fundamentos de redes 2

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Fundamentos de Redes y Topologías

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¿Qué es una Red?

• Una red es un sistema en el que se conectan entre si varios equipos independientes para compartir datos y periféricos, tales como disco duro e impresora.

• La palabra clave es COMPARTIR

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¿Qué es una Red?

• En su nivel mas elemental, una red cosiste en dos equipos conectados entre si con un cable que le permite compartir datos. Todas las redes, independientemente de su nivel de sofisticación, surgen de este sistema tan simple.

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¿Qué es una Red?

• Surgen como respuesta a la necesidad de compartir datos de forma rápida.

• Los equipos personales son herramientas potentes que pueden procesar y manipular rápidamente grandes cantidades de datos, pero no permiten que los usuarios compartan los datos de forma eficiente.

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¿Qué es una Red?• Si un equipo personal estuviera

conectado a otros equipos personales, pudiéramos compartir datos y enviar documentos y/o archivos a otras impresoras.

• Esta interconexión de equipos y otros dispositivos se llama una red.

• El concepto de conectar equipos que comparten recursos es un sistema de red.

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¿Por qué usar una red?

• Las redes aumentan la eficiencia y reducen los costos.

• Las tres razones principales son:– Compartir información o datos– Compartir hardware o software.– Centralizar la administración y el apoyo.

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Compartir información o datos

• Al hacer que la información este disponible para compartir las redes pueden reducir la necesidad de comunicación por escrito, aumenta la eficiencia y hace que cualquier tipo de dato este disponible simultáneamente para cualquier usuario que lo necesite.

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Compartir Hardware y Software

• Antes de la aparición de las redes, los usuarios necesitaban sus propias impresoras, el único modo en que los usuarios podían compartir una impresora era hacer turnos para sentarse en el equipo conectado al printer.

• Las redes pueden usarse para compartir y estandarizar aplicaciones, para asegurarse que todas las personas de la red utilizan las mismas aplicaciones y sus versiones.

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Centralizar la administración y el apoyo

• Para el personal técnico, es mucho mas eficiente dar apoyo a una versión de un sistema operativo o aplicación y configurar todos los equipos del mismo modo que dar apoyo y configurar de manera individual y diferente.

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Principales tipos de redes: LAN y WAN

• Las redes se clasifican en dos grupos, dependiendo de su tamaño y función.

• Una rede de área local (LAN) es el bloque básico de cualquier red.

• Un LAN puede ser muy simple (dos equipos conectados con un cable) o compleja (cientos de equipos conectados dentro de una gran empresa .

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Principales tipos de redes: LAN y WAN

• La característica que distingue a una LAN es que está confinada a un área geográfica limitada.

• Una red de área extensa (WAN), no tiene limitaciones geográficas.

• WAN puede conectar equipos y otros dispositivos situados en extremos opuestos del planeta.

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Principales tipos de redes: LAN y WAN

• Una WAN consta de varias LAN interconectadas.

• Podemos ver Internet como la WAN suprema.

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Configuración de Redes

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Configuración de Redes

• La configuración de los equipos de la red y la forma en que comparten la información determina si la red es “peer-to-peer” o basada en servidor.

• En general todas las redes tienen ciertos componentes, funciones y características comunes, estos incluyen:

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Elementos comunes en una Red

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Elementos comunes de una Red

• Servidores: Equipos que ofrecen recursos compartidos a los usuarios de la red.

• Clientes: Equipos que acceden los recursos compartidos de la red ofrecidos por los servidores.

• Medio: Los cables que mantienen las conexiones físicas.

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Elementos comunes de una Red

• Datos compartidos: Archivos suministrados a los clientes por parte de los servidores a través de la red

• Impresoras y otros periféricos compartidos: Recurso adicionales ofrecidos por los servidores.

• Recursos: Cualquier servicio o dispositivo, como archivos, impresoras u otros elementos, disponibles para su uso por los miembros de la red.

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Categorías principales de una Red

• Una red puede ser categorizada entre las siguientes:– Redes Peer-to-peer– Redes basadas en servidor

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Factores para categorizar una red

• Las diferencias de éstas están basadas en factores tales como:– Tamaño de la Organización– Nivel de seguridad requerido– Tipo de negocio– Nivel de apoyo administrativo disponible– Cantidad de tráfico en la red– Necesidades de los usuarios de la red– Presupuesto de la red

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Redes Peer-to-Peer

• No hay servidores dedicados• No existe jerarquías entre los equipos. Todos

son iguales y por lo tanto son <<pares>> o peers.

