Las topologías de red se refieren a la forma en la que se organizan los elementos que conforman una red de comunicaciones y la forma física que tienen los equipos y el cableado de red. En otras palabras, es la estructura y configuración de una red. Las topologías de red se dividen en dos niveles: física y lógica.
La topología de red física se refiere a cómo se conectan los dispositivos físicos con cables y antenas. Existen diferentes tipos de topologías físicas, como la topología de bus, en la que todos los dispositivos se conectan directamente a un canal y los datos fluyen a lo largo del cable a medida que viajan a su destino. Sin embargo, esta topología puede presentar problemas de congestión, colisión y bloqueo.
Por otro lado, la topología de red lógica se refiere a cómo fluyen los datos y cómo se interconectan las subredes. Algunos ejemplos de topologías lógicas son la topología de anillo, en la que los nodos se configuran en un patrón circular y los mensajes se pasan de un dispositivo al siguiente hasta llegar al destinatario, y la topología de estrella, en la que los dispositivos se conectan a un punto central que actúa como servidor. Sin embargo, esta última puede sufrir problemas si el nodo central tiene algún error.
Tipos de Topologías de Red
Las redes informáticas pueden tener diferentes configuraciones de conexión entre sus nodos, lo que determina su topología de red. A continuación, se mencionan los principales tipos de topologías de red:
Topología de Anillo:
En esta topología, las estaciones de trabajo o computadoras se conectan entre sí formando un anillo. La información viaja en un solo sentido, por lo que si un nodo deja de funcionar, se cae la red o deja de abastecer información a las demás computadoras dentro del anillo.
Topología de Árbol:
En esta topología, las conexiones entre los nodos están dispuestas en forma de árbol, con una punta y una base. Si un nodo falla, no se presentan problemas entre los nodos subsiguientes. Cuenta con un cable principal llamado Backbone, que lleva la comunicación a todos los nodos de la red.
Topología de Bus:
En esta topología, se basa en un cable central que lleva la información a todas las computadoras de la red en forma de ramificaciones. Si se interrumpe el cable central, la red queda inutilizada. Esta topología es poco utilizada en la actualidad.
Topología de Estrella:
En esta topología, la distribución de la información va desde un punto central o Host hacia todos los destinos o nodos de la red. Si un nodo falla, la red continuará trabajando sin inconvenientes, dependiendo del funcionamiento del Host.
Topología de Malla:
En esta topología, es un arreglo de interconexión de nodos entre sí, realizando la figura de una malla o trama. La información puede viajar en diferentes caminos, por lo que si llegara a fallar un nodo, se puede seguir intercambiando información sin inconvenientes entre los nodos.
Topología Híbrida:
En esta topología, es una combinación de dos o más topologías de red diferentes para adaptar la red a las necesidades del cliente. Permite obtener infinitas variedades de topologías que deben ajustarse a la estructura física del lugar y los equipos conectados en la red.
La topología de red en estrella
Es aquella en la que los equipos terminales están conectados directamente a un equipo servidor u ordenador central y todas las comunicaciones se han de hacer necesariamente a través de él. En esta estructura, cada uno de los nodos está conectado mediante un enlace directo a un centro de comunicaciones, concentrador “hub” o nodo central, sin existir enlaces directos entre ellos. Este tipo de topología es la más común y proporciona la mayor flexibilidad a la hora de realizar modificaciones y ampliaciones.
La principal ventaja de la topología de red en estrella es su facilidad de administración. Al tener un nodo central, todas las comunicaciones pasan a través de él, lo que facilita el control y monitoreo de la red. Además, esta topología brinda agilidad y facilidad en la modificación y ampliación de la red, ya que solo es necesario agregar o quitar dispositivos del nodo central. El mantenimiento también es sencillo, ya que cada nodo se conecta de forma independiente al hub.
No obstante, esta topología también tiene sus desventajas. Si el nodo central presenta una avería, toda la red queda fuera de servicio. Además, se requiere una línea para cada nodo, lo que puede resultar costoso. El concentrador central también puede convertirse en un cuello de botella, ya que es el encargado de sostener la red tanto en rendimiento como en la circulación de información.
Topología de red en bus: una explicación completa y sus características
La topología de red en bus es aquella que se caracteriza por tener un único bus de comunicaciones al cual se conectan los diferentes dispositivos. En esta topología, todos los dispositivos comparten el mismo canal. Los extremos del bus se terminan con una resistencia de acople llamada terminador, que indica que no hay más ordenadores en el extremo y permite cerrar el bus por medio de un acople de impedancias.
