Topologías para Redes

La topología o forma lógica de una red se define como la forma de tender el cable a estaciones de trabajo individuales; por muros, suelos y techos del edificio. Existe un número de factores a considerar para determinar cual topología es la más apropiada para una situación dada.

La topología en una red es la configuración adoptada por las estaciones de trabajo para conectarse entre si.

Topologías más Comunes

Bus: Esta topología permite que todas las estaciones reciban la información que se transmite, una estación transmite y todas las restantes escuchan. Consiste en un cable con un terminador en cada extremo del que se cuelgan todos los elementos de una red. Todos los nodos de la red están unidos a este cable: el cual recibe el nombre de "Backbone Cable". Tanto Ethernet como Local Talk pueden utilizar esta topología.

El bus es pasivo, no se produce regeneración de las señales en cada nodo. Los nodos en una red de "bus" transmiten la información y esperan que ésta no vaya a chocar con otra información transmitida por otro de los nodos. Si esto ocurre, cada nodo espera una pequeña cantidad de tiempo al azar, después intenta retransmitir la información.

Anillo: Las estaciones están unidas unas con otras formando un círculo por medio de un cable común. El último nodo de la cadena se conecta al primero cerrando el anillo. Las señales circulan en un solo sentido alrededor del círculo, regenerándose en cada nodo. Con esta metodología, cada nodo examina la información que es enviada a través del anillo. Si la información no está dirigida al nodo que la examina, la pasa al siguiente en el anillo. La desventaja del anillo es que si se rompe una conexión, se cae la red completa.

Estrella: Los datos en estas redes fluyen del emisor hasta el concentrador, este realiza todas las funciones de la red, además actúa como amplificador de los datos.

La red se une en un único punto, normalmente con un panel de control centralizado, como un concentrador de cableado. Los bloques de información son dirigidos a través del panel de control central hacia sus destinos. Este esquema tiene una ventaja al tener un panel de control que monitorea el tráfico y evita las colisiones y una conexión interrumpida no afecta al resto de la red.

Híbridas: El bus lineal, la estrella y el anillo se combinan algunas veces para formar combinaciones de redes híbridas.

Anillo en Estrella: Esta topología se utiliza con el fin de facilitar la administración de la red. Físicamente, la red es una estrella centralizada en un concentrador, mientras que a nivel lógico, la red es un anillo.

"Bus" en Estrella: El fin es igual a la topología anterior. En este caso la red es un "bus" que se cablea físicamente como una estrella por medio de concentradores.

Estrella Jerárquica: Esta estructura de cableado se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada par formar una red jerárquica.

Árbol: Esta estructura se utiliza en aplicaciones de televisión por cable, sobre la cual podrían basarse las futuras estructuras de redes que alcancen los hogares. También se ha utilizado en aplicaciones de redes locales analógicas de banda ancha.

Trama: Esta estructura de red es típica de las WAN, pero también se puede utilizar en algunas aplicaciones de redes locales (LAN). Las estaciones de trabajo están conectadas cada una con todas las demás.

Tipos de Redes

REDES DE ÁREA LOCAL: las redes de área local (local area networks ) llevan mensajes a velocidades relativamente grande entre computadores conectados a un único medio de comunicaciones : un cable de par trenzado. Un cable coaxial o una fibra óptica. Un segmento es una sección de cable que da servicio y que puede tener varios computadores conectados, el ancho de banda del mismo se reparte entre dichas computadores. Las redes de área local mayores están compuestas por varios segmentos interconectados por conmutadores(switches) o concentradores(hubs. El ancho de banda total del sistema es grande y la latencia pequeña, salvo cuando el tráfico es muy alto.

En los años 70s se han desarrollado varias tecnologías de redes de área local, destacándose Ethernet como tecnología dominante para las redes de área amplia; estando esta carente de garantías necesarias sobre latencia y ancho de banda necesario para la aplicación multimedia. Como consecuencia de esta surge ATM para cubrir estas falencias impidiendo su costo su implementación en redes de área local. Entonces en su lugar se implementan las redes Ethernet de alta velocidad que resuelven estas limitaciones no superando la eficiencia de ATM.