• Cada equipo actúa como cliente y servidor y no hay un administrador responsable de la red completa.

• El usuario de cada equipo determina que datos van a ser compartidos en la red.

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Redes Peer-to-Peer

• Tamaño– Las redes peer-to-peer se llaman también grupos

de trabajo o workstation. Generalmente abarca un máximo de diez equipos.

• Costo– Son relativamente simples. Pueden ser mas

económicas que las redes basadas en servidor.

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Redes Peer-to-Peer

• Sistemas Operativos– Su software no requiere le mismo tipo de

rendimiento y nivel de seguridad que le software de red para servidores.

– Estas redes están incorporadas en muchos sistemas operativos, por lo que no es necesario software adicionales para configurarlas.

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Redes Peer-to-Peer

• Implementación:– Ofrece las siguientes ventajas;

• Los equipos están en las mesas de los usuarios• Los usuarios actúan como sus propios administradores

y planifican su propia seguridad• Los equipos de la red están conectadas por un sistema

de cableado simple, fácilmente visible.

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Redes Peer-to-Peer

• ¿Cuándo se recomienda una P-2-P?– Cuando hay un máximo de 10 usuarios– Los usuarios comparten recursos, pero no existen

servidores especializados.

– La seguridad no es una cuestión fundamental

– La organización y la red sólo van a experimentar un crecimiento limitado en un futuro cercano.

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Redes Peer-to-Peer

• Consideraciones sobre P-2-P– Administración. Las tareas de administración de

la red incluyen:• Gestionar los usuarios y la seguridad• Asegurar la disponibilidad de los recursos• Mantener las aplicaciones y los datos• Instalar y actualizar software de aplicaciones y de

sistemas operativos.

– Compartir recursos. Todos pueden compartir sus recursos de la manera en que deseen

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Redes Peer-to-Peer

• Consideraciones sobre P-2-P– Requisitos del Servidor. En una P2P cada equipo

necesita: recursos para el usuario local y recursos para el usuario remoto.

– Seguridad. En un P2P esto consiste en definir un password sobre un recurso. Cada usuario define su propia seguridad

– Preparación. Como cada usuario es el administrador de sus equipos necesita tener ciertos conocimientos como usuario y administrador.

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Redes basadas en Servidor

• Un servidor dedicado es aquel que funciona solo como servidor y no se utiliza como cliente o estación.

• Los servidores se llaman dedicados, porque están optimizados para dar servicio con rapidez a petición del cliente de la red y garantiza la seguridad de los archivos y directorios.

• A medida que aumenta el tamaño de la red se necesita mas de un servidor. Esta división de tareas asegura que cada tarea será realizada de forma mas eficiente.

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Servidores especializados

• Los servidores necesitan realizar tareas complejas y variadas. Veremos los diferentes tipos de servidores incluidos en muchas redes:– Servidores de archivos e impresión

• Estos gestionan el acceso del usuario y el uso de recursos de archivos y el printer. Por ejemplo al ejecutar una aplicación esta se ejecuta en el equipo del usuario. En otras palabras los servidores de archivos e impresión se utilizan para el almacenamiento de archivos y datos.

• Los datos o archivos son descargados al equipo que hace la petición.

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Servidores especializados

– Servidores de aplicaciones• Constituyen el lado servidor de las aplicaciones

cliente/servidor, así como los datos disponibles para el cliente. Por ejemplo los servidores almacenan grandes cantidades de datos organizados para que resulte fácil su recuperación.

• La base de datos permanece en el servidor y solo se envían los resultados de la petición al equipo que realiza la misma.

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Servidores especializados

– Servidores de Correo• Funcionan como servidores de aplicaciones, en el

sentido de que son aplicaciones servidor y cliente por separado, con datos descargados de forma selectiva del servidor al cliente.

– Servidores de Fax• Gestionan el tráfico de fax hacia el exterior y el

interior de la red, compartiendo una o mas tarjeta modem fax.