En una topología de red en bus, todas las estaciones están conectadas por un único segmento de cable. A diferencia de una red en anillo, el bus es pasivo, no se produce generación de señales en cada nodo o router. La información que se envía de una computadora a otra viaja directamente o indirectamente, si existe un controlador que enruta los datos al destino correcto. La información viaja por el cable en ambos sentidos a una velocidad aproximada de 10/100 Mbps y tiene en sus dos extremos una resistencia (terminador). Se pueden conectar una gran cantidad de computadoras al bus, si un computador falla, la comunicación se mantiene, no sucede lo mismo si el bus es el que falla. El tipo de cableado que se usa puede ser coaxial, par trenzado o fibra óptica. En una topología de bus, cada computadora está conectada a un segmento común de cable de red.
Ventajas de la topología de red en bus:
- Facilidad de implementación y crecimiento.
- Fácil adaptación.
- Simplicidad en la arquitectura.
- No ocupa mucho espacio.
Desventajas de la topología de red en bus:
- Hay un límite de equipos dependiendo de la calidad de la señal.
- Puede producirse degradación de la señal.
- Complejidad de reconfiguración y aislamiento de fallos.
- Limitación de las longitudes físicas del canal.
- Un problema en el canal usualmente degrada toda la red.
- El canal requiere ser correctamente cerrado (caminos cerrados).
- Altas pérdidas en la transmisión debido a colisiones entre mensajes.
- Alta demanda.
- Ocupa mucho espacio.
- Hay mejores opciones de red.
Topología de Red en Anillo: Explicación y Características
La topología de red en anillo es una configuración en la que cada nodo se conecta exactamente a otros dos nodos, formando una única ruta continua para las señales a través de cada nodo. En esta topología, los datos viajan de un nodo a otro y cada nodo maneja cada paquete. Los anillos pueden ser unidireccionales, con todo el tráfico en sentido horario o antihorario alrededor del anillo, o bidireccionales. Sin embargo, es crucial tener en cuenta que una falla de nodo o una rotura de cable podrían aislar cada nodo conectado al anillo. Para mitigar este riesgo, algunas redes de anillo agregan un “anillo de contra-rotación” (C-Ring) para formar una topología redundante.
Existen diversas ventajas en la utilización de la topología de red en anillo. En primer lugar, es una red muy ordenada donde cada dispositivo tiene acceso al token y la oportunidad de transmitir información. Además, se desempeña mejor que una topología de bus bajo una gran carga de red. Otra ventaja importante es que no requiere un nodo central para administrar la conectividad entre las computadoras, lo que facilita su instalación y reconfiguración. Agregar o quitar un dispositivo solo requiere mover dos conexiones. Esta topología también facilita la identificación y el aislamiento de fallas, y la reconfiguración de las fallas de línea de los anillos bidireccionales puede ser muy rápida.
Sin embargo, también es clave considerar las desventajas de la topología de red en anillo. Una estación de trabajo defectuosa puede crear problemas para toda la red, pero esto se puede resolver utilizando un anillo doble o un switch que cierre la interrupción. Además, mover, agregar y cambiar los dispositivos puede afectar la red. El retraso en la comunicación es directamente proporcional al número de nodos en la caja de cambios, y el ancho de banda se comparte en todos los enlaces entre dispositivos. Por último, es más difícil de configurar que una topología en estrella.
En cuanto a los protocolos de acceso, los anillos se pueden usar para transportar circuitos o paquetes o una combinación de ambos. Los anillos SDH llevan circuitos, mientras que los paquetes generalmente se transportan a través de un Protocolo de control de acceso al medio (MAC). Hay tres clases principales de protocolos de acceso a medios para redes de anillo: de ranura, de token y de inserción de registro. Un ejemplo preeminente del anillo de ranura es el Cambridge Ring.
Topología de red en malla: Explicación y características
La topología de red en malla es una configuración en la que los dispositivos o nodos están interconectados entre sí, creando una red robusta y resistente frente a posibles fallos. En esta configuración, cada nodo está conectado directamente con otros nodos, formando una verdadera red enredada. Esta característica permite que la información viaje a través de múltiples rutas, lo que aumenta la estabilidad y confiabilidad de la red.
Existen dos tipos principales de topología de red en malla: la completa y la parcial. En una red de malla completa, cada nodo está conectado directamente con todos los demás nodos de la red. Esto permite una comunicación directa y rápida entre los dispositivos. Por otro lado, en una red de malla parcial, solo algunos nodos se conectan directamente entre sí, creando una red más escalable y flexible.
