(topología). Parte de la geometría que estudia las propiedades invariantes en las deformaciones continuas; dos figuras son equivalentes siempre que se pueda pasar de la una a la otra por una deformación continua, cualquiera que sea la ley de esta deformación. || Término utilizado de forma general en informática para designar el diseño físico o la configuración de un sistema.

La topología de una red se refiere a la “estructura” de la red, es decir, a la forma en que todas las máquinas, denominadas participantes o usuarios, están conectadas entre sí. La selección de una topología adecuada depende del tamaño de la instalación, de la cantidad de usuarios, de la distancia entre nodos, del tipo de control de acceso al medio y de las características físicas del canal de comunicación.

La topología más simple es la punto a punto (point-to-point), que consiste en un único enlace entre dos máquinas. Esta configuración suele funcionar bien en instalaciones muy pequeñas. Sin embargo, cuando la instalación crece y se requiere comunicación entre todos los participantes, la configuración puede volverse muy compleja. En ese caso aparece la topología de malla (mesh topology), en la que cada usuario se conecta con todos los demás. Aunque esta disposición ofrece gran redundancia y múltiples caminos de comunicación, también exige una gran cantidad de líneas e interfaces, lo que incrementa notablemente el costo de hardware y de instalación.

A medida que los sistemas aumentaron de tamaño, se desarrolló el concepto de bus o red de área local (local area network, LAN). En este enfoque, cada usuario dispone de una sola interfaz de comunicación y un único cable o medio conecta a todos los participantes. Físicamente, esta organización puede implementarse mediante una estructura en árbol (tree topology) o mediante una estructura en cadena margarita (daisy chain topology). En la topología de árbol se emplean derivaciones, divisores o puntos de conexión para separar la información del bus principal y llevarla hacia las distintas ramas. La topología en cadena margarita es similar, pero el cable principal entra y sale sucesivamente de las interfaces de los usuarios. Este método requiere aislamiento entre la electrónica de la interfaz y el bus, para evitar que una falla en la interfaz afecte al resto de la red.

En ciertas aplicaciones, generalmente condicionadas por la disposición geográfica de los equipos, también es necesario configurar la red en una topología de estrella (star topology). Esta estructura funciona de manera parecida a una red tipo árbol, pero con un troncal muy corto y varias ramas que convergen hacia un punto central, como un concentrador o hub. La topología en estrella es muy utilizada por su facilidad de organización, mantenimiento y expansión, aunque la dependencia del punto central puede transformarlo en un elemento crítico del sistema.

Una vez desarrollado el concepto de comunicación tipo bus, surgió inmediatamente el problema del control del acceso al medio. En la comunicación punto a punto, el control suele ser del tipo maestro-esclavo (master-slave). Este sistema funciona adecuadamente cuando existe un dispositivo principal que coordina a los demás. Si una de las estaciones esclavas falla, la comunicación puede continuar entre el maestro y los otros nodos. Sin embargo, en un entorno de control distribuido, donde todos los usuarios deben tener acceso al bus, la dependencia de una estación maestra puede resultar inaceptable, ya que su falla provocaría la pérdida de comunicación del sistema completo.

Esta necesidad llevó al desarrollo de la comunicación entre pares (peer-to-peer). En este formato, ningún usuario tiene control absoluto sobre la red. En su lugar, se establece un protocolo que permite compartir el control del bus entre todos los participantes. En las comunicaciones de PLC, este mecanismo suele adoptar la forma de una red por paso de testigo (token passing) o de una red de acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisión (carrier sense multiple access/collision detect, CSMA/CD).

El método de paso de testigo significa que todos los participantes en la red disponen de una lista completa de los nodos, incluido cada uno de ellos mismos, normalmente identificados por una dirección o número de nodo en orden ascendente. En cualquier instante, uno de los nodos posee el testigo por un tiempo igual o inferior a un máximo predefinido. Durante ese intervalo, puede enviar datos o solicitar información a cualquier otro nodo. Una vez finalizado ese tiempo, o una vez agotado su máximo permitido, el nodo “pasa” el testigo al siguiente participante de la lista y vuelve a escuchar, aunque todavía reciba el token. Este método permite un acceso ordenado y controlado al medio compartido.

Las redes CSMA/CD, conocidas de manera muy común como Ethernet, funcionan con un principio diferente. No existe un control absoluto de la red, sino que cada usuario detecta por sí mismo si el medio está libre o en uso. Este mecanismo se conoce como detección de portadora (carrier sense). Cuando una estación detecta actividad en la red, espera; cuando percibe el medio libre, intenta transmitir o solicitar datos. Como más de un usuario puede intentar acceder al medio al mismo tiempo, pueden ocurrir colisiones. En ese caso, ambos mensajes se corrompen eléctricamente. El sistema entonces detecta la colisión, interrumpe la transmisión, espera un tiempo aleatorio y vuelve a intentar el acceso. Este procedimiento permite compartir el medio entre múltiples estaciones sin un controlador central fijo.

Además de la topología lógica o física de la red, es esencial considerar el medio de transmisión (transmission medium). El medio de transmisión es el camino físico entre el transmisor y el receptor dentro de una red de comunicaciones. En redes locales, los medios más comunes incluyen el cable de par trenzado (twisted-pair wire), el cable coaxial (coaxial cable) y la fibra óptica (optical fibre). Además, también pueden emplearse formas de propagación electromagnética a través de la atmósfera para conexiones entre edificios o en áreas geográficas extensas.

