شبکه محلی LAN:

شبکه‌ محلی (LAN) شبکه‌ ای ارتباطی است که پایانه ها یا کامپیوترهای متعددی را داخل یک ساختمان یا ناحیه محدود جغرافیایی به یکدیگر متصل می‌ کند. این اتصال می ‌تواند بی ‌سیم یا با سیم باشد. اترنت، Token Ring و Wireless LAN با بهره‌ گیری از IEEE 802.11 ازجمله نمونه‌ فناوری ‌های استاندارد شبکه ‌های محلی هستند.

اترنت:

اترنت تکنولوژیی برای اتصال شبکه های محلی (LAN) است، که می ‌تواند دستگاه‌ ها را با یک پروتکل ارتباط دهد. به عنوان یک پروتکل لایه پیوند داده (ِData Link) در TCP / IP، اترنت توضیح می ‌دهد که چگونه دستگاه ‌های شبکه می‌توانند بسته های داده را فرمت و انتقال دهند، بنابراین سایر دستگاه های موجود در یک بخش شبکه محلی می ‌توانند آنها را شناسایی، دریافت و پردازش کنند. کابل اترنت یک سیم کشی فیزیکی است که در آن داده ها حرکت می‌ کنند.

هر دستگاهی که به یک شبکه محلی جغرافیایی با استفاده از کابل دسترسی پیدا می‌کند، (یعنی با اتصال سیمی به جای اتصال بیسیم) احتمالا از اترنت استفاده می‌ کند، چه در خانه، مدرسه و یا در دفتر کار!

اصطلاحات پایه ای که در مورد اترنت استفاده می ‌شود عبارتند از گره (a – Node)، رابط (b – Medium)، سگمنت (s – Segment) و فریم (d – Frame). نودها به دستگاه ها یی مانند کامپیوترها، روتر ها و دستگاه های جانبی دیگر از طریق اترنت ارتباط برقرار می‌ کند. Medium مسیری است که دستگاه ها برای برقراری ارتباط استفاده می ‌کنند.

در اترنت مدیوم می ‌تواند یک کابل کواکس، کابل به هم تابیده (RJ-45) و یا یک کابل فیبر نوری باشد. سگمنت به هر ارتباط تکی میان نود و دستگاه شبکه از طریق رابط را می‌ گویند. و فریم به پیامی که از طریق شبکه انتقال پیدا می‌ گویند. زمانی که دستگاه های اترنت به یکدیگر متصل می ‌شوند تشکیل یک شبکه محلی LAN را می‌ دهند.

اترنت از پر کاربرد ترین فناوری ‌های شبکه ‌های محلی است که تحت استانداردهای IEEE802.3 تعریف می‌ شود. دلیل این کاربرد گسترده فهم، پیاده‌ سازی و نگهداری آسان آن بوده است و می‌ توان با هزینه کمتری شبکه را پیاده ‌سازی کرد. همچنین اترنت از نظر توپولوژی نیز انعطاف‌ پذیری مناسبی از خود نشان می ‌دهد.

اترنت در دو لایه ‌ی مدل OSI کار می ‌کند که یک لایه فیزیکی (Physical layer) و دیگری لایه‌ پیوند داده‌ ها (Data Link) نام دارد. واحد داده‌ ی پروتکل در اترنت فریم است؛ زیرا در اترنت اغلب با DLL سر و کار داریم. در اترنت جهت مدیریت برخوردها از ساز و کار کنترل دسترسی CSMA/CD استفاده می ‌شود. همچنین در این فناوری از تکنیک رمز گذاری منچستر استفاده می ‌شود.

کابل ‌های اترنت دستگاه‌ های شبکه را به سوییچ ‌ها، روترها و یا مودم‌ های مناسب متصل می‌ کنند.اترنت با کابل ها،  استانداردها و سرعت‌ های مختلف کار می ‌کنند. کابل رده 6 (CAT6) از  100BASE-T Ethernet پشتیبانی می‌ کند، در حالی که رده CAT6e می ‌تواند Gigabit Ethernet را مدیریت کند و CAT7 با 10GbE کار می ‌کند.