Las redes de malla pueden ser alámbricas o inalámbricas, y se utilizan en una amplia variedad de casos de uso. Algunos ejemplos incluyen la monitorización del hogar, el control industrial, la monitorización médica, sistemas de seguridad y comunicación de servicios públicos. Las ventajas de una red de malla incluyen una mayor estabilidad, mayor alcance, comunicación directa entre nodos, menor consumo de energía y mayor seguridad. Sin embargo, también presentan algunos inconvenientes como el costo, la escalabilidad, la complejidad, la latencia y el consumo de energía.
La principal diferencia entre una red de malla y el Wi-Fi tradicional radica en la forma en que se estructura la red. Mientras que el Wi-Fi tradicional utiliza un router centralizado como punto de acceso, las redes de malla están descentralizadas y permiten que los dispositivos se conecten directamente entre sí para dirigir los datos entre los clientes. Esto proporciona una mayor flexibilidad y capacidad de expansión en comparación con las redes Wi-Fi tradicionales.
Topología de red en árbol: explicación y características
La topología de red en árbol es una configuración en la que los nodos están organizados en forma de árbol. A diferencia de la topología de red en estrella, no hay un concentrador central, sino un nodo de enlace troncal desde el cual se ramifican los demás nodos. En esta topología, los datos se comparten a través del mismo canal de comunicaciones, lo que permite un flujo de datos rápido.
Algunas características de la topología de red en árbol son:
- Requiere mucho cable: Debido a que cada nodo se conecta directamente al nodo troncal, esta topología requiere una gran cantidad de cable.
- Poco fiable para empresas distribuidas: Si se cae el segmento principal, todo el segmento también cae, lo que puede ser un problema para empresas con múltiples ubicaciones.
- Medida de cada segmento determinada por el tipo de cable: La longitud de cada segmento de la topología de red en árbol está determinada por el tipo de cable utilizado, lo que puede limitar la flexibilidad de la configuración.
- Dificultad de configuración: Configurar una topología de red en árbol puede ser más complicado que otras configuraciones, ya que implica conectar cada nodo directamente al nodo troncal.
- Nodos conectados se desconectan si uno se desconecta: Si se desconecta un nodo, todos los nodos conectados a él también se desconectan, lo que puede afectar la conectividad y la comunicación en la red.
¿Qué es la topología de red híbrida?
La topología de red híbrida es la combinación de varios tipos de redes en una sola red. Esta mezcla de diferentes topologías de red permite aprovechar las ventajas de cada una de ellas y adaptar la red a las necesidades del usuario. Sin embargo, no todas las redes son recomendadas para usarlas de manera combinada, ya que algunos factores entre ellas pueden afectar el funcionamiento de la red híbrida.
- Topología de red en árbol o jerárquica: Esta topología permite organizar la red de manera jerárquica, con un nodo central que conecta a varios nodos secundarios. Es muy utilizada en empresas o instituciones donde se requiere una gestión centralizada y un flujo de información claro.
- Topología de red de malla: En esta topología, todos los nodos están conectados entre sí. Esto proporciona una alta redundancia y garantiza que si un nodo falla, la comunicación puede continuar a través de rutas alternativas. Es ideal para entornos donde la disponibilidad de la red es fundamental.
- Topología de red de estrella: En esta topología, todos los nodos se conectan a un nodo central, como un switch o un concentrador. Este nodo central actúa como punto de control y permite una fácil administración de la red. Es ampliamente utilizada en entornos domésticos o pequeñas empresas.
La topología de red híbrida ofrece ventajas como flexibilidad para ajustarse a cambios y modificaciones, y la posibilidad de adaptar la red a las necesidades del usuario. Sin embargo, también presenta desventajas como un mayor grado de complejidad a la hora de gestionar la red y la necesidad de tener conocimiento sobre las otras topologías a combinar para evitar fallos e inestabilidad de la red. Es crucial tener en cuenta estos aspectos al diseñar y gestionar una red híbrida para garantizar un óptimo funcionamiento y rendimiento.
Ventajas y desventajas de las topologías de red
Las topologías de red son estructuras que definen la forma en que los dispositivos de una red se conectan entre sí. Existen diferentes tipos de topologías, entre las más conocidas se encuentran la topología de bus, estrella, anillo, malla, árbol, doble anillo, mallada y mixta. A continuación, se presentan las ventajas y desventajas de cada una de estas topologías.
1. Topología de bus:
- Ventajas: Fácil de implementar y entender, requiere menos cableado que otras topologías.
- Desventajas: Puede haber congestión en el cable principal si muchos dispositivos transmiten al mismo tiempo. Si el cable principal falla, toda la red queda inoperativa.
2. Topología de estrella:
- Ventajas: Fácil de instalar y mantener, si un dispositivo falla, no afecta a los demás, permite agregar o quitar dispositivos sin afectar la red.