Los distintos medios pueden describirse mediante un conjunto de características fundamentales. La primera es la descripción física (physical description), que se refiere a la naturaleza material del medio de transmisión. La segunda corresponde a las características de transmisión (transmission characteristics), que incluyen si se emplea conmutación analógica o digital, la técnica de modulación, la capacidad y el rango de frecuencias sobre el cual se produce la transmisión. También debe considerarse la conectividad (connectivity), es decir, si el medio es de tipo punto a punto o multipunto. Otro parámetro importante es el alcance geográfico (geographic scope), que determina la distancia máxima entre puntos de la red. A esto se suma la inmunidad al ruido (noise immunity), entendida como la resistencia del medio a la contaminación o alteración de los datos transmitidos, y el costo relativo (relative cost), que depende de los equipos, la instalación y el mantenimiento.

Los medios o canales de transmisión poseen también parámetros eléctricos y de señalización muy importantes. Uno de ellos es el ancho de banda (bandwidth), que representa una característica eléctrica de la línea o del circuito. Este parámetro indica el rango de frecuencias, medido en hertz, que puede transmitirse con éxito a través del medio. En términos simples, cuanto mayor es el ancho de banda, mayor es la capacidad potencial del canal para transportar información.

Otro parámetro fundamental es la velocidad en baudios (baud rate). Este valor expresa el número de elementos de señal o cambios de condición por segundo. Define la rapidez de señalización sobre la línea de transmisión. Un elemento de señal puede ser un valor discreto de tensión, una fase o una frecuencia. Es importante notar que la velocidad en baudios no es necesariamente igual a la velocidad de transmisión de bits, porque cada elemento de señal puede representar uno o más bits, dependiendo del sistema de codificación utilizado.

El tercer concepto importante es la capacidad del canal (channel capacity), que se define como la tasa máxima a la que el canal puede transportar información sin error. En información digital, esta capacidad se expresa en bits por segundo, y puede relacionarse con la velocidad en baudios multiplicada por la cantidad de bits representados por cada elemento de señal. En consecuencia, la capacidad del canal depende no solo del medio físico, sino también de la técnica de modulación, del ruido presente y del esquema de codificación empleado.

Desde el punto de vista práctico, la elección entre distintas topologías y distintos medios de transmisión no puede hacerse de manera aislada. Una topología de malla, por ejemplo, puede ofrecer gran confiabilidad al disponer de múltiples enlaces, pero su implementación física puede resultar demasiado compleja y costosa. Una topología en bus simplifica el cableado, pero exige mecanismos claros de control de acceso al medio. Una topología en estrella facilita la organización y la ampliación de la red, pero depende críticamente del nodo central. Del mismo modo, un medio como el par trenzado puede ser económico y fácil de instalar, mientras que la fibra óptica ofrece mayor inmunidad al ruido y mayor capacidad, aunque a un costo normalmente superior.

En sistemas industriales, en redes de control y en aplicaciones de automatización, estas decisiones son aún más críticas. La robustez frente a interferencias, la distancia entre nodos, la necesidad de sincronización, la velocidad de transmisión y la continuidad del servicio determinan qué topología y qué medio resultan más apropiados. Por ejemplo, en entornos con fuerte ruido electromagnético puede resultar ventajosa la fibra óptica; en instalaciones simples y compactas, el par trenzado puede ser suficiente; en arquitecturas distribuidas donde todos los nodos deben acceder al medio, protocolos como token passing o CSMA/CD adquieren gran importancia.

Términos relacionados :

• Topología de red. (Network topology)
• Estructura de red. (Network structure)
• Participantes de la red. (Network participants)
• Topología punto a punto. (Point-to-point topology)
• Topología en malla. (Mesh topology)
• Interfaz de comunicación. (Communication interface)
• Enlace de comunicación. (Communication link)
• Red de área local. (Local area network, LAN)
• Topología en árbol. (Tree topology)
• Topología en cadena margarita. (Daisy chain topology)
• Topología en estrella. (Star topology)
• Concentrador. (Hub)
• Bus de comunicación. (Communication bus)
• Nodo de red. (Network node)
• Control maestro-esclavo. (Master-slave control)
• Comunicación entre pares. (Peer-to-peer communication)
• Paso de testigo. (Token passing)
• Detección de portadora. (Carrier sense)
• Detección de colisión. (Collision detect)
• Acceso múltiple. (Multiple access)
• Red CSMA/CD. (CSMA/CD network)
• Ethernet. (Ethernet)
• Medio de transmisión. (Transmission medium)
• Par trenzado. (Twisted-pair wire)
• Cable coaxial. (Coaxial cable)
• Fibra óptica. (Optical fibre)
• Ancho de banda. (Bandwidth)
• Velocidad en baudios. (Baud rate)
• Capacidad del canal. (Channel capacity)
• Inmunidad al ruido. (Noise immunity)

En síntesis, las topologías de red definen la forma en que los nodos están conectados, mientras que los medios de transmisión determinan el camino físico por el cual viaja la información. Entre las topologías más importantes se encuentran la punto a punto, la malla, la árbol, la cadena margarita y la estrella. Entre los mecanismos de control del acceso destacan el modelo maestro-esclavo, el paso de testigo y el sistema CSMA/CD. Por su parte, los medios de transmisión se caracterizan por su naturaleza física, su ancho de banda, su velocidad de señalización, su capacidad, su inmunidad al ruido, su conectividad, su alcance y su costo. La correcta comprensión de estos conceptos es esencial para diseñar redes de comunicación eficientes, confiables y adecuadas a cada aplicación técnica.