Concepto de Arquitectura

La arquitectura de red es el medio mas efectivo en cuanto a costos para desarrollar e implementar un conjunto coordinado de productos que se puedan interconectar. La arquitectura es el “plan” con el que se conectan los protocolos y otros programas de software. Estos es benéfico tanto para los usuarios de la red como para los proveedores de hardware y software.
Video: Arquitectura de redes

Características de la Arquitectura

• Separación de funciones. Dado que las redes separa los usuarios y los productos que se venden evolucionan con el tipo, debe haber una forma de hacer que las funciones mejoradas se adapten a la ultima . Mediante la arquitectura de red el sistema se diseña con alto grado de modularidad, de manera que los cambios se puedan hacer por pasos con un mínimo de perturbaciones.

• Amplia conectividad. El objetivo de la mayoría de las redes es proveer conexión optima entre cualquier cantidad de nodos, teniendo en consideración los niveles de seguridad que se puedan requerir.

• Recursos compartidos. Mediante las arquitecturas de red se pueden compartir recursos tales como impresoras y bases de datos, y con esto a su vez se consigue que la operación de la red sea mas eficiente y económica.

• Administración de la red. Dentro de la arquitectura se debe permitir que el usuario defina, opere, cambie, proteja y de mantenimiento a la de.

• Facilidad de uso. Mediante la arquitectura de red los diseñadores pueden centra su atención en las interfaces primarias de la red y por tanto hacerlas amigables para el usuario.

• Normalización. Con la arquitectura de red se alimenta a quienes desarrollan y venden software a utilizar hardware y software normalizados. Mientras mayor es la normalización, mayor es la colectividad y menor el costo.

• Administración de datos. En las arquitecturas de red se toma en cuenta la administración de los datos y la necesidad de interconectar los diferentes sistemas de administración de bases de datos.

• Interfaces. En las arquitecturas también se definen las interfaces como de persona a red, de persona y de programa a programa. De esta manera, la arquitectura combina los protocolos apropiados (los cuales se escriben como programas de computadora) y otros paquetes apropiados de software para producir una red funcional.

• Aplicaciones. En las arquitecturas de red se separan las funciones que se requieren para operar una red a partir de las aplicaciones comerciales de la organización. Se obtiene mas eficiencia cuando los programadores del negocio no necesitan considerar la operación.

Tipos de Arquitectura

1 Arquitectura SRA

Con la ASR se describe una estructura integral que provee todos los modos de comunicación de datos y con base en la cual se pueden planear e implementar nuevas redes de comunicación de datos. La ASR se construyo en torno a cuatro principios básicos: Primero, la ASR comprende las funciones distribuidas con base en las cuales muchas responsabilidades de la red se puede mover de la computadora central a otros componentes de la red como son los concentradores remotos. Segundo, la ASR define trayectorias ante los usuarios finales (programas, dispositivos u operadores) de la red de comunicación de datos en forma separada de los usuarios mismos, lo cual permite hacer extensiones o modificaciones a la configuración de la red sin afectar al usuario final. Tercero, en la ASR se utiliza el principio de la independencia de dispositivo, lo cual permite la comunicación de un programa con un dispositivo de entrada / salida sin importar los requerimientos de cualquier dispositivo único  Esto también permite añadir o modificar programas de aplicación y equipo de comunicación sin afectar a otros elementos de la red de comunicación. Cuarto, en la ASR se utilizan funciones y protocolos lógicos y físicos normalizado para la comunicación de información entre dos puntos cualesquiera, y esto significa que se puede tener una arquitectura de propósito general y terminales industriales de muchas variedades y un solo protocolo de red.

La organización lógica de una red AS, sin importar su configuración física, se divide en dos grandes categorías de componentes: unidades direccionables de red y red de control de trayectoria.

La unidades de direccionables de red son grupos de componentes de ASR que proporcionan los servicios mediante los cuales el usuario final puede enviar datos a través de la red y ayudan a los operadores de la red a realizar el control de esta y las funciones de administración.

