Tipos de redes

29 de agosto de 2019

Tipos de Red

Aproximación a la teoría de redes

Le prometí a mi sobrina explicar con detalles ese tema de la LAN o la WAN, pero antes hemos de plantear algunas definiciones.

¿Qué es una red de comunicaciones?

Red deriva del latín rete y define a una estructura que mantiene un patrón o forma y que conecta elementos unos con otros. Ejemplos hay cientos, redes neuronales, redes ferroviarias, redes de pesca, etcétera. En el ámbito de la tecnología y la información, una red es un sistema que permite la comunicación a distancia entre diferentes equipos informáticos. Estos pueden ser: ordenadores o computadoras, teléfonos móviles, tabletas, sistemas de alarma, impresoras, estaciones meteorológicas o cualquier equipo que tenga el software apropiado y la capacidad física de conectarse con otro. Esta conexión puede ser inalámbrica, mediante cableado, o ambos.

Las redes de comunicaciones se pueden clasificar de diferentes maneras.

  • Según su extensión o escala: Redes de área personal (PAN), área local (LAN), área extensa (WAN)
  • Según su topología: Estrella, bus, anillo, malla, mixta.
  • Según su tecnología de transferencia: Conmutadas o de difusión.

Diferentes tipos de redes según su extensión o escala

Redes de área personal - P.A.N.

Del inglés Personal Area Network, son redes pequeñas de corto alcance que facilitan la transmisión de información entre dispositivos usados por una sola persona, estos son dispositivos pueden ser el teléfono móvil o impresoras, tablets, computadoras. La mayoría de las conexiones en una red P.A.M. se realizan de manera inalámbrica también denominadas W.P.A.N., "Wireless Personal Area Network". La gran ventaja es que permiten a los usuarios desplazarse sin perder la conexión. Las tecnologías más conocidas son el infrarrojos y Bluetooth.

Redes de área local - L.A.N.

Las redes de área local, (L.A.N.) son las más conocidas. Cualquier persona en una oficina sabe que su computadora está conectada a una red local y gracias a Internet es común que dentro de nuestra propia casa tengamos una red de área local para dar servicio a nuestros dispositivos personales. Como la definición de red L.A.N. es básicamente por extensión de su ubicación y no por el tamaño de la propia red, encontraremos redes L.A.N. corporativas con cientos de equipos conectados. Precisamente por eso, la definición no tiene implicación en su topología, ni en su complejidad, tampoco menciona el tipo de equipos que pueden estar ubicados en ella.

Dentro de la categoría de redes de área local podemos encontrar algunas sub categorías definidas por su función específica y no por su tamaño. Redes S.A.N., redes H.A.N. o SOHO etc.

Redes de área local virtual - V.L.A.N.

Los tipos de redes comentadas anteriormente se conectan de forma física pero no es la única posibilidad. Las redes V.L.A.N. (virtual L.A.N.) se encadenan de forma lógica mediante protocolos, puertos, reduciendo el tráfico de red, los costos y mejorando la seguridad.

Redes de área local inalámbrica - W.L.A.N.

Las redes de área local inalámbrica, o "Wireless" LAN permiten la comunicación de dispositivos dentro de un área local sin tener que usar ningún tipo de infraestructura de cableado físico. La principal ventaja y el motivo de su gran expansión es la posibilidad de movimiento de los clientes dentro de la zona de cobertura.

En los hogares las redes inalámbricas son generalmente el único medio de comunicación entre los dispositivos. En entornos laborales, se prefiere la red cableada por capacidad, velocidad y estabilidad y la red inalámbrica solo es un complemento que favorece a la movilidad.

Redes de área media - M.A.N.

Las Media Area Network (por sus siglas en inglés) son redes de comunicaciones que abarcan una zona física de un tamaño superior a la red de área local. Aunque no hay especificado nada sobre su tamaño, se suele acotar a distancias cercanas a los 50 km como el de una ciudad, por eso se conoce a esta red como redes de área metropolitana. El concepto de red M.A.N. solo se aplica al tamaño de la red y su distribución física, pero no a su configuración, topología o infraestructura.

Redes de área media inalámbrica - W.M.A.N.

