¿Qué topologías de red existen? Bus, estrella, anillo, malla, árbol, híbridas, broadcast, token (capítulo 6)

En esta lección vamos a estudiar las diferentes formas en que se pueden disponer físicamente los nodos de una red (topología física) y cómo circula la información entre ellos (topología lógica). Comprender las topologías es esencial para el diseño, el montaje y la resolución de incidencias dentro de las redes locales.

6. ¿Qué topologías de red existen?

La topología de red describe la forma en que están interconectados los equipos. Se distinguen dos perspectivas:

• Topología física: disposición geométrica real de los cables, dispositivos y nodos (cómo se ve la red).
• Topología lógica: manera en que los datos circulan por la red (cómo se comporta la red, independientemente de su cableado físico).

Ambas topologías pueden NO coincidir. Por ejemplo, una red puede tener topología física en estrella (todos los cables llegan a un switch) pero topología lógica en bus (los datos se difunden por todos los puertos del switch). Es fundamental no confundirlas.

6.1. Topologías físicas

a) Topología en bus

https://youtu.be/dsrXrr8TnS0

Descripción

Todos los nodos se conectan a un mismo medio de transmisión compartido (un cable troncal o backbone). En cada extremo del cable se coloca un terminador para evitar reflexiones de la señal.

Características

• Es la topología clásica de las primeras redes Ethernet (10BASE2, 10BASE5).
• Un solo cable recorre todos los puestos; los nodos se conectan mediante derivadores o “vampiros”.
• Si el cable se rompe en cualquier punto, toda la red cae.
• Actualmente obsoleta en LAN cableadas, pero el concepto se mantiene en redes inalámbricas (el medio radioeléctrico es compartido).

Ventajas

• Sencillez de instalación inicial.
• Bajo consumo de cable (un solo tendido troncal).

Inconvenientes

• Poca fiabilidad: rotura del cable deja toda la red inoperativa.
• Difícil localización de averías.
• Baja escalabilidad: añadir nodos implica cortar el bus o usar derivadores.
• Baja velocidad efectiva por colisiones (todos comparten el mismo medio).

Ejemplo histórico: Redes Ethernet con cable coaxial fino (10BASE2) en los años 80-90, donde se usaban conectores T y terminadores BNC.

b) Topología en estrella

https://youtu.be/EjCY_yVYNjE

Descripción

Todos los nodos se conectan a un nodo central (concentrador, hub o switch). Cada equipo tiene su propio cable dedicado hasta el centro.

Características

• Es la topología predominante en las LAN actuales con cableado estructurado.
• El nodo central puede ser un switch (topología en estrella conmutada) o un hub (obsoleto).
• La caída de un cable afecta solo a ese equipo; la caída del nodo central afecta a toda la red.
• Fácil de administrar y ampliar.

Ventajas

• Fiabilidad: un fallo en un cable no afecta a los demás.
• Fácil localización de averías.
• Escalable: se añaden nuevos puertos al switch o nuevos switches en cascada.
• Permite gestión centralizada (monitorización, VLANs, seguridad por puerto).

Inconvenientes

• Mayor consumo de cable (cada puesto necesita su línea hasta el armario).
• Dependencia del nodo central: si falla el switch, cae toda la red (mitigable con redundancia).
• Coste del switch (aunque hoy es asequible).

Ejemplo práctico: La red de un aula de informática con 25 PCs, cada uno con su latiguillo UTP hasta un switch de 48 puertos en el armario del aula.

c) Topología en anillo

https://youtu.be/p4H2H8Y0kWM

Descripción

Los nodos se conectan formando un círculo cerrado. Cada equipo recibe la señal, la regenera y la retransmite al siguiente. Si un nodo o enlace falla, se interrumpe el anillo.

Variantes

• Anillo simple: un único sentido de transmisión; la rotura de un enlace deja fuera toda la red.
• Anillo doble (FDDI): dos anillos contrarrotativos; si falla uno, el otro mantiene la comunicación.
• Token Ring (IEEE 802.5): topología lógica en anillo sobre cableado en estrella (ver más adelante).

Ventajas

• Sin colisiones (el acceso al medio está controlado por paso de testigo).
• Rendimiento predecible en entornos con mucho tráfico.
• En anillo doble, tolerancia a fallos.

Inconvenientes

• Coste y complejidad de instalación.
• La rotura de un tramo o nodo afecta a toda la red (salvo en anillo doble).
• Difícil localización de averías.
• Menor flexibilidad para añadir o quitar equipos.