با توجه به اینکه بحث استاندارد IEEE 802.3 در میان است، عدد 0 بیانگر گذار از زیاد به کم و 1 بیانگر گذار از کم به زیاد است. در هر دو رمز گذاری منچستر و رمز گذاری تفاضلی منچستر نرخ باد (نرخ انتقال سیگنال = Baud) دو برابر نرخ بیت است.

Baud rate = 2* Bit rate

شبکه ‌ی محلی اترنت متشکل از نودهای شبکه و لینک ‌ها یا رسانه‌ های ارتباطی است. این گره‌ ها می‌ توانند به دو شکل وجود داشته باشند:

تجهیزات پایانه داده (Data Terminal Equipment (DTE:

عموماً DTE ها دستگاه‌های نهایی هستند که اطلاعات کاربر را به سیگنال تبدیل می‌کنند و یا سیگنال‌های دریافتی را برای بار دوم به دیتا تبدیل می‌کنند. دستگاه‌های DTE که به آن‌ها ایستگاه‌های نهایی نیز گفته می‌شود، می‌توانند رایانه‌های شخصی، ایستگاه‌های کاری، سرورهای فایل یا سرورهای پرینت باشند. این دستگاه‌ها منبع یا مقصد فریم داده‌ها هستند. تجهیزات ترمینال داده می‌توانند تک جزئی و یا شامل چندین قسمت باشد به گونه‌ای که این تجهیزات به یکدیگر متصل هستند و تمامی کارهای مورد نیاز را انجام می‌دهند تا در نهایت کاربر بتواند ارتباط برقرار کند. کاربر می‌تواند با DTE تعامل کند و یا خود DTE کاربر باشد.

تجهیزات ارتباطی داده (Data Communication Equipment (DCE:

این تجهیزات دستگاه‌های شبکه‌ای واسط هستند که فریم‌ها را در سراسر شبکه دریافت و ارسال می‌کنند. این تجهیزات می‌توانند مانند دستگاه‌هایی چون ریپیترها، سوییچ‌های شبکه و روترها، مستقل باشند و یا مانند مودم‌ها و کارت‌های رابط، واحدهای میانی ارتباطی باشند. کار تجهیزات ارتباطی داده تبدیل سیگنال و کدگذاری است و می‌توانند بخشی از تجهیزات میانی یا DTE باشند. در حال حاضر نرخ این داده‌ها برای عملیات بر روی کابل‌های فیبر نوری و کابل‌های زوجی به هم تابیده تعریف می‌شود.

انواع استاندارد‌های اترنت:

1) اترنت سریع (Fast)

اترنت سریع به شبکه‌ای از اترنت گفته می‌شود که توانایی انتقال داده با نرخ 100 مگابیت بر ثانیه را دارد.

2) اترنت گیگابیت (Gigabit)

به  اترنتی گفته می‌شود که توانایی ارسال 1000 مگابیت بر ثانیه (1 گیگابیت بر ثانیه) داده را داشته باشد.

3) اترنت 10 گیگابیت (10Gigabit)

این دسته از اترنت، جدیدترین نسل از فناوری اترنت است و می‌تواند تا 10 گیگابیت بر ثانیه داده را انتقال دهد (10 هزار مگابیت بر ثانیه). این نوع از اترنت عموماً در برنامه‌های رده بالا که به نرخ بالایی از داده نیاز دارند بخش‌های دیگر شبکه را به یکدیگر متصل می‌کند.

اَلوها ALOHA

پروتکل الوها (Aloha) به عنوان یکی از پروژه‌های دانشگاه هاوایی طراحی شده است. با کمک این پروتکل می‌توان بین چندین کامپیوتر و میان جزیره‌های مختلف هاوایی که شامل شبکه‌های رادیویی بسته‌ای هستند به انتقال داده پرداخت. الوها یک پروتکل با چندین دسترسی است که در لایه‌های پیوند داده قرار داشته و چگونگی دسترسی چندین ترمینال به واسط را بدون تداخل یا برخورد ارائه می‌کند. Aloha دو نوع دارد:

1. Pure Aloha

این نوع از الوها (Aloha) پروتکلی غیرمتمرکز و بدون شیار بوده و پیاده‌سازی آن آسان است. در Pure Aloha ایستگاه‌ها صرفاً هر زمان که بخواهند داده‌ای را ارسال کنند، به انتقال فریم‌ها اقدام می‌کنند. الوهای محض (Pure Aloha) قبل از ارسال داده‌ها کاری به مشغول بودن یا نبودن کانال ندارد. در صورتی که دو یا چند ایستگاه به صورت هم‌زمان به ارسال داده بپردازند، برخورد رخ می‌دهد و فریم‌ها نابود می‌شوند.

