo de este se clasifica en alguno de los tipos de red conocidos.<br />Se tiene en cuenta que la elección del diseño de una red además depende de las necesidades que va a cubrir, del flujo de datos y los usuarios participantes en esta.<br />Vemos que existen redes de computadores que dependiendo de su topología hacen uso de uno o varios dispositivos de interconexión y que estos inciden en el funcionamiento característico de cada una.<br />La utilización del hub, switch y router depende de las necesidades de la red y cada dispositivo cumple con uan función especifica para cada topología de red.<br />BIBLIOGRAFÍA<br />http://www.slideshare.net/guest7bb5a1/redes-topologia-de-red<br />http://www.youtube.com/watch?v=yt5IX9oFL_k<br />http://www.pcdoctor.com.mx/Radio%20Formula/temas/Redes.htm<br />http://es.kioskea.net/faq/656-redes-concentrador-hub-conmutador-switch-y-router<br />http://es.scribd.com/doc/16176757/Dispositivos-de-interconexion-de-redes-Switch-Hub-Router<br />