Fundamentos de Redes y Topologas

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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 ltltparesgtgt 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
35
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
53
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.

59
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.