La red de control de trayectoria provee el control de enrutamiento y flujo; el principal servicio que proporciona la capa de control del enlace de datos dentro de la red de control de trayectoria es la transmisión de datos por enlaces individuales.

La red de control de trayectoria tiene dos capas: la capa de control de trayectoria y la capa de control de enlace de datos. El control de enrutamiento y de flujo son los principales servicios proporcionados por la capa de control de trayectoria, mientras que la transmisión de datos por enlaces individuales es el principal servicio que proporciona la capa de control de enlace de datos.

2 Arquitectura de Red Digital (DRA).

 Esta es una arquitectura de red distribuida de la Digital Equipment Corporation. Se le llama DECnet y consta de cinco capas. Las capas física  de control de enlace de datos, de transporte y de servicios de la red corresponden casi exactamente a las cuatro capas inferiores del modelo OSI. La quinta capa, la de aplicación, es una mezcla de las capas de presentación y aplicación del modelo OSI. La DECnet no cuenta con una capa de sesión separada.

La DECnet, al igual que la ASR de IBM, define un marco general tanto para la red de comunicación de datos como para el procesamiento distribuido de datos. El objetivo de la DECnet es permitir la interconexion generalizada de diferentes computadoras principales y redes punto a punto, multipunto o conmutadas de manera tal que los usuarios puedan compartir programas, archivos de datos y dispositivos de terminal remotos.

La DECnet soporta la norma del protocolo internacional X.25 y cuenta con capacidades para conmutación de paquetes. Se ofrece un emulador mediante el cual los sistemas de la Digital Equipment Corporation se pueden interconectar con las macrocomputadoras de IBM y correr en un ambiente ASR. El protocolo de mensaje para comunicación digital de datos (PMCDD) de la DECnet es un protocolo orientado a los bytes cuya estructura es similar a la del protocolo de Comunicación Binaria Sincrona (CBS) de IBM.

3 Arcnet

La Red de computación de recursos conectadas (ARCNET, Attached Resource Computing Network) es un sistema de red banda base, con paso de testigo (token) que ofrece topologias flexibles en estrella y bus a un precio bajo. Las velocidades de transmisión son de 2.5 Mbits/seg. ARCNET usa un protocolo de paso de testigo en una topologia de red en bus con testigo, pero ARCNET en si misma no es una norma IEEE. En 1977, Datapoint desarrollo ARCNET y autorizo a otras compañías  En 1981, Standard Microsystems Corporation (SMC) desarrollo el primer controlador LAN en un solo chip basado en el protocolo de paso de testigo de ARCNET. En 1986 se introdujo una nueva tecnología de configuración de chip.

ARCNET tiene un bajo rendimiento, soporta longitudes de cables de hasta 2000 pies cuando se usan concentradores activos. Es adecuada para entornos de oficina que usan aplicaciones basadas en texto y donde los usuarios no acceden frecuentemente al servidor de archivos. Las versiones mas nuevas de ARCNET soportan cable de fibra óptica y de par-trenzado. Debido a que su esquema de cableado flexible permite de conexión largas y como se pueden tener configuraciones en estrella en la misma red de área local (LAN Local Área Network). ARCNET es una buena elección cuando la velocidad no es un factor determinante pero el precio si. Ademas, el cable es del mismo tipo del que se utiliza para la conexión de de terminales IBM 3270 a computadoras centrales de IBM y puede que va este colocado en algunos edificios.

TOPOLOGÍA

La topología de red se define como una familia de comunicación usada por los computadores que conforman una red para intercambiar datos. El concepto de red puede definirse como "conjunto de nodos interconectados". Un nodo es el punto en el que una curva se intercepta a sí misma. Lo que un nodo es concretamente, depende del tipo de redes a que nos refiramos.