هر زمان که ایستگاهی فریمی را ارسال می‌کند، منتظر دریافت تأییدیه از گیرنده می‌ماند. اگر طی زمان مشخصی این تأییدیه را دریافت نکند، در این صورت ایستگاه فرض را بر نابود شدن فریم یا تأییدیه می‌گذارد. سپس ایستگاه به مدتی که زمان آن به صورت تصادفی تعیین می‌شود منتظر می‌ماند و مجدداً فریم را ارسال می‌کند. این تصادفی بودن باعث جلوگیری از برخورد بیشتر فریم‌ها می‌شود.

این طرح برای شبکه‌های کوچکی‌ که بارگیری چندانی در آن صورت نمی‌گیرد مناسب است؛ اما در شبکه‌هایی با بارگیری سنگین، این طرح اصلاً عملکرد مناسبی ندارد. در این حالت است که الوهای شیاردار (Slotted Aloha) به کمک می‌آید. جهت تضمین Pure Aloha، خروجی و نرخ ارسال فریم آن باید پیش‌بینی شوند.

به همین منظور باید فرض‌های زیر را در نظر بگیریم:

1) تمامی فریم‌ها باید طول یکسانی داشته باشند.

2) ایستگاه‌ها هنگامی که در حال ارسال و یا تلاش برای ارسال فریم هستند، نمی‌توانند فریم‌ تولید کنند.

3) کل ایستگاه‌ها با توجه به توزیع پواسون به ارسال فریم بپردازند (فریم‌های جدید و قدیمی که با برخورد مواجه شده‌اند).

Vulnerable Time = 2 * Tt

بازدهی Pure Aloha:

S pure= G * e^-2G

که G برابر با تعداد ایستگاه‌هایی است که می‌خواهند در شیار Tt به ارسال داده بپردازند.

بازدهی بیشینه:

زمانی بازدهی بیشینه حاصل می‌شوند که G=1/2 باشد.

S pure)max = 1/2 * e^-1 = 0.184)

این یعنی در Pure Aloha تنها حدود 4/18 درصد از زمان صرف ارسال موفق شده است.

2. Slotted Aloha

الوهای شیاردار (Slotted Aloha) تا حد زیادی شبیه به الوهای محض (Pure Aloha) است با این تفاوت که ارسال داده در آن به شیوه‌ی متفاوتی صورت می‌گیرد. در این نوع از الوها ارسال‌کننده به جای ارسال داده درست در زمان نیاز، مقداری منتظر می‌ماند. در Slotted Aloha زمان کانال به اشتراک گذاشته شده به فواصل گسسته‌ای به نام شیار تقسیم می‌شود. ایستگاه‌ها تنها مجاز به ارسال فریم‌ها در ابتدای شیار هستند.

یک فریم در هر شیار می‌تواند ارسال شود. اگر ایستگاهی بتواند این فریم را در ابتدای شیار و در کانال قرار دهد، در این صورت این ایستگاه باید تا ابتدای زمان شیار بعد صبر کند. اگر دو ایستگاه بخواهند به صورت همزمان در ابتدای شیار داده‌ای را ارسال کنند. در این صورت همچنان احتمال وقوع برخورد وجود خواهد داشت. با این وجود همچنان در مقایسه با الوهای محض تعداد برخوردهای احتمالی تا حد زیادی کاهش می‌یابد و شاهد عملکرد بسیار بهتری هستیم.

وقوع برخورد تنها در شیار فعلی ممکن است. بنابراین زمان آسیب‌پذیری برابر با Tt است.

بازدهی Slotted Aloha:

S slotted = G * e^-G

بازدهی بیشینه:

S slotted)max = 1 * e^-1 = 1/e = 0.368)

بازدهی بیشینه در الوهای شیاردار (Slotted Aloha) برابر با 8/36 درصد است.