Concepto de Red y Sistema Jerárquico: Aspectos Estructurales

Tras la explosión de la informática primero y de la cultura del ciberespacio después, son muchos los expertos que se internaron a investigar la topología de redes, si bien tales estudios comenzaron con bastante antelación. Numerosos fan de Internet consideran que una estructura en red resulta ser más eficiente que las denominadas topologías jerárquicas o arborescentes, como lo son la mayor parte de las clasificaciones o taxonomías convencionales. He tenido que sufrir varias discusiones por tal motivo. El problema estriba en un error de apreciación ampliamente difundido: las redes y las jerarquías son dos tipos de estructuras radicalmente diferentes. ¿Cierto o falso?: ¡Falso!, rotundamente falso. Las jerarquías no son ni más ni menos que un tipo concreto de red, entre otros muchos.  Veamos en que consiste una confusión tan extendida.

Imagen artística de un conjunto elaborada

Una red puede definirse como un conjunto de puntos (objetos, nodos) que interactúan de algún modo entre sí. Su visualización suele realizarse apelando al auxilio de grafos, tal como lo serán casi todas las imágenes que expondré en este post. Del mismo modo, un sistema jerárquico no es más que una red cuya configuración obedece a un conjunto de reglas específicas. Existen otras muchas tipologías.    

Un conjunto de puntos aislados

Autor: J. J.Ibáñez

Así, por ejemplo, en Wikipedia se muestran los siguientes tipos de redes según su topología y direccionalidad (existen otros tipos de clasificaciones):

Por topología de la red

Las redes de ordenadores se pueden clasificar según la topología de la red sobre la cual la red se basa, por ejemplo red de bus, red de estrella, red del anillo, red del acoplamiento, red del Estrella-bus, árbol o red jerárquica de la topología, el etc. La topología se puede arreglar en un Argumento geométrico.

Arquitecturas de red

• Por Topología de red:
  • red de bus
  • red de estrella
  • red de anillo (o doble anillo)
  • red en malla (o totalmente conexa)
  • Red en árbol
  • Red Mixta (cualquier combinación de las anteriores)

• Según la direccionalidad de los datos (tipos de transmisión)
  • simplex (unidireccionales), un Equipo Terminal de Datos transmite y otro recibe. (p.e. Streaming)
  • half-duplex (bidireccionales), sólo un equipo transmite a la vez. También se llama ´´semi-duplex´´.
  • full-duplex (bidireccionales) , ambos pueden transmitir y recibir a la vez una misma información.

Como podéis observar, uno de los tipos de configuración considerados resulta ser la Red en árbol, que no es otra cosa que lo que denominamos estructura jerárquica. Ya hablamos de las bondades y debilidades de estas últimas en diversos post incluidos en la categoría “taxonomía y clasificaciones”. Sin embargo, conviene que leáis también el titulado “Concepto de Complejidad, ya que os ayudará mucho a entender tales estructuras desde el punto de vista de los sistemas complejos.

Conjunto de puntos aislados en donde el tamaño

representa algún tipo de abundancia relativa 

Autor: J. J. Ibáñez

Me ha resultado tan difícil encontrar gráficos adecuados que me he visto obligado a elaborarlos personalmente, al objeto de explicar mi punto de vista. Lamento castigar vuestro sentido de la estética con ellos, por cuanto no es muy punto fuerte. 

Una red no jerárquica con interacciones

monodireccionales y bidireccionales.

Autor: J. J: Ibáñez

Honestamente, no conozco bien todos los tipos de redes topológicas que existen, o las diferentes propuestas que se han realizado con vistas a dar cuenta de su taxonomía. Lo que si puedo adelantar es que diferentes tipos de estructuras topológicas atesoran cualidades concretas y adolecen de problemas específicos. No existe “a priori” una configuración óptima. Dependiendo del objetivo, o de la funcionalidad que deseemos que adquieran, unas clases serán mejor que otras. Estamos acostumbrados a sufrir a los “Poderes” de diversa índole como ciudadanos. Y resulta que casi todos ellos atesoran una estructura jerárquica y piramidal. Así por ejemplo, un Estado laico como el español esta constituido por un Presidente (y/o Jefe de Estado), uno (o unos pocos) Vicepresidente(s), varios Secretarios de Estado, muchos más Directores Generales, un número mayor de Subdirectores generales, y así…….. hasta los ciudadanos de a pié (generalmente millones). Topamos pues con una “Curva de Willis” (de la que tanto os hemos hablado con anterioridad) que nace, al menos en este paso, de la propia naturaleza de los sistemas jerárquicos. Por esta razón muchos ciudadanos y algunos científicos las aborrecen, considerando otros tipos de red como mejores alternativas.