Tipos de arquitecturas

La topologia en estrella:
Reduce la posibilidad de fallo de red conectando todos los nodos a un nodo central. Cuando se aplica a una red basada en la topología estrella este concentrador central reenvía todas las transmisiones recibidas de cualquier nodo periférico a todos los nodos periféricos de la red, algunas veces incluso al nodo que lo envió. Todos los nodos periféricos se pueden comunicar con los demás transmitiendo o recibiendo del nodo central solamente. Un fallo en la línea de conexión de cualquier nodo con el nodo central provocaría el aislamiento de ese nodo respecto a los demás, pero el resto de sistemas permanecería intacto. El tipo de concentrador hub se utiliza en esta topología, aunque ya es muy obsoleto; se suele usar comúnmente un switch.
Ventajas

• Si una computadora se desconecta o se rompe el cable solo queda fuera de la red aquel equipo.
• Posee un Sistema que permite agregar nuevos equipos fácilmente.
• Reconfiguración Rápida.
• Fácil de prevenir daños y/o conflictos.
• Centralización de la red.
• Esta red es de costo económico.

Desventajas

• Si el Hub (repetidor) o switch central falla, toda la red deja de transmitir.
• Es costosa, ya que requiere más cable que las topologías bus o anillo.
• El cable viaja por separado del concentrador a cada computadora.

Topologia en árbol:

(también conocida como topología jerárquica) puede ser vista como una colección de redes en estrella ordenadas en una jerarquía. Éste árbol tiene nodos periféricos individuales (por ejemplo hojas) que requieren transmitir a y recibir de otro nodo solamente y no necesitan actuar como repetidores o regeneradores. Al contrario que en las redes en estrella, la función del nodo central se puede distribuir.
Ventajas

• Cableado punto a punto para segmentos individuales.

• Soportado por multitud de vendedores de software y de hardware.

• Facilidad de resolución de problemas

Desventajas

• Se requiere mucho cable.

• La medida de cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado.

• Si se viene abajo el segmento principal todo el segmento se viene abajo con él.

• Es más difícil su configuración.

La topología de red mallada:

Es una topología de red en la que cada nodo está conectado a todos los nodos. De esta manera es posible llevar los mensajes de un nodo a otro por diferentes caminos. Si la red de malla está completamente conectada, no puede existir absolutamente ninguna interrupción en las comunicaciones. Cada servidor tiene sus propias conexiones con todos los demás servidores.

Ventajas

• Es posible llevar los mensajes de un nodo a otro por diferentes caminos.
• No puede existir absolutamente ninguna interrupción en las comunicaciones.
• Cada servidor tiene sus propias comunicaciones con todos los demás servidores.
• Si falla un cable el otro se hará cargo del tráfico.
• No requiere un nodo o servidor central lo que reduce el mantenimiento.
• Si un nodo desaparece o falla no afecta en absoluto a los demás nodos.
• Si desaparece no afecta tanto a los nodos de redes.

Desventajas

• El costo de la red puede aumentar en los casos en los que se implemente de forma alámbrica, la topología de red y las características de la misma implican el uso de más recursos.
• En el caso de implementar una red en malla para atención de emergencias en ciudades con densidad poblacional de más de 5000 habitantes por kilómetro cuadrado, la disponibilidad del ancho de banda puede verse afectada por la cantidad de usuarios que hacen uso de la red simultáneamente; para entregar un ancho de banda que garantice la tasa de datos en demanda y, que en particular, garantice las comunicaciones entre organismos de rescate, es necesario instalar más puntos de acceso, por tanto, se incrementan los costos de implementación y puesta en marcha.

Topología en Bus: 

En esta topología, los elementos que constituyen la red se disponen linealmente, es decir, en serie y conectados por medio de un cable; el bus. Las tramas de información emitidas por un nodo (terminal o servidor) se propagan por todo el bus(en ambas direcciones), alcanzado a todos los demás nodos. Cada nodo de la red se debe encargar de reconocer la información que recorre el bus, para así determinar cual es la que le corresponde, la destinada a él.