REDES DE ÁREA EXTENSA: estas pueden llevar mensajes entre nodos que están a menudo en diferentes organizaciones y quizás separadas por grandes distancias, pero a una velocidad menor que las redes LAN. El medio de comunicación esta compuesto por un conjunto de círculos de enlazadas mediante computadores dedicados, llamados rotures o encaminadores. Esto gestiona la red de comunicaciones y encaminan mensajes o paquetes hacia su destino. En la mayoría de las redes se produce un retardo en cada punto de la ruta a causa de las operaciones de encaminamiento, por lo que la latencia total de la transmisión de un mensaje depende de la ruta seguida y de la carga de trafico en los distintos segmentos que atraviese. La velocidad de las señales electrónicas en la mayoría de los medios es cercana a la velocidad de la luz, y esto impone un límite inferior a la latencia de las transmisiones para las transmisiones de larga distancia.

REDES DE ÁREA METROPOLITANA: las redes de área metropolitana (metropolitan area networks)se basan en el gran ancho de banda de las cableadas de cobre y fibra óptica recientemente instalados para la transmisión de videos, voz, y otro tipo de datos. Varias han sido las tecnologías utilizadas para implementar el encaminamiento en las redes LAN, desde Ethernet hasta ATM. IEEE ha publicado la especificación 802.6[IEEE 1994], diseñado expresamente para satisfacer las necesidades de las redes WAN. Las conexiones de línea de suscripción digital ,DLS( digital subscribe line) y los MODEM de cable son un ejemplo de esto. DSL utiliza generalmente conmutadores digitales sobre par trenzado a velocidades entre 0.25 y 6.0 Mbps; la utilización de este par trenzado para las conexiones limita la distancia al conmutador a 1.5 kilómetros . una conexión de MODEM por cable utiliza una señalización análoga sobre el cable coaxil de televisión para conseguir velocidades de 1.5 Mbps con un alcance superior que DSL.

REDES INALÁMBRICAS: la conexión de los dispositivos portátiles y de mano necesitan redes de comunicaciones inalámbricas(wireless networks). Algunos de ellos son la IEEE802.11(wave lan) son verdaderas redes LAN inalámbricas (wireless local área networks;WLAN) diseñados para ser utilizados en vez de los LAN . También se encuentran las redes de area personal inalámbricas, incluida la red europea mediante el Sistema Global para Comunicaciones Moviles, GSM( global system for mobile communication). En los Estados Unidos , la mayoría de los teléfonos móviles están actualmente basados en la análoga red de radio celular AMPS, sobre la cual se encuentra la red digital de comunicaciones de Paquetes de Datos Digitales Celular, CDPD( Cellular Digital Packet Data).

Dado el restringido ancho de banda disponible y las otras limitaciones de los conjuntos de protocolos llamados Protocolos de Aplicación Inalámbrica WAP(Wireless Aplication Protocol)


INTERREDES: una Interred es un sistema de comunicación compuesto por varias redes que se han enlazado juntas para proporcionar unas posibilidades de comunicación ocultando las tecnologías y los protocolos y métodos de interconexión de las redes individuales que la componen.

Estas son necesarias para el desarrollo de sistemas distribuidos abiertos extensibles. En ellas se puede integrar una gran variedad de tecnología de redes de área local y amplia, para proporcionar la capacidad de trabajo en red necesaria para cada grupo de usuario. Así, las intercedes aportan gran parte de los beneficios de los sistemas abiertos a las comunicaciones de los sistemas distribuidos.

Las intercedes se construyen a partir de varias redes. Estas están interconectadas por computadoras dedicadas llamadas routers y computadores de propósito general llamadas gateways, y por un subsistema integrado de comunicaciones producidos por una capa de software que soporta el direccionamiento y la transmisión de datos a los computadores a través de la interred. Los resultados pueden contemplarse como una red virtual construida a partir de solapar una capa de interred sobre un medio de comunicación que consiste en varias redes, routers y gateways subyacentes.


COMPORACION DE REDES: en las redes inalámbricas los paquetes se pierden con frecuencia debido a las interferencias externas, en cambio, en el resto de los tipos de redes la fiabilidad de los mecanismos de transmisión es muy alta. En todos los tipos de redes las perdidas de paquetes son como consecuencia de los retardos de procesamiento o por los desbordamientos en los destinos.