Una red de tipo jerárquico, soslayando

El simbolismo arborescente. Fuente: J. J. Ibáñez

Sin embargo, reiteramos que una red es una jerarquía, tanto como cualquier otra, por lo que no debemos dejarnos condicionar por este tipo de sesgos culturales. Tanto Internet como las redes sociales, poseen objetivos concretos, uno de los cuales consiste en generar un entramado de relaciones horizontales entre el mayor número posible de los nodos de la red, soslayando así un control jerárquico, a la par que se favorece el flujo rápido de información entre a lo largo y ancho de todo el entramado. Con vistas a conseguir tales objetivos, resulta obvio que una estructura arborescente o jerárquica no es la mejor solución. En estos casos, se requiere otro tipo de topologías, pero no cualquiera. Ya os mostraremos en otros post que la evolución espontánea del ciberespacio genera (i) una estructura denominada de “mundos pequeños” que difiere ostensiblemente de otra aleatoria y (ii) en alguna medida emergen también “aspectos” que denuncian una cierta jerarquización.

Pero veamos lo que nos dice Wikipedia de las redes jerárquicas:     

Red en topología de árbol

Topología de red en la que los nodos están colocados en forma de árbol. Desde una visión topológica, la conexión en árbol es parecida a una serie de redes en estrella interconectadas salvo en que no tiene un nodo central. En cambio, tiene un nodo de enlace troncal, generalmente ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos. Es una variación de la red en bus, la falla de un nodo no implica interrupción en las comunicaciones. Se comparte el mismo canal de comunicaciones. La topología en árbol puede verse como una combinación de varias topologías en estrella. Tanto la de árbol como la de estrella son similares a la de bus cuando el nodo de interconexión trabaja en modo difusión, pues la información se propaga hacia todas las estaciones, solo que en esta topología las ramificaciones se extienden a partir de un punto raíz (estrella), a tantas ramificaciones como sean posibles, según las características del árbol.

Los problemas asociados a las topologías anteriores radican en que los datos son recibidos por todas las estaciones sin importar para quien vayan dirigidos. Es entonces necesario dotar a la red de un mecanismo que permita identificar al destinatario de los mensajes, para que estos puedan recogerlos a su arribo. Además, debido a la presencia de un medio de transmisión compartido entre muchas estaciones, pueden producirse interferencia entre las señales cuando dos o más estaciones transmiten al mismo tiempo.

La solución al primero de estos problemas aparece con la introducción de un identificador de estación destino. Cada estación de la LAN está unívocamente identificada. Para darle solución al segundo problema (superposición de señales provenientes de varias estaciones), hay que mantener una cooperación entre todas las estaciones, y para eso se utiliza cierta información de control en las tramas que controla quien transmite en cada momento (control de acceso al medio)se pierde por completo la información si no la utilizas.

Tipos de redes conforme a Wikipedia

Ya analizaremos el tema con mayor atención cuando hablemos de las propiedades de las redes jerárquicas y no jerárquicas. Dependiendo de los objetivos, ciertas topologías son mejores que otras. Las propias formas de la naturaleza nos ofrecen las respuestas o soluciones. La geometría de los cauces fluviales, los sistemas vasculares, la ramificación de los árboles y arbustos, etc., no son más que meras estructuras jerárquicas. Por algo será. Del mismo modo, las configuraciones en panal, fragmentación superficial de ciertos tipos de suelos, redes tróficas, redes ecológicas, etc., tienen más a adoptar configuraciones que popular e indebidamente se asocian a las redes. Por algo será. Ya hablaremos de ello.

Representación habitual de las redes jerárquicas

Juan José Ibáñez

La cuestión es que solemos representar a las redes no jerárquicas de una forma, mientras que a las jerárquicas las asimilamos a un árbol, lo cual da la impresión que se trata de estructuras claramente distintas, pero no es así.  Para finalizar por hoy, dejar claro que existen muchos tipos de redes no jerárquicas con estructuras y funcionalidades dispares. No todo se soluciona creando una dicotomía jerárquica-no jerárquica, aunque tal parece ser la idea que sostienen algunos expertos y ciudadanos.

Continuará……

Juan José Ibáñez