- Desventajas: Dependencia del concentrador central. Si falla, todos los dispositivos quedan desconectados. Requiere más cableado que la topología de bus.
3. Topología de anillo:
- Ventajas: Buena utilización del ancho de banda de la red, no hay congestión en un único punto de fallo.
- Desventajas: Si un dispositivo o cable falla, puede interrumpir la comunicación en toda la red. Dificultad para agregar o quitar dispositivos sin interrumpir la red.
4. Topología de malla:
- Ventajas: Alta tolerancia a fallas, buen rendimiento y escalabilidad.
- Desventajas: Requiere una gran cantidad de cableado y puertos en los dispositivos, mayor costo de implementación y mantenimiento.
Estas son solo algunas de las topologías de red más utilizadas, cada una con sus ventajas y desventajas particulares. A la hora de elegir una topología para una red específica, es vital considerar las necesidades y requerimientos de la misma, así como el presupuesto disponible y la capacidad de mantenimiento. En el siguiente artículo, profundizaremos en cada una de estas topologías y analizaremos casos de uso específicos.
La topología de red más comúnmente utilizada
La topología de red más comúnmente utilizada es la topología en estrella. En esta topología, todos los nodos se conectan a un nodo central, conocido como concentrador o switch. Este nodo central reenvía todas las transmisiones recibidas de cualquier nodo periférico a todos los demás nodos periféricos de la red. Todos los nodos periféricos se pueden comunicar entre sí transmitiendo o recibiendo a través del nodo central. Sin embargo, esta topología tiene la desventaja de que si el nodo central falla, toda la red puede quedar inoperante. Además, la carga de tráfico que soporta el nodo central puede ser grande, lo que hace que esta topología sea menos recomendable para redes de gran tamaño.
Existen diferentes topologías de red utilizadas en la actualidad. Aparte de la topología en estrella, otras topologías comunes incluyen la topología en bus, la topología en anillo y la topología en malla.
- La topología en bus se caracteriza por tener todos los nodos conectados a un cable principal, llamado bus. La información se transmite a través del bus y todos los nodos reciben la misma información. Esta topología es sencilla y económica, pero si el cable principal se rompe, toda la red se verá afectada.
- La topología en anillo se basa en un anillo cerrado de nodos, donde cada nodo está conectado directamente al nodo adyacente. Los datos circulan en una sola dirección a través del anillo, y cada nodo regenera la señal antes de pasarla al siguiente nodo. Si un nodo falla, la comunicación se interrumpe y toda la red puede quedar inoperante.
- La topología en malla es una de las más complejas y costosas. En esta topología, cada nodo está conectado directamente a todos los demás nodos de la red. Esto asegura una gran redundancia y confiabilidad en la comunicación, ya que si un enlace o nodo falla, la comunicación puede ser enrutada por otros caminos. Sin embargo, esta topología requiere una gran cantidad de cables y puertos, lo que la hace menos práctica para redes grandes.
Consideraciones al elegir una topología de red
Al elegir una topología de red para implementar PROFINET, es significativo considerar varios factores. PROFINET es compatible con diferentes topologías, cada una con sus propias ventajas y desventajas.
Una consideración significativo es el costo. La topología en línea es la más económica, ya que la mayoría de los dispositivos PROFINET tienen conmutadores incorporados, lo que reduce la necesidad de cables y conmutadores externos. Sin embargo, si un nodo en la línea falla, todos los nodos dependientes pierden la comunicación. Por otro lado, las topologías de estrella y árbol permiten utilizar conmutadores incorporados o autónomos, lo que brinda una mayor protección en caso de fallos individuales. Sin embargo, estas topologías requieren más cables y conmutadores externos, lo que aumenta el costo de implementación.
Otro factor a considerar es la redundancia de medios. Si la continuidad de la comunicación es crucial, una topología de anillo podría ser la opción adecuada. PROFINET permite implementar un anillo utilizando el Protocolo de Redundancia de Medios (MRP) y la Redundancia de Medios para Duplicación Planificada (MRPD). Con esta configuración, si falla un cable o nodo en el anillo, el funcionamiento continúa sin interrupciones. Sin embargo, se requieren dispositivos compatibles con redundancia MRP y MRPD, así como más cableado y configuración adicional de los nodos redundantes.
Por último, si se requiere una comunicación isócrona en tiempo real (IRT) con componentes PROFINET Clase C, es esencial considerar la interconexión de los nodos IRT en el mismo dominio o sección de red. Otros nodos en tiempo real o Ethernet solo se pueden conectar en los bordes del dominio. Además, los conmutadores externos en el dominio IRT deben ser compatibles con PROFINET IRT. Estas consideraciones aseguran un rendimiento óptimo en aplicaciones en tiempo real.
