Topoloxía de rede

A topoloxía de rede é a disposición física na que se conectan os nodos dunha rede de ordenadores ou servidores. Estes computadores poden conectarse de moitas e moi variadas maneiras. A conexión máis simple é un enlace unidireccional entre dous nodos. Pódese engadir un enlace de retorno para a comunicación en ámbolos sentidos. Os cables de comunicación modernos normalmente inclúen máis dun cable para facilitar isto, aínda que redes moi simples baseadas en "buses" teñen comunicación bidireccional nun só cable.

A topoloxía de rede determínaa a configuración das conexións entre nodos. A distancia entre os nodos, as interconexións físicas, as taxas de transmisión e/ou os tipos de sinais non pertencen á topoloxía da rede, aínda que poden verse afectados pola mesma.

Redes centralizadas

A topoloxía en estrela reduce a posibilidade de fallo de rede conectando todos os nodos a un nodo central. Cando se aplica a unha rede baseada en bus, este concentrador central reenvía todas as transmisións recibidas de calquera nodo periférico a todos os nodos periféricos da rede, algunhas veces mesmo ao nodo que o enviou. Todos os nodos periféricos poden comunicarse cos demais transmitindo ou recibindo do nodo central só. Un fallo na liña de conexión de calquera nodo co nodo central provocaría o illamento dese nodo respecto aos demais, pero o resto de sistemas permanecería intacto.

Se o nodo central é pasivo, o nodo orixe debe ser quen de tolerar un eco da súa transmisión. Unha rede en estrela activa ten un nodo central activo que normalmente ten os medios para previr problemas relacionados co eco.

Unha topoloxía en árbore (tamén coñecida como topoloxía xerárquica) pode ser vista como unha colección de redes en estrela ordenadas nunha xerarquía. Esta árbore ten nodos periféricos individuais (por exemplo follas) que requiren transmitir e recibir doutro nodo só e non necesitan actuar como repetidores ou rexeneradores. Ao contrario que nas redes en estrela, a función do nodo central pódese distribuír.

Como nas redes en estrela convencionais, os nodos individuais poden ficar illados da rede por un fallo puntual na ruta de conexión do nodo. Se falla un enlace que conecta cun "nodo folla", ese "nodo folla" fica illado; se falla un enlace cun nodo que non sexa folla, a sección enteira fica illada do resto.

Para aliviar a cantidade de tráfico de rede que se necesita para retransmitir todo a todos os nodos, desenvolvéronse nodos centrais máis avanzados que permiten manter unha listaxe das identidades dos diferentes sistemas conectados á rede. Estes switches de rede "aprenderían" como é a estrutura da rede transmitindo paquetes de datos a todos os nodos e observando de onde veñen os paquetes resposta.

Descentralización

Nunha topoloxía en malla, hai polo menos dous nodos con dous ou máis camiños entre eles. Un tipo especial de malla, na que se limite o número de saltos entre dous nodos, é un hipercubo. O número de camiños arbitrarios nas redes en malla fainas máis difíciles de deseñar e implementar, pero a súa natureza descentralizada fainas moi útiles.

Unha rede totalmente conectada ou completa é unha topoloxía de rede na que hai un enlace directo entre cada parella de nodos. Nunha rede totalmente conexa con n nodos, hai ${\frac {n\times \left(n-1\right)}{2}}$ enlaces directos. As redes deseñadas con esta topoloxía normalmente son caras de instalar, pero son moi fiábeis grazas aos múltiples camiños polos que os datos poden viaxar. Vense principalmente en aplicacións militares.

Híbridas

As redes híbridas usan unha combinación de dúas ou máis topoloxías distintas, de tal xeito que a rede resultante non ten forma estándar. Por exemplo, unha rede en árbore conectada a unha rede en árbore segue sendo unha rede en árbore, pero dúas redes en estrela conectadas entre si (o que se coñece como estrela estendida) mostran unha topoloxía de rede híbrida. Unha topoloxía híbrida sempre se produce cando se conectan dúas topoloxías de rede básicas. Dous exemplos comúns son:

Rede de estrela en anel, consta de dúas ou máis topoloxías en estrela conectadas mediante unha unidade de acceso multiestación (MAU) como hub centralizado.
Unha rede de estrela en bus, consta de dúas ou máis topoloxías en estrela conectadas mediante un bus troncal (o bus troncal funciona como a espiña dorsal da rede).

Mentres que as redes en reixa atoparon o seu sitio en aplicacións de computación de alto rendemento, algúns sistemas utilizaron algoritmos xenéticos para deseñaren redes personalizadas que teñen o menor número posíbel de saltos entre nodos distintos. Algunhas das estruturas de redes resultantes son case incomprensíbeis, aínda que funcionan abondo ben.