Es el tipo de instalación más sencillo y un fallo en un nodo no provoca la caída del sistema de la red. 

Por otra parte, una ruptura del bus es difícil de localizar(dependiendo de la longitud del cable y el número de terminales conectados a él) y provoca la inutilidad de todo el sistema.

Topología en Anillo: 

Los nodos de la red se disponen en un anillo cerrado conectados a él mediante enlaces punto a punto. La información describe una trayectoria circular en una única dirección y el nodo principal es quien gestiona conflictos entre nodos al evitar la colisión de tramas de información. En este tipo de topología, un fallo en un nodo afecta a toda la red aunque actualmente hay tecnologías que permiten mediante unos conectores especiales, la desconexión del nodo averiado para que el sistema pueda seguir funcionando.

Dispositivos de red

Conmutador o switch: es un dispositivo digital lógico de interconexión de redes de computadoras que opera en la capa de enlace de datos del modelo OSI. Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes de red, pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino de las tramas en la red.

Enrutador o router: es un dispositivo que proporciona conectividad a nivel de red o nivel tres en el modelo OSI. Su función principal consiste en enviar o encaminar paquetes de datos de una red a otra, es decir, interconectar subredes, entendiendo por subred un conjunto de máquinas IP que se pueden comunicar sin la intervención de un router (mediante bridges), y que por tanto tienen prefijos de red distintos.

Puente de red o bridge: es un dispositivo de interconexión de redes de ordenadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. Este interconecta segmentos de red (o divide una red en segmentos) haciendo la transferencia de datos de una red hacia otra con base en la dirección física de destino de cada paquete. El término bridge, formalmente, responde a un dispositivo que se comporta de acuerdo al estándar IEEE 802.1D. En definitiva, un bridge conecta segmentos de red formando una sola subred (permite conexión entre equipos sin necesidad de routers). Funciona a través de una tabla de direcciones MAC detectadas en cada segmento al que está conectado. Cuando detecta que un nodo de uno de los segmentos está intentando transmitir datos a un nodo del otro, el bridge copia la trama para la otra subred, teniendo la capacidad de desechar la trama (filtrado) en caso de no tener dicha subred como destino. Para conocer por dónde enviar cada trama que le llega (encaminamiento) incluye un mecanismo de aprendizaje automático (autoaprendizaje) por lo que no necesitan configuración manual.

 Brouter (contracción de las palabras en inglés bridge y router): es un dispositivo de interconexión de redes de computadoras que funciona como un puente de red y como un enrutador. Un brouter puede ser configurado para actuar como puente de red para parte del tráfico de la red, y como enrutador para el resto.

Punto de acceso inalámbrico (WAP o AP por sus siglas en inglés: Wireless Access Point): en redes de computadoras es un dispositivo que interconecta dispositivos de comunicación alámbrica para formar una red inalámbrica. Normalmente un WAP también puede conectarse a una red cableada, y puede transmitir datos entre los dispositivos conectados a la red cable y los dispositivos inalámbricos. Muchos WAPs pueden conectarse entre sí para formar una red aún mayor, permitiendo realizar "roaming".

Son los encargados de crear la red, están siempre a la espera de nuevos clientes a los que dar servicios. El punto de acceso recibe la información, la almacena y la transmite entre la WLAN(Wireless LAN) y la LAN cableada.

Un único punto de acceso puede soportar un pequeño grupo de usuarios y puede funcionar en un rango de al menos treinta metros y hasta varios cientos. Este o su antena normalmente se colocan en alto pero podría colocarse en cualquier lugar en que se obtenga la cobertura de radio deseada.

El usuario final accede a la red WLAN a través de adaptadores. Estos proporcionan una interfaz entre el sistema de operación de red del cliente (NOS: Network Operating System) y las ondas, mediante una antena inalámbrica.