Si a una red M.A.N. le quitamos el cableado y la hacemos inalámbrica entonces hablamos de la red W.M.A.N. (Wireless Media Area Network) y puede tener un rango de alcance de decenas de kilómetros. Esta tecnología utiliza técnicas basadas en el estándar de comunicaciones WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Su principal ventaja es el costo reducido ya que elimina el cableado y conexiones físicas entre nodos. Su desventaja es que requiere de una seguridad mucho más exigente y robusta para evitar intrusiones.

Redes de área amplia - W.A.N.

Las redes de área amplia o WAN, "Wide Area Network" implican la conexión de distintos nodos que se encuentran a una gran distancia. Dentro de las redes WAN están todas las redes con un área de influencia superior a las metropolitanas. Los enlaces entre ubicaciones físicas distantes deben estar diseñados teniendo en cuenta esta distancia. Es habitual contratar a un operador que se encarga de gestionar las comunicaciones a grandes distancias pero no es obligatorio, recordemos que la definición de redes WAN solo hace referencia al ámbito de actuación y no a su topología o infraestructura utilizada. Este tipo de redes utiliza protocolos de enrutamiento para gestionar el tráfico y se diseñan para conseguir una alta redundancia en el servicio.

La red Internet

Internet no es más que un sistema global de redes interconectadas que utilizan todas el mismo protocolo de comunicaciones, el IP o "Internet Protocol". No me voy a extender demasiado en esta red ya que más adelante haré uno o varios post relacionados.

Distintos tipos de redes según su topología

¿Qué es la topología de una red?

La topología de una red es la manera en que se llevan a cabo las conexiones entre dos o más nodos, tanto en el plano físico, como en el plano lógico.

  • La topología física: aplica a las conexiones de cableado físicas.
  • La topología lógica: aplica a las conexiones lógicas de protocolos que hacen funcionar la red.

Cada topología de red tiene sus ventajas y desventajas por lo que no todas se pueden aplicar a todas las soluciones. Las más conocidas son:

Redes punto a punto (peer to peer)

Es la topología básica, se trata de un enlace permanente entre dos puntos o nodos. Se utiliza en telefonía convencional y en redes de largo alcance (W.A.N.)

Topología de redo tipo punto a punto
Red peer to peer

Pros:

  • Su gran ventaja es la comunicación sin obstáculos entre los dos puntos y es muy fácil de configurar.
  • Su costo es bajo dado que no se necesita dispositivos de red ni servidores dedicados.
  • Los costos del cableado dependen del número de enlaces.
  • Cada nodo tiene por lo menos dos interfaces.

Contras:

  • Todos los dispositivos pueden actuar como cliente y como servidor por lo que su administración no se puede centralizar.
  • No son sistemas seguros ni escalables.

Redes en topología de bus o lineal

Una red en topología en bus es aquella red que tiene un único medio de comunicación al que se conectan todos los equipos. En una topología de bus cada nodo está conectado a un segmento común de cable de red que se coloca como un bus lineal, es decir un cable largo que va de un extremo a otro. El cable puede ser coaxial, de par trenzado o fibra óptica.

Topología de red tipo bus
Red en bus

Pros:

  • Su principal ventaja es que se puede implementar fácilmente y se puede ampliar con facilidad.

Contras:

  • La calidad de la señal depende de la longitud del cable y de la cantidad de nodos conectados.
  • Si añadimos nodos el desempeño de la red disminuye.
  • Este tipo de red es eficaz para conexiones entre nodos ubicados en el centro pero no lo es para los que están ubicados en los extremos ya que es muy probable existan colisiones con el envío de información desde otro equipo.

Redes en topología de anillo

En las topologías de anillo cada nodo está conectado únicamente al nodo anterior y al nodo posterior de tal modo que se forma una cadena de nodos se llega a cerrar formando un anillo. Para enviar información tiene que pasar por cada uno de los nodos porque es leída y reenviada por todos ellos.

Topología de red tipo anillo simple
Redes en anillo

El tráfico circula en un sentido, por lo que para enviar información a un equipo que esté un nodo atrás, el envío dará una vuelta completa en la red para llegar al destino. Para minimizar este problema se utiliza la topología de doble anillo, de tal modo así se puede usar un enlace u otro en función de la dirección hacia la que queremos enviar la información.