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Servidores especializados

– Servidores de comunicaciones• Gestionan el flujo de datos y mensajes de correo

electrónico entre las propias redes de los servidores y otras redes, equipos mainframes o usuarios remotos que se conectan a los servidores utilizando MODEM y líneas telefónicas.

– Servidores de servicios de directorios• Permiten a los usuarios localizar, almacenar y

proteger información en la red.

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Ventajas de las redes basadas en servidor

• Compartir recursos. Ofrece acceso a muchos recursos manteniendo el rendimiento y la seguridad

• Seguridad. Es la razón primaria para seleccionar un enfoque basado en servidor.

• Copia de Seguridad (Backup). Estas pueden ser programadas varias veces al día o una vez a la semana dependiendo de la importancia y el valor de los datos.

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Ventajas de las redes basadas en servidor

• Redundancia. Los datos pueden ser duplicados y mantenidos en línea. Si ocurren un daño en el área primaria, se puede usar una copia para restaurarlos.

• Numero de usuarios. Una red basada en servidor puede apoyar miles de usuarios.

• Consideraciones sobre el hardware. El hardware de los clientes puede estar limitado, ya que no necesitan mucha memoria RAM y el almacenamiento en disco necesario para los servicios de un servidor.

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Comparación de los tipos de redes

Consideración Red Peer-to-PeerRed basada en Servidor

Tamaño Bien para 10 clienteso menos

Limitada solo por el hardware de red y servidor

Seguridad Establecida por el usuario de cada equipo

Seguridad a nivel de usuario y recursos amplia y consistente

Administración Usuarios individuales son responsables de su propia administración.

Localizada de forma central para el control de la red; requiere como mínimo un administrador.

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Topologías de Redes

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Esquemas para la conexión de redes

• El término topología se refiere a la organización o distribución física de los equipos, cables y otros componentes de la red.

• Topología es el término estándar que utilizan la mayoría de los profesionales de las redes cuando se refieren al diseño básico de la red.

• También puede conocerse como: esquema físico, diseño, diagrama o mapa.

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Esquemas para la conexión de redes

• La selección de una topología tendrá impacto sobre:– El tipo de equipo necesario– Capacidades del equipo– Crecimiento de la red– Formas de administrar la red

• Es determinante la planificación de la red antes de hacer cualquier tipo de inversión.

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Topologías Estándar

• Todos los diseños de redes parten de cuatro topologías básicas:– Bus: dispositivos conectados a un cable común.

– Estrella: conexión de equipos a segmentos de cables que arrancan de un punto único o hub.

– Anillo: conexión de equipos a un cable que forma un bucle.

– Malla: conecta todos los equipos de la red entre si con cables separados

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Topologías

• Topología Física de una red se refiere al propio cable.

• Topología Lógica de una red es la forma en la que se transmiten las señales por el cable.

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Bus

• También recibe el nombre de “bus lineal” porque los equipos conectan en línea recta.

• Es el método más simple y común. Consta de un único cable llamado segmento central (trunk, backbone o segmento) que conecta todos los equipos de la red en una única línea.

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Comunicación en el Bus

• Los equipos en esta topología se comunican enviando datos a un equipo en particular, enviando estos datos sobre el cable en forma de señales electrónicas.

• Necesitas conocer tres conceptos fundamentales:– Envió de señal– Rebote o eco de la señal– Terminal

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Envío de señal

• Los datos de red en forma de señales electrónicas se envían a todos los equipos de la red. Esta solo será aceptada por aquel equipo cuya dirección coincida con la dirección codificada en la señal original. Los demás equipos deben rechazar los datos. Solo puede haber un equipo enviando mensajes.

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Envío de señal

• Como en cada momento solo puede haber un equipo enviando datos en una red en bus, el número de equipos conectados afectará el rendimiento de la red.

• Mientras más equipos haya en el bus, más equipos estarán esperando para transmitir datos y como consecuencia la red será lenta.

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Envío de señal

• La cantidad de equipos conectados no es el único factor que determina el rendimiento del bus, también pueden ser:– El hardware de la red– Número total de órdenes emitidas esperando a

ser ejecutadas

– Tipos de aplicaciones

– Tipo de cable– Distancia entre los equipos

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Envío de señal

• Los nodos de esta red no son responsables de pasar datos de uno a otro. Por consiguiente, si falla alguno de ellos, no se afecta al resto de la red.