Los paquetes pueden entregarse en diferente orden al que fueron transmitidos. También se pueden entregar copias duplicadas de paquetes, tanto la retransmisión del paquete como el original llegan a su destino.

Todos los fallos descriptos son ocultados por TCP y por otros protocolos llamados protocolos fiables, que hacen posible que las aplicaciones supongan que todo lo que es transmitido será recibido por destinatario. Existen, sin embargo, buenas razones para utilizar protocolos menos fiables como UDP en algunos casos de sistemas distribuidos, y en aquellas circunstancias en las que los programas de aplicación puedan tolerar los fallos.

El Origen de las Redes

El origen del protocolo TCP/IP, se debe a un proyecto de investigación, financiado por la DARPA, (Defense Advanced Research Projects Agency, o Agencia de Proyectos Avanzados de Investigación en Defensa), en 1969. La ARPANET, fue una red experimental que se convirtió en funcional a mediados de 1975, tras haber sido admitida su funcionalidad.

En 1983, el nuevo conjunto de protocolos TCP/IP, fue adoptado como estándar y todas las máquinas de la red tuvieron la necesidad de él. Cuando, finalmente, ARPANET creció y se convirtió en Internet, (integrándose luego ella misma a Internet, en 1990), el uso de TCP/IP se propagó incluso a redes ajenas a ella. Ahora, muchas compañías empresariales construyen redes TCP/IP, e Internet ha crecido hasta tal punto, que se la puede considerar como la corriente principal de consumo tecnológico. Actualmente, es difícil leer un periódico sin ver referencias sobre Internet; casi todo el mundo ya puede usarla.

Para apreciar algo palpable sobre lo que hemos discutido anteriormente, supongamos como ejemplo, la Universidad Groucho Marx, (GMU), la cual se encuentra en algún lugar de Federilandia. La mayoría de las divisiones de la universidad tienen su propia red local, mientras que algunas comparten una sola y otras poseen muchas de ellas. Todas se encuentran interconectadas, y están enlazadas a Internet por un simple enlace de alta velocidad.

Supóngase que se tiene una máquina GNU/Linux conectada a una LAN de servidores Unix en la división de Matemáticas, y su nombre es erdos. Para acceder a un servidor que se encuentra en la división de Física, cuyo nombre es, por ejemplo quark, se deberá introducir la siguiente orden: $ rlogin quark.physics
Welcome to the Physics Department at GMU
(ttyq2) login:



Ante este indicador se podrá introducir un nombre de usuario, por ejemplo sebastian, y una contraseña. Luego, si todo es correcto, nos encontraremos frente a un intérprete de órdenes (shell)[1] de quark, en la cual, se podrá escribir como si se estuviera sentado frente a la misma consola del sistema. Tras salir del intérprete, se nos presentará nuevamente el antiguo indicador de órdenes de nuestra máquina. Se ha usado aquí, tan sólo una de las muchas aplicaciones instantáneas e interactivas que TCP/IP proporciona: remote login (registro remoto).

Mientras se trabaja en quark, puede que se desee ejecutar una aplicación de interfaz gráfica, como por ejemplo un procesador de textos, un programa de diseño gráfico, o hasta un navegador de Internet. El sistema de ventanas X es un entorno gráfico para el usuario, totalmente funcional bajo redes y está disponible para muchos tipos de sistemas informáticos. Para hacerle saber a la aplicación que se desea tener interfaz gráfica en la pantalla de nuestro nodo, se necesitará determinar la variable de entorno DISPLAY: $ DISPLAY=erdos.maths:0.0
$ export DISPLAY



Si ahora se ejecuta la aplicación gráfica, ésta se comunicará con el servidor X de nuestro nodo en lugar de hacerlo con el de quark, y como consecuencia las ventanas aparecerán en nuestra la pantalla y no en la de nuestro servidor. Por supuesto, esto requiere que se esté ejecutando X11 en erdos. Lo más importante aquí es que TCP/IP permite el envío y reenvío de paquetes X11 entre quark y erdos, haciendo que el usuario tenga la ilusión de que trabaja en una única máquina. Trabajando de este modo, la red será bastante transparente.