Topologia de red tipo doble anillo
Redes en doble anillo

Pros:

  • Se trata de una topología sencilla.
  • Para añadir un nodo, hay que conectarlo con otros dos nodos.
  • El sistema provee un acceso equitativo a todos los nodos donde cada dispositivo tiene acceso al token y la oportunidad de transmitir.
  • Tiene mejor desempeño que una topología en bus. No requiere un nodo central para administrar la conectividad entre los dispositivos.

Contras:

  • El rendimiento decae al crecer la red porque los nodos tienen que esperar más tiempo para recibir el token.
  • Si un nodo falla, entonces la red falla por completo, no se pueden aislar los nodos y se dificulta en gran medida la detección y resolución de problemas porque simplemente vemos la red caída.
  • La información transmitida será vista por todos los nodos de la red, por lo que se genera un importante problema de privacidad.

Redes en topologías en estrella

Una topología en estrella es una red donde todos los equipos están conectados a un único punto central que es el responsable de gestionar cada conexión y de distribuir el tráfico, se evitan las colisiones y se asegura la máxima eficiencia en las comunicaciones.

Topología de red tipo estrella
Redes en estrella

Pros:

  • Las principales ventajas de este tipo de redes son su facilidad de implementación y de crecimiento.
  • Solamente se necesita conectar los nuevos equipos al nodo central sin tener que actuar sobre el resto de la red.
  • En el caso de fallo es fácil aislar el equipo con el problema.
  • La centralización total facilita los cambios administrativos y permiten realizar configuraciones en toda la red desde un único punto de gestión remoto.
  • Esta topología es la más usada como base para el diseño de redes de área local.

Contras:

  • Se necesita de mucho cableado.
  • En caso de fallo del nodo central, toda la red se cae.

Redes en topologías híbridas o mixtas

Las redes en topologías híbridas o mixtas, son aquellas que tienen otras topologías de base en su estructura. Así pues, aunque usen las topologías básicas no pueden clasificarse como tal por lo que entran dentro de la categoría de topologías híbridas. Aunque las topologías híbridas por definición pueden presentar distintas configuraciones, existen algunas con características puntuales.

Topología de red tipo híbrida
Red híbrida

Redes en topologías de árbol

Las redes en topología de árbol o topología jerárquica son una sucesión de pequeñas topologías en estrella conectadas entre sí sin un único nodo central. Esta topología de árbol es de uso común sobre todo si incorpora diferentes zonas físicas, plantas de un edificio o varios edificios en una misma zona.

Topología de red tipo árbol
Redes en árbol

Pros:

  • Es una topología soportada por multitud de vendedores de software y de hardware.
  • Tiene una fácil resolución de problemas.

Contras:

  • Su configuración acarrea cierta dificultad. Se requiere mucho cableado y la medida de cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado.
  • Si el segmento principal se cae, entonces todo el segmento también cae. De igual manera, si se desconecta un nodo, todos los que están conectados a él se desconectarán también.

Redes en topologías de malla

En las redes en topologías de malla los equipos están conectados entre sí como si fueran una topología de anillo, pero el patrón de conexión no se limita únicamente a los equipos, ni tienen por qué cerrarse en un anillo.

Topología de red tipo malla abierta
Red en malla abierta

Topología de red en malla completa

Es una topología en malla en la que existe un enlace punto a punto entre todos los terminales. Estos tipos de redes son muy utilizadas por los grandes operadores de telecomunicaciones para dar servicio WAN, aunque no es obligatorio y podemos diseñar cualquier tipo de topología en función de nuestras necesidades y preferencias.

Topología de red tipo malla completa
Red en malla completa

Pros:

  • Las redes en malla pueden prescindir del enrutamiento manual, o apenas requerir atención para el mantenimiento de éste.
  • Si alguno de los enlaces entre dos nodos adyacentes falla, entonces los nodos adyacentes propagarán un cambio en la tabla de rutas, notificando a los nodos contiguos que hubo un cambio en la red.

Contras:

  • Para esta topología de red se ha de prever una mayor cantidad de recursos que repercute en el costo

¿Cómo se elige una topología de red?