Ejemplo histórico: Redes Token Ring de IBM en los años 80-90, usadas en banca y grandes corporaciones. Actualmente casi desaparecidas, sustituidas por Ethernet.

d) Topología en malla

Descripción

Cada nodo se conecta con varios o todos los demás nodos. Existen dos variantes:

• Malla completa: todos los nodos están conectados directamente entre sí (n*(n-1)/2 enlaces).
• Malla parcial: cada nodo se conecta al menos a dos o más nodos, creando rutas alternativas.

Características

• Se usa principalmente en redes WAN, Internet backbone, y en entornos que requieren alta disponibilidad.
• Proporciona redundancia: si un enlace falla, el tráfico se encamina por otra ruta.
• Es costosa y compleja de cablear.

Ventajas

• Máxima fiabilidad y tolerancia a fallos.
• Rutas alternativas: el tráfico se reparte, mejorando el rendimiento.
• Seguridad: si un nodo cae, los demás siguen comunicándose.

Inconvenientes

• Muy alto consumo de cable y puertos.
• Complejidad de administración y configuración (protocolos de enrutamiento).
• Coste elevado.

Ejemplo: La red troncal de un gran centro de datos donde cada switch de núcleo está conectado a varios switches de acceso y a otro de núcleo para asegurar continuidad de servicio.

e) Topología en árbol (jerárquica)

Descripción

Es una combinación de varias redes en estrella conectadas entre sí mediante switches de nivel superior. Tiene una estructura jerárquica con niveles: núcleo (core), distribución y acceso.

Características

• Es la topología más habitual en redes LAN medianas y grandes.
• Los switches de acceso conectan los equipos finales; los de distribución agregan el tráfico; los de núcleo interconectan los niveles superiores.
• Permite crecimiento ordenado y segmentación del tráfico.

Ventajas

• Escalabilidad: se pueden añadir más ramas sin alterar la estructura.
• Facilidad de administración por niveles.
• Segmentación de dominios de colisión y difusión (con switches y VLANs).
• Diagnóstico más sencillo al aislar ramas.

Inconvenientes

• Mayor número de dispositivos intermedios.
• Dependencia de los niveles superiores: si cae el switch de núcleo, se pierde la conexión entre ramas.
• Requiere planificación del cableado vertical y horizontal.

Ejemplo: Un instituto con un armario principal en conserjería (switch de núcleo) y armarios de planta en cada pasillo (switches de acceso). Los de planta se conectan al principal con fibra, formando un árbol.

f) Topología híbrida o mixta

Descripción

Combina dos o más topologías básicas. Las redes reales suelen ser híbridas: por ejemplo, una estrella en cada planta y un árbol para unir las plantas; o una malla parcial en el núcleo y estrellas en el acceso.

Ventajas

• Flexibilidad: se adapta a las necesidades físicas del edificio.
• Optimización de costes y fiabilidad.

Inconvenientes

• Mayor complejidad de diseño y documentación.

Ejemplo: Un campus con tres edificios, cada uno con red en estrella, interconectados por fibra formando un anillo (topología híbrida estrella-anillo).

6.2. Topologías lógicas

La topología lógica describe cómo se controla el acceso al medio y cómo viajan los datos entre los nodos, sin importar cómo estén físicamente conectados. Las dos principales en redes locales son:

a) Broadcast (difusión)

Concepto

Todos los equipos comparten el mismo medio y cuando uno transmite, su señal llega a todos los demás. Solo el destinatario procesa la trama; el resto la descarta.

Protocolos

• Ethernet con hubs: físicamente en estrella, lógicamente en bus (broadcast). El hub repite la señal por todos los puertos.
• Wi-Fi: el medio radioeléctrico es intrínsecamente broadcast; todos los dispositivos en el mismo canal escuchan las tramas.

Mecanismo de control de acceso

• CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection): usado en Ethernet clásico con hubs. Cada equipo escucha antes de transmitir (carrier sense); si detecta colisión, espera un tiempo aleatorio y reintenta.
• CSMA/CA (Collision Avoidance): usado en Wi-Fi. Se intenta evitar colisiones mediante esperas y confirmaciones (ACK).

Ventajas

• Simplicidad, no se requiere configuración especial.
• Baja latencia si hay poco tráfico.

Inconvenientes

• Colisiones cuando hay muchos equipos transmitiendo a la vez.
• Reducción del rendimiento a medida que aumenta el número de nodos.
• Seguridad: cualquiera puede “escuchar” el tráfico (especialmente en Wi-Fi).

Ejemplo: Una red cableada con un hub (obsoleta) o una red Wi-Fi doméstica. En ambos casos, si dos equipos transmiten a la vez, se produce colisión o contención.

b) Token passing (paso de testigo)

Concepto

Un paquete especial llamado testigo (token) circula continuamente por el anillo (o por la red en secuencia). Solo el equipo que posee el testigo puede transmitir; al terminar, lo pasa al siguiente nodo.

