Un árbol es un diseño (en matemáticas o ciencias de la computación) donde:
- Hay uno y solo un nodo superior (conocido como raíz)
- Hay uno o más nodos terminales (conocidos como hojas)
- Cada nodo que no es el nodo raíz tiene exactamente un nodo encima (conocido como padre)
- Cada nodo que no es un nodo hoja tiene uno o más nodos debajo (conocidos como hijos)
- No hay caminos circulares (el único camino que puede seguir que lo lleva de regreso a donde comenzó implica volver por donde vino)
- Hay exactamente una ruta desde cualquier nodo a cualquier otro nodo
En las redes de computadoras, los árboles son el diseño escalable más simple.
El diseño más simple es una conexión en cadena (una computadora se conecta a las computadoras a ambos lados), pero esto se escala mal ya que los paquetes deben inspeccionarse en cada parada para ver si es para ellos o si deben reenviarse.
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Con un árbol (también conocido como una red de concentrador y radio o una red en estrella), los nodos intermedios simplemente tienen que ver en qué dirección enviar el paquete. Esto reduce el número de pasos de O (N) a O (log (N)), donde la notación Big O describe el rendimiento del diseño. Además, cada nodo intermedio puede manejar paquetes independientemente uno del otro, lo que genera menos problemas de congestión.
Hay un caso especial de un árbol, conocido como Fat Tree. Un nodo en un Fat Tree es capaz de manejar todo el tráfico debajo de él simultáneamente. Es considerablemente más rápido que un árbol normal, cuando hay mucha actividad. La capacidad extra, sin embargo, es cara.
Los árboles son simples de construir y optimizar. Son ideales para usarse con hardware de red moderno (conmutadores y enrutadores) y el conjunto de protocolos de Internet. Se describen fácilmente matemáticamente y, si bien usan más componentes que una cadena tipo margarita, usan menos componentes que las redes de alto rendimiento (como Butterfly, Hypercube y Mesh).
Aunque la división en subredes permite árboles de casi cualquier profundidad, el sistema más simple permitido por una topología de árbol simplemente usa los niveles en la dirección IP para definir una rama. La red 192.168.0.0, por lo tanto, permite una profundidad trivial de 2, la red 10.0.0.0 permite una profundidad trivial de 3 e IPv6 garantiza una profundidad mínima de 32.
Las principales desventajas de un árbol son que están sujetos a puntos calientes (puntos que están sobrecargados), tienen una latencia demasiado alta para la computación científica, están confinados por subredes para saber dónde pueden expandirse, no son tolerantes a fallas (cualquier falla se dividirá) la red) y necesita actualizar una gran parte de la red antes de que se puedan observar mejoras.