Eso es lo que me preguntó mi sobrina después de contarle todo lo anterior. Realmente no se suelen dar las condiciones perfectas para poder aplicar directamente una topología concreta por lo que se deben adoptar soluciones mixtas donde se utilicen combinaciones de las opciones básicas. ¿Eso es todo? me pregunto, y la verdad que no, el diseño de una red no es elegir un dibujo, se deben considerar aspectos tales como recorridos del cableado, número de empalmes, conexiones y dispositivos de red y debido a que la instalación se llevará a cabo en varias etapas, será necesario un plano detallado, un listado de materiales con sus costos, etc, pero esto lo seguiremos en otros artículos porque mi sobrina ya se dispersó y se puso a ver el Instagram…

Tipos de redes según la técnica de transmisión de datos

La transmisión de datos se puede dar de dos formas: por conmutación o por difusión.

Redes de conmutación

Los sistemas de conmutación son nodos o centros de conmutación en donde se efectúa la interconexión entre los diversos usuarios posibilitando la comunicación.

Algunas definiciones previas

  • Enlace. Es un sistema de transmisión entre nodos, los cuales pueden ser unidireccionales o bidireccionales.
  • Sistemas de señalización. Se ocupan del establecimiento de la conexión entre los usuarios, de su finalización, tarifación, estadísticas, etc.
  • Ruta. La asociación de varios enlaces que permiten unir dos nodos lejanos constituye una ruta y todas las rutas forman una red.

Se entiende por conmutación a la conexión física o lógica de una ruta o camino de entrada al nodo con una ruta o camino de salida del nodo, cuya finalidad es transferir la información que llegue por la primera ruta a la segunda. Un ejemplo de redes conmutadas son las redes de área amplia. Se trata de un conjunto de nodos interconectados entre sí a través de medios de transmisión (cables) donde la información se transfiere del nodo de origen al nodo destino mediante conmutación entre nodos intermedios.

Una transmisión de este tipo tiene tres fases: Establecimiento de la conexión. La transferencia de la información. La liberación de la conexión.

Entonces un ejemplo de dos nodos que se conectan mediante de un enlace a través de una solicitud es el de la llamada telefónica. El usuario A marca un numero de telefono, espera un momento, se establece la conexión con el teléfono B, se lleva a cabo el envío de la información (se habla). Luego finaliza el envío del mensaje, se “cuelga el teléfono” y se libera la conexión.

Tipos de conmutación

  • Conmutación de circuitos
  • Conmutación de mensajes
  • Conmutación de paquetes

Modelos conmutación de circuitos (Circuit Switching)

En ellos las comunicaciones no comparten los medios. Al iniciarse la comunicación se reserva los recursos intermedios necesarios para establecer y mantener el circuito. Si el canal se corta, se corta la comunicación. Los dispositivos mantienen información sobre el estado de la comunicación (status full).

Este sistema es muy utilizado en la Red Telefónica Conmutada (RTC4) incluyendo:

  • Red Telefónica Básica (RTB), analógica.
  • Red Digital de Servicios Integrados (RDSI o ISDN) digital.
  • GSM (Global System for Mobile Communications) digital por radioenlace.

Una vez establecido el el circuito se comporta como una línea dedicada ofreciendo un transporte físico de bits sobre el que se puede utilizar cualquier protocolo de nivel de enlace. El costo es proporcional al tiempo y la distancia de conexión.

Modelos de conmutación de mensaje (Message Switching)

El mensaje es una unidad lógica de datos de usuario, de datos de control o de ambos que el emisor envía al receptor. El mensaje consta de los siguientes elementos, llamados campos:

  • Datos de usuario. Depositado por el interesado.
  • Caracteres SYN. (Caracteres de sincronía)
  • Campos de dirección. Indican el destinatario de la información.
  • Caracteres de control de la comunicación.
  • Caracteres de control de errores.

Además de los campos citados, el mensaje puede contener una cabecera que ayuda a la identificación de sus parámetros (dirección de destino, enviante, canal a usar, etc. )

La conmutación de mensajes se basa en el envío del mensaje que el emisor quiere transmitir al receptor, a un nodo o centro de conmutación en el que el mensaje es almacenado y posteriormente enviado al terminal receptor o a otro nodo de conmutación intermedio, si es necesario. Este tipo de conmutación siempre conlleva el almacenamiento y posterior envío del mensaje -store and forward- lo que origina que sea imposible transmitir el mensaje al nodo siguiente hasta la completa recepción del mismo en el nodo precedente.

Modelos de conmutación de paquetes (Packet Switching)

En este caso, un nodo envía información dividida en paquetes a otro nodo. Cada paquete es enviado por el medio con información de cabecera. El paquete se detiene el tiempo suficiente para ser procesado en cada nodo intermedio por donde pasa.