Protocolos

• Token Ring (IEEE 802.5): topología física en estrella (con una MAU central) pero lógica en anillo. El token viaja de un equipo a otro siguiendo un orden fijo.
• FDDI (Fiber Distributed Data Interface): doble anillo con fibra, usado como backbone.

Ventajas

• Sin colisiones: el rendimiento es predecible incluso con mucho tráfico.
• Equitativo: todos los nodos tienen la misma oportunidad de transmitir.
• Ideal para entornos con requisitos de tiempo real (antiguos entornos industriales).

Inconvenientes

• Complejidad: hay que gestionar la pérdida del token, la inserción/salida de estaciones.
• Mayor latencia en redes con muchos nodos (el token tarda en recorrer el anillo).
• Tecnología en desuso, sustituida por Ethernet conmutada.

Ejemplo histórico: Redes Token Ring en bancos y hospitales, donde la fiabilidad y el rendimiento predecible eran prioritarios.

c) Comparación broadcast vs token passing

6.3. Relación entre topología física y lógica

Es crucial entender que una misma topología física puede soportar diferentes topologías lógicas, y viceversa:

En las LAN modernas con switches, la topología física suele ser en estrella o en árbol, y la topología lógica es conmutada (cada comunicación es punto a punto entre el emisor y el receptor, sin colisiones). El broadcast solo se utiliza para tráfico de difusión (ARP, DHCP) y se puede limitar mediante VLANs.

6.4. Aplicaciones para representar topologías

En el currículo se menciona la utilización de aplicaciones para representar el mapa físico de la red. Algunas herramientas útiles:

• Microsoft Visio: dibujo de diagramas de red con plantillas de equipos y conectores.
• Lucidchart: herramienta online colaborativa para diagramas de red.
• Draw.io (diagrams.net): gratuita, versátil, integrable con Google Drive/Confluence.
• Cisco Packet Tracer: simulador que permite diseñar topologías lógicas y probarlas.
• GNS3: emulador para topologías complejas con routers y switches virtuales.
• Edraw Max: software de diagramas con plantillas específicas de red.

Estas herramientas permiten documentar la topología física (dónde está cada equipo, cableado, racks) y la topología lógica (direcciones IP, VLANs, rutas).

6.5. Comparación y breves consejos para la elección de una tipología

La elección de una topología de red depende de los requisitos específicos de una organización. La topología de estrella es ideal cuando se necesita una administración centralizada y una alta confiabilidad.

La topología en anillo ofrece redundancia y tolerancia a fallos. La topología en bus es adecuada para redes pequeñas y de bajo costo. En conclusión, comprender las topologías de red es fundamental para diseñar una red que se adapte a las necesidades de una organización.

Cada topología tiene sus ventajas y desventajas y la elección dependerá de factores como el rendimiento, la redundancia y el presupuesto.

Al seleccionar la topología más adecuada, se puede construir una red lo más eficiente y confiable posible, capaz de cumplir con los objetivos de comunicación que la organización u empresa requiera.

Resumen de la lección

• La topología física es la disposición física de los cables y equipos; la lógica es cómo viajan los datos.
• Las topologías físicas más importantes: bus, estrella, anillo, malla, árbol e híbridas.
• La estrella es la más utilizada en LAN actuales con switches; el árbol para redes grandes; la malla para alta disponibilidad.
• Las topologías lógicas clásicas: broadcast (Ethernet con hub, Wi-Fi) y token passing (Token Ring, FDDI).
• En redes modernas con switches, la topología lógica es conmutada, sin colisiones y con dominios de difusión limitados por VLANs.
• Herramientas como Visio, Draw.io o Packet Tracer permiten representar y documentar topologías.

Preguntas de autoevaluación

1. Define topología física y topología lógica. ¿Pueden ser diferentes? Justifica con un ejemplo.
2. Dibuja (mentalmente o en papel) una topología en bus e indica sus principales inconvenientes.
3. ¿Por qué la topología en estrella es la más utilizada en LAN actuales?
4. Explica cómo funciona una topología en anillo con token passing.
5. ¿Qué ventajas ofrece la topología en malla? ¿En qué entornos se usa?
6. Describe la topología en árbol y pon un ejemplo de aplicación.
7. ¿Qué diferencia hay entre CSMA/CD y CSMA/CA? ¿En qué tecnologías se utilizan?
8. ¿Por qué en una red con switch no hay colisiones?
9. Enumera tres herramientas para dibujar mapas de red.
10. ¿Cuál es la topología lógica de una Wi-Fi? ¿Y la física?

Con esto, terminan los tipos de topologías físicas y lógicas. A continuación, vamos a revisar la representación gráfica de una red (diagramas de red) y los estructuras alternativas de una red (redes convergentes, SDN).

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