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Rebote o Eco de Señal

• Como los datos o la señal electrónica, se envían a toda la red, viajan de un extremo a otro del cable. Si se permite a la señal que continúe ininterrumpidamente, rebotará una vez y otra por el cable evitando que otros equipos envíen señales.

• La señal debe ser detenida una vez que haya tenido la oportunidad de alcanzar la dirección de destino correcta.

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Rebote o Eco de Señal

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Terminal

• Para detener el rebote o eco de la señal, se coloca un terminal en cada uno de los extremos del cable para absorber las señales libres.

• Al absorber la señal libre se libera el cable para que otros equipos puedan enviar datos.

• Todos los extremos de cada segmento debe estar conectados a algo

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Terminal

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Interrupción de la comunicación en la red

• Si el cable es separado físicamente en dos partes o se desconecta un extremo del mismo, se produce una rotura en el cable.

• En cualquiera de estos casos, uno o ambos extremos del cable no tendrán un terminal, la señal rebotará y la actividad de la red se detendrá.

• Esto es una de las razones por la cual una red puede “caer”.

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Interrupción de la comunicación en la red

• Cuando se “cae” la red los equipos pueden seguir funcionando aislados, pero, mientras este interrumpido el segmento, no podrán comunicarse entre sí, ni acceder a los recursos compartidos.

• Los equipos del segmento caído intentaran establecer conexión, lo que provocará que el rendimiento de las estaciones sea mas lento.

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Interrupción de la comunicación en la red

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Expansión de la Red

• A medida que crece el tamaño físico de la instalación, la red también necesitará crecer.

• El cable de la topología en bus puede alargarse utilizando uno de estos dos métodos:

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Expansión de la Red

• Utilizando un acoplador (barrel connector), que puede conectar dos cables entre si para constituir un segmento de cable mas largo.– Estos debilitan la señal y solo deben utilizarse en

ciertas ocasiones

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Expansión de la Red

• Utilizando un repetidor para conectar dos cables. Este amplifica la señal antes de re-enviarla lo que permite que la señal viaje mas lejos.

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Estrella (Star)

• Los segmentos de cable de cada equipo están conectados a un “hub”.

• Las señales son transmitidas desde el equipo a través del hub a todos los equipos de la red.

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Estrella (Star)

• Ofrece la ventaja de centralizar los recursos y la gestión.

• Pero, requiere una gran cantidad de cables.

• Además, si el punto central falla, cae toda la red.

• Por el contrario si falla un equipo o el cable que lo conecta al hub, el equipo afectado será el único que no podrá enviar o recibir datos. El resto de la red continuará funcionando.

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Anillo

• Esta topología conecta equipos en un único círculo de cable. No existen finales con terminales.

• La señal viaja a través del bucle en una dirección y pasa a través de cada equipo, que puede actuar como repetidor para ampliar la señal y enviarla al siguiente.

• El fallo en un equipo puede tener impacto sobre toda la red.

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Anillo

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Pase de Testigo (Token Ring)

• Un testigo o token es la secuencia especial de bits que viajan alrededor de una red. Cada red tiene únicamente un testigo.

• El testigo es pasado de equipo en equipo hasta que llega a un equipo que tiene datos que enviar. El equipo que envía modifica el testigo, pone una dirección electrónica en los daos y los envía por el anillo.

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Pase de Testigo (Token Ring)

• Los datos pasan por cada equipo hasta que llega al que tiene la dirección que coincide con la implantada en los datos.

• El que recibe envía mensaje de que recibió datos. Después de verificar, el equipo emisor crea un nuevo testigo y lo libera en la red.

• El testigo circula por le anillo hasta que una estación necesita enviar datos.

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Pase de Testigo (Token Ring)

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Pase de Testigo (Token Ring)

• Puede parecer que el testigo requiere mucho tiempo, pero el testigo viaja a una velocidad cercana a la de la luz.

• Un testigo puede circular por un anillo de 200 metros de diámetro alrededor de 477,376 veces por segundo.

• Si ocurre alguna falla en alguno de los equipos la comunicación se pierde y la red se cae.

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Malla

• En esta topología, cada equipo esta conectado a todos los demás mediante cables separados.

• Esta configuración ofrece caminos redundantes de modo que si falla un cable, otro se hará cargo del trafico.