Características importantes de su funcionamiento:

  • En cada nodo intermedio se apunta una relación de la forma : “paquete con origen en el nodo A y destino en el nodo B tiene que salir por la salida 5”.
  • Los paquetes se numeran para poder saber si se ha perdido alguno en el camino.
  • Todos los paquetes de una misma transmisión viajan por la misma ruta.
  • Dos o más comunicaciones simultáneas pueden usar la misma ruta.

Se pueden utilizar varios enlaces en cada interfaz física. Ofrece un medio físico de transmisión de datos para los equipos.

Existen dos sub modelos:

Datagramas: Cada paquete debe estar delimitado e identificado y llevar la dirección destino y cada uno se encamina independientemente, sin que el origen y el destino tengan que pasar por un establecimiento de comunicación previo. En este modelo no sabemos si los paquetes van a llegar todos ni si van a llegar por orden (con o sin errores). Los dispositivos no mantienen información sobre el estado de la comunicación (state less). Es el modelo más sencillo de implementar y el único que soporta multidifusión (multicast). Se puede asimilar al sistema de correo tradicional.

Circuitos virtuales (VC): Simula un circuito conmutado, pero compartiendo los medios.

Primero se establece una conexión y los equipos intermedios reservan una parte de sus recursos; después todos los paquetes siguen la misma ruta de manera ordenada. Este modelo es utilizado en telefonía digital GPRS y redes como X.25, Frame Relay o ATM.

  • PVC (Permanent VC): Los PVC son circuitos virtuales definidos estáticamente y permanentes.
  • SVC (Switched VC): Se establecen y terminan a petición del usuario de forma dinámica. La implementación de circuitos virtuales es más compleja que la de circuitos permanentes.

Otra división de redes por su técnica de transmisión de datos sería en servicios orientados a conexión que incluiría los modelos de líneas dedicadas, (circuito conmutado y circuito virtual) y servicios no orientados a conexión (el modelo de datagramas).

Redes de difusión (o broadcast networks)

En este tipo de redes no existen nodos intermedios de conmutación, todos los nodos comparten un medio de transmisión común mediante el cual la información transmitida por un nodo es conocida por todos los demás. Ejemplo de redes de difusión son redes basadas principalmente en bus compartido (cable bus y anillo) e inalámbricas (radio, satélites...)

Se clasifican en redes punto a punto (unicast) y redes multipunto (multicast).

Las redes de difusión unicast

  • Simplex: inútil en redes de computadoras (unidireccional).
  • Semidúplex (Half-duplex): envía datos cada vez en un sentido.
  • Dúplex (Full-duplex): envía datos en los dos sentidos a la vez.

En las redes semidúplex y dúplex se puede disponer de la misma capacidad en las dos direcciones de transmisión, conexión simétrica o conexión asimétrica. Ejemplos de redes punto a punto son las redes LAN en topología estrella con conmutadores centrales y la mayoría de las redes WAN (enlaces telefónicos, X.25, Frame Relay, RDSI, ATM)

Redes de difusión multicast

Los problemas de colisiones se pueden afrontar con una gestión:

  • Estática (TDM): No emite si alguien lo está haciendo.
  • Dinámica (Centralizada o Distribuida).

Las emisiones pueden estar marcadas como unicast, multicast (o broadcast), pero no garantizan la confidencialidad por eso existe la necesidad de tener un mecanismo de control de acceso al medio. Ejemplos de redes multipunto: transmisiones vía radio o satélite, redes CATV y la mayoría de las redes L.A.N. (Ethernet, FDDI, Token Ring, Inalámbricas).

Un enlace punto a punto permanente y siempre disponible es el usado en las redes W.A.N. con velocidades prefijadas por un proveedor, generalmente son simétricas y full-dúplex.

Otro caso habitual es el radioenlace. El nivel de enlace utilizado suele ser HDLC o PPP. Suelen tener un coste elevado por lo que solo son adecuadas si hay mucho tráfico continuo.

Creo que ya es suficiente, mi sobrina ya se durmió.


Gracias por leer.

Celica G.

Mi nombre es Celica G. Soy Design Thinker. Artista Plástica. Escritora. Fotógrafa Técnica constructora y Técnica especialista en IT

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