%% Aquí irá el diagrama Mermaid de la lección
%% Ejemplo:
%% graph LR
%%   A[PLC] --> B[Switch industrial]
%%   B --> C[HMI]
%%   B --> D[Remotas de E/S]
    

1.7. Redes en estrella

ELEM0110 | Automatización Industrial

UF1793 | Arquitectura de Red en Estrella y Conmutación Industrial

1. Fundamentos técnicos de la red en estrella

En la planificación de redes industriales (UF1793), la topología en estrella representa el modelo dominante en las instalaciones modernas basadas en Ethernet industrial. A diferencia del bus lineal, donde todos los nodos comparten un único medio, en la estrella cada equipo se conecta punto a punto a un switch, que actúa como concentrador inteligente.

Para el técnico del certificado ELEM0110, entender la estrella no es solo saber dibujar un “hub” con cables alrededor, sino comprender que:

• Cada enlace físico es un canal independiente (full-duplex en la mayoría de casos).
• El switch decide qué trama va a qué puerto mediante tablas de direcciones MAC.
• La segmentación lógica (VLAN, subredes IP) permite separar tráfico de planta, HMI, SCADA, etc.

En una red en estrella bien diseñada, un fallo en un latiguillo o en una tarjeta de red afecta solo al nodo implicado, no a toda la red. Sin embargo, el punto crítico

1.1. Switch industrial frente a switch de oficina

En un entorno industrial, el switch no es un simple “repartidor de puertos”:

• Rango de temperatura ampliado, vibraciones, EMC y alimentación redundante.
• QoS (Quality of Service) para priorizar tráfico de control frente a tráfico de oficina.
• Soporte de protocolos industriales (Profinet, EtherNet/IP, Modbus TCP, etc.).
• Gestión (SNMP, web, CLI) para diagnóstico, monitorización y mantenimiento remoto.

En la práctica, el técnico de automatización debe ser capaz de leer la hoja de datos de un switch y decidir si es apto para:

• Montaje en carril DIN dentro de cuadro.
• Uso en zona de máquina con polvo, humedad o vibración.
• Integración en una arquitectura redundante (anillos MRP, RSTP, etc.).

1.2. Ventajas e inconvenientes de la estrella en planta

Ventajas principales:

• Aislamiento de fallos: un cable dañado afecta a un único nodo.
• Facilidad de diagnóstico: LEDs de puerto, estadísticas de errores, contadores.
• Escalabilidad: basta añadir puertos o nuevos switches en cascada.
• Compatibilidad: base Ethernet estándar, integrable con IT.

Inconvenientes y riesgos:

• Punto único de fallo: el switch central es crítico.
• Concentración de tráfico: si se dimensiona mal, aparecen colas y latencias.
• Topologías “estrella de estrellas” mal diseñadas: pueden generar bucles si no se controla el spanning tree.

2. Diseño de una estrella industrial robusta

2.1. Segmentación por zonas y niveles

En una planta típica, no se diseña una única estrella gigante, sino varias estrellas jerárquicas:

• Estrella de campo: switches cerca de las máquinas, conectando E/S remotas, variadores, HMI locales.
• Estrella de control: switches en sala de control, uniendo PLCs, servidores SCADA y estaciones de ingeniería.
• Enlace hacia red IT: routers o firewalls industriales que separan OT de la red corporativa.

Esta jerarquía permite limitar el impacto de un fallo y controlar mejor el tráfico de broadcast y las tormentas de red.

2.2. Redundancia en estrella: anillos y enlaces dobles

Aunque la estrella pura tiene un único camino por enlace, en la práctica se implementan anillos redundantes entre switches (MRP, RSTP, PRP, HSR, según fabricante y norma).

• Anillo de switches: si se corta un tramo, el tráfico circula por el lado opuesto.
• Enlaces dobles a PLCs o servidores: dos NIC o dos puertos con protocolos de redundancia.

El técnico de ELEM0110 debe ser capaz de interpretar un diagrama de red donde la estrella lógica se apoya en anillos físicos para garantizar disponibilidad.

3. Errores típicos en redes en estrella

• Uso de switches no industriales en cuadros con temperatura elevada o ruido eléctrico.
• Mezclar tráfico de oficina y de control sin VLAN ni separación lógica.
• Crear bucles físicos sin protocolos de spanning tree activados.
• Subdimensionar el backbone (por ejemplo, troncal a 100 Mbps con muchas celdas de producción).

Estos errores no siempre provocan una caída inmediata, pero sí comportamientos intermitentes: pérdida de paquetes, retardos en HMI, alarmas que llegan tarde, etc., que son difíciles de diagnosticar si no se ha documentado bien la arquitectura.

📝 Práctica: análisis de una red en estrella

1. En una red en estrella con switches industriales, ¿qué ocurre si falla un latiguillo de un único sensor?

• Se cae toda la red, ya que el medio es compartido por todos los nodos.
• Solo se pierde la comunicación con ese sensor; el resto de la red sigue operativa.
• El switch entra en modo de seguridad y desconecta todos los puertos.

Marca la opción correcta y justifica tu respuesta.

2. ¿Por qué es peligroso conectar dos switches entre sí con dos cables sin configurar protocolos de redundancia?

• Porque se reduce la velocidad de la red a la mitad automáticamente.
• Porque se genera un bucle de nivel 2 que puede provocar tormentas de broadcast.
• Porque los switches dejan de aprender direcciones MAC.

3. En una arquitectura de planta, ¿qué ventaja aporta separar la red de campo y la red de control en dos estrellas distintas?

• Permite usar cables de colores diferentes sin mezclar.
• Reduce el impacto de fallos locales y facilita el diagnóstico por zonas.
• Evita la necesidad de configurar direcciones IP.

🔗 Referencias técnicas sobre redes en estrella

• Guías de diseño de Ethernet industrial (Profinet, EtherNet/IP, Modbus TCP).
• Manual de switches industriales de los principales fabricantes (Siemens, Schneider, Rockwell, Hirschmann, Moxa.).

Comprender la topología en estrella en el contexto de la automatización industrial es clave para diseñar redes robustas, diagnósticables y preparadas para el crecimiento futuro de la planta.

ELEM0110 - Desarrollo de Proyectos de Sistemas de Automatización Industrial

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