Otra aplicación muy importante en una red TCP/IP es NFS, que significa Network File System (Sistema de Ficheros de Redes). Es otra forma de hacer de la red un sistema transparente, ya que, básicamente, permite al usuario trabajar con los ficheros y directorios de otros nodos como si fueran locales. Por ejemplo, todos los directorios \home de cada usuario pueden alojarse en un servidor central. Desde éste, los demás nodos de la LAN pueden montarlos cuando sea necesario. El resultado es que los usuarios pueden registrarse en el sistema y encontrarse siempre en el mismo directorio \home. De modo similar, es posible compartir grandes cantidades de datos, (como una base de datos, documentación o programas ejecutables), entre muchos nodos, almacenando físicamente una sola copia de dichos datos en un servidor, y permitiendo a los nodos en cuestión acceso a él. Se volverá a hablar de NFS en Capítulo 14.

Por supuesto, estos son sólo ejemplos de lo que se puede hacer en redes TCP/IP. Las posibilidades son casi infinitas, y el lector irá conociéndolas a medida que avance en el libro.

En las siguientes secciones, se estudiará más detenidamente, de qué manera funciona una red TCP/IP. Esta información ayudará a entender cómo y por qué se debe configurar una máquina. Se empezará examinando el hardware, y desde allí con las demás cuestiones.

Iniciando con "Redes de Computadoras"

El concepto de trabajo en redes es probablemente tan antiguo como lo es el de las telecomunicaciones. Imagínese por un momento, gente viviendo en la Edad de Piedra, en donde los individuos usen tambores para transmitirse mensajes. Supóngase que un hombre de las cavernas A quiere invitar a otro hombre B a una partida de choques de piedra. Lamentablemente viven tan distantes, que a B le sería imposible escuchar el tambor de A cuando éste lo llame. ¿Qué puede hacer A para remediar esto? Él podría 1) ir caminando al sitio de B, 2) conseguir un tambor más grande, o 3) pedirle a C, quien vive a mitad de camino que reenvíe el mensaje. La tercera elección es denominada Trabajo en Redes.

Por supuesto, la humanidad ha avanzado un poco desde la la Edad de Piedra; ya no se usan aquellos primitivos artefactos ni tenemos los mismos inconvenientes que nuestros antepasados. En la actualidad, contamos con computadoras que hablan con otras sobre una colección de cables, fibra óptica, microondas, etc. tan grande como para llenar el estadio en el partido de fútbol de los sábados[1] A continuación, se hará referencia a los conceptos y métodos que son utilizados para llevar a cabo todo esto. Sin embargo, dejaremos de lado tanto el tema de los cables, como la parte del fútbol.

En esta guía se describirán tres tipos de redes. Sin embargo, se discutirá más profundamente TCP/IP puesto que es el protocolo más usado, ya sea en Redes Locales (Local Area Networks, LANs), o en Redes de Área Amplia (Wide Area Networks, WANs), como por ejemplo, Internet. También se echará un vistazo a UUCP e IPX. UUCP fue antiguamente el medio general para transportar las noticias y los mensajes de correo, mediante una conexión telefónica. Es menos usado en estos días, pero sigue siendo útil en muchas situaciones. El protocolo IPX es usado más frecuentemente en los entornos Novell NetWare, y se detallará cómo usarlo para conectar una máquina GNU/Linux a una red Novell. Cada uno de estos protocolos de red son usados para transportar datos entre computadoras. Se discutirá aquí cómo son usados y se hará una introducción a sus principios fundamentales.

Se define una red, como una colección de nodos (del inglés hosts), capaces de comunicarse entre sí, a veces confiando en los servicios de un número determinado de máquinas que se encargan de transmitir datos entre quienes que lo demanden. Los nodos son casi siempre computadoras, pero no necesariamente; se puede pensar, sin equivocación, en terminales X o impresoras inteligentes como nodos. Por otro lado, a las pequeñas aglomeraciones de éstos, se las denomina sitios, (sites).

La comunicación, sería imposible sin algún tipo de lenguaje o código. En la jerga de las redes de computadoras, estos lenguajes se denominan conjuntamente como protocolos. No obstante, no se debería pensar aquí en lenguajes ya escritos y definidos, sino más bien en el código de comportamiento altamente formalizado, que se observa en una población cuando se reúnen jefes de estado, por citar un ejemplo. Así, los protocolos usados en las redes de computadoras no son más que reglas muy estrictas de intercambio de mensajes entre dos o más servidores.