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Malla

• Resultan costosas ya que hay que utilizar mucho cableado.

• En ocasiones se utiliza la topología de malla junto con otras para formar una topología híbrida.

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Hubs

• El hub se ha convertido en un dispositivo estándar en las redes. Existen varias clasificaciones.

• Hubs activos– La mayoría pertenecen a esta clasificación,

porque regeneran y retransmiten las señales del mismo modo que un repetidor.

– Los activos requieren corriente eléctrica para su funcionamiento

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Hubs

• Hub pasivos– Aquí entran los paneles de conexión a los

bloques de conexión (punch-down blocks).– Actúan como puntos de conexión y no

amplifican o regeneran la señal; la señal pasa a través del hub.

– No necesitan corriente eléctrica para funcionar.

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Hubs

• Hubs híbridos– Son hubs avanzados que permiten conectar distintos

tipos de cables

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Consideraciones sobre hubs

• Los sistemas basados en hubs son versátiles y ofrecen varias ventajas sobre los sistemas que no los utilizan.

• En una bus lineal, una rotura en el cable hará caer toda la red. Sin embargo, utilizando hubs, una rotura cualquiera, solo afectara un segmento limitado de la red.

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Consideraciones sobre hubs

• Ventajas del uso de hubs:– Los sistemas de cableado pueden ser modificados o

ampliados a medida que sea necesario.– Se pueden usar puertos diferentes para adaptarse a

diversos sistemas de cableado.

– Se pueden centralizar el monitoreo de la actividad y el tráfico de la red.

– Muchos hubs activos tiene la capacidad de diagnosticar si una conexión está funcionando o no.

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Variaciones a las topologías estándar

• Muchas topologías existentes son combinaciones híbridas de las topologías en bus, estrella, anillo y malla.

• Estrella-bus– Aquí varias redes en estrella están conectadas

entre sí con segmentos de bus lineales.

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Estrella-bus

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Variaciones a las topologías estándar

• Estrella-bus– Si un equipo cae no se afecta el resto de la

red. – Si un hub deja de funcionar, todos los

equipos conectados a el no podrán comunicarse.

– Si un hub esta conectado a otros hubs esas conexiones también se interrumpirán.

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Estrella-bus

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Variaciones a las topologías estándar

• Estrella-Anillo– A veces llamada anillo cableado en estrella,

es muy similar a la topología estrella-bus.– Ambas están centradas en un hub que

contiene el anillo o bus real.– En un estrella-bus hay segmentos lineales

que conectan los hubs, mientras que los hubs de una red estrella-anillo están conectados en forma de estrella al hub principal

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Estrella-Anillo

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Variaciones a las topologías estándar

• Peer-to-Peer– Una red de este tipo puede configurarse con una

topología física de estrella o bus.

– Como todos los equipos son iguales cada una puede actuar como cliente y servidor, además la topología lógica puede resultar distinta.

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Selección de una topología

• Hay muchos factores a considerar al decidir cual es la topología mejor que se adapte a las necesidades de la organización.

• Analizaremos las ventajas y desventajas en la siguiente tabla

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Bus

• Ventajas– El uso del cable es

económico– El medio es

económico y fácil de manejar

– El Sistema es fácil y fiable

– El bus es fácil de ampliar

• Desventajas– La red pierde

rendimiento cuando el tráfico es muy fuerte

– Los problemas son difíciles de aislar

– Una rotura en el cable puede afectar a muchos usuarios.

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Anillo

• Ventajas– El sistema ofrece un

acceso equitativo a todos los equipos

– El rendimiento se mantiene a pesar de que haya muchos usuarios

• Desventajas– El fallo de un equipo

puede afectar al resto de la red.

– Los problemas son difíciles de aislar

– La re-configuración de la red interrumpe su funcionamiento

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Estrella

• Ventajas– La modificación del

sistema y la incorporación de nuevos equipos es fácil

– Es posible una monitorización y mantenimiento centralizados

• Desventajas– Si falla ese punto

centralizado, la red completa fallará.

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Malla

• Ventajas– El fallo de un equipo

no afecta al resto de la red

– El sistema ofrece un incremento de la redundancia y la fiabilidad, así como facilidad para resolver problemas.

• Desventajas– El sistema es caro de

instalar ya que utiliza mucho cableado.