Podemos considerar tres aspectos para considerarmos unha topoloxía:

A topoloxía física é a disposición real das maquinas, dispositivos de rede e cablaxe na rede.
A topoloxía lóxica é a forma na que as maquinas se comunican a través do medio físico. Os dous tipos máis comúns de topoloxías lóxicas son:
1. Broadcast (Ethernet).
2. Transmisión de tokens (Token Ring).
A topoloxía matemática: mapas de nodos e enlaces, a miúdo formando patróns.

Os principais modelos de topoloxía son:

Principais modelos de topoloxía

Topoloxía de bus

A topoloxía de bus ten os nodos conectados directamente a un enlace e non ten ningunha outra conexión entre nodos. Fisicamente cada host está conectado a un fío común, o que dá lugar a que poidan comunicarse directamente, aínda que a ruptura do fío pode facer que os hosts queden desconectados.

A topoloxía de bus permite que os dispositivos da rede poidan ver todas os sinais dos demais dispositivos, o que pode ser vantaxoso. Non obstante é común que se produzan problemas de tráfico e colisións, que se poden paliar segmentando a rede en varias partes. É a topoloxía máis común en pequenas LAN, con hub ou switch final nun dos seus extremos.

Topoloxía de anel

Unha topoloxía en anel componse dun só anel fechado, formado por nodos e enlaces, no que cada nodo está conectado unicamente cos dous nodos adxacentes.

Os dispositivos conéctanse directamente entre eles por medio de fíos nos que se denomina unha cadea margarida. Para que a información poida circular, cada estación debe transferir a información á estación adxacente.

Topoloxía en anel dobre

Unha topoloxía en anel dobre consta de dous aneis concéntricos, onde cada host da rede está conectado a ámbolos dous aneis, aínda que os dous aneis non están conectados directamente entre eles. Este segundo anel conecta os mesmos dispositivos para incrementar a confiabilidade e a flexibilidade da rede.

A topoloxía de anel dobre actúa como se se tratase de dous aneis independentes, dos que se usa soamente un por vez.

Topoloxía en estrela

Esta topoloxía ten un nodo central desde o que se irradian todos os enlaces cara ao resto dos nodos. Polo nodo central, xeralmente ocupado por un hub, pasa toda a información que viaxa pola rede.

A vantaxe principal é que permite que os nodos se comuniquen entre eles de xeito conveniente. A desvantaxe é que se o nodo central ten unha avaría, avaríase toda a rede.

Topoloxía en estrela estendida

A topoloxía en estrela estendida é como a topoloxía en estrela, coa diferenza de que cada nodo que se liga co nodo central tamén é o centro doutra estrela. Xeralmente, o nodo central está ocupado por un hub o switch, e os nodos secundarios polos hubs.

A vantaxe disto é que a cablaxe é máis curta e limita a cantidade de dispositivos que se deben interconectar con calquera nodo central.

Topoloxía en árbore

Esta topoloxía é similar á topoloxía en estrela estendida, salvo que non ten nodo central. En cambio, un nodo de enlace troncal, xeralmente ocupado por un hub ou switch, desde o que se ramifican os demais nodos.

O enlace troncal é un cable con varias capas de ramificacións, e o fluxo da información é xerárquico. Conectado no outro extremo do enlace troncal, a miúdo atópase o host servidor.

Topoloxía en malla completa

Cada nodo enlázase directamente cos outros nodos. A vantaxe é que, como cada todo se liga directamente aos demais, creando unha conexión redundante, se algún enlace deixa de funcionar, a información pode circular a través de calquera cantidade de enlaces até chegar ao destino. Ademais, esta topoloxía permite que a información circule por varias rutas a través da rede.

A desvantaxe física principal é que só funciona cunha pequena cantidade de nodos, xa que do contrario a cantidade de medios necesarios para os enlaces e a cantidade de conexións cos enlaces se torna abafadora.

Topoloxía de rede celular

A topoloxía celular está composta por áreas circulares ou hexagonais, cada unha das cales ten un nodo individual no centro. A vantaxe deste tipo de topoloxía é que non existe ningún medio tanxible, alén da atmosfera terrestre ou do baleiro do espazo exterior (e dos satélites). As desvantaxes son que os sinais se atopan presentes en calquera lugar da cela e, dese xeito, poden sufrir disturbios e violacións de seguridade.

Como norma, as topoloxías baseadas en celas intégranse con outras topoloxías, aínda que empreguen a atmosfera ou os satélites.

Topoloxía irregular

Neste tipo de topoloxía non existe un patrón obvio de enlaces e nodos. A cablaxe non segue un modelo determinado; dos nodos saen cantidades variables de fíos. As redes que se atopan nas primeiras etapas de construción, ou se atopan mal planificadas a miúdo líganse desta maneira.