局域网技术 |以太网

局域网 (LAN) 是连接建筑物或有限地理区域内的各种终端或计算机的数据通信网络。设备之间的连接可以是有线或无线的。使用 IEEE 802.11 的以太网、令牌环和无线 LAN 是标准 LAN 技术的示例。
LAN有以下拓扑：

• 星型拓扑
• 总线拓扑
• 环形拓扑
• 网状拓扑
• 混合拓扑
• 树形拓扑

以太网：-
以太网是使用最广泛的 LAN 技术，它在 IEEE 标准 802.3 下定义。其广泛可用性背后的原因是以太网易于理解、实施、维护，并允许低成本的网络实施。此外，以太网在允许的拓扑方面提供了灵活性。以太网通常使用总线拓扑。以太网在 OSI 模型的两层中运行，即物理层和数据链路层。对于以太网，协议数据单元是帧，因为我们主要处理 DLL。为了处理冲突，以太网中使用的访问控制机制是 CSMA/CD。
曼彻斯特编码技术用于以太网。

由于我们讨论的是 IEEE 802.3 标准以太网，因此，0 由高到低的转换表示，1 由低到高的转换表示。在曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码中，编码波特率是比特率的两倍。

以太网的优点：

速度：与无线连接相比，以太网提供了更高的速度。因为以太网是一对一的连接，所以情况就是这样。因此，最高可达每秒 10 吉比特 (Gbps) 甚至每秒 100 吉比特 (Gbps) 的速度是可能的。

效率：以太网电缆（例如 Cat6）消耗的电力更少，甚至比 wifi 连接还要少。因此，这些以太网电缆被认为是最节能的。

良好的数据传输质量：因为它具有抗噪声能力，所以传输的信息质量很高。

Baud rate = 2* Bit rate 

以太网 LAN 由网络节点和互连媒体或链接组成。网络节点可以有两种类型：
数据终端设备 (DTE)：-通常，DTE 是将用户信息转换为信号或重新转换接收到的信号的终端设备。 DTE 设备是：个人计算机、工作站、文件服务器或打印服务器，也称为终端站。这些设备要么是数据帧的来源，要么是目的地。数据终端设备可以是单个设备，也可以是多个相互连接并执行所有需要的功能以允许用户进行通信的设备。用户可以与 DTE 交互，或者 DTE 可能是用户。

数据通信设备 (DCE)：- DCE 是通过网络接收和转发帧的中间网络设备。它们可能是独立设备，例如中继器、网络交换机、路由器，也可能是通信接口单元，例如接口卡和调制解调器。 DCE 执行信号转换、编码等功能，也可能是 DTE 或中间设备的一部分。

目前，这些数据速率是为在光纤和双绞线电缆上运行而定义的：
i) 快速以太网
快速以太网是指能够以 100 Mbit/s 的速率传输数据的以太网。

ii) 千兆以太网
千兆以太网提供 1,000 Mbit/s (1 Gbit/s) 的数据速率。

iii) 10 Gb 以太网
10 Gbit 以太网是最新一代的产品，提供 10 Gbit/s (10,000 Mbit/s) 的数据速率。它通常用于需要高数据速率的高端应用中的主干。

阿罗哈
Aloha 协议是作为夏威夷大学项目的一部分而设计的。它在涉及分组无线电网络的几个夏威夷群岛上的计算机之间提供数据传输。 Aloha 是数据链路层的多址协议，提出了多个终端如何在没有干扰或冲突的情况下访问介质。

有两种不同版本的 ALOHA：
1. 纯阿罗哈
Pure Aloha 是一种无时隙、去中心化且易于实现的协议。在纯粹的 ALOHA 中，站点只需在需要发送数据时发送帧。它在发送之前不检查信道是否繁忙。如果两个或多个站点同时传输，则会发生冲突并破坏帧。每当任何站点发送一个帧时，它都希望得到接收器的确认。如果在指定时间内没有收到，则该站假定该帧或确认已被破坏。然后，该站等待一段随机的时间并再次发送该帧。这种随机性有助于避免更多的碰撞。该方案在负载不大的小型网络中运行良好。但是在负载很大的网络中，这种方案很失败。这导致了 Slotted Aloha 的发展。
保证纯 aloha：其吞吐量和帧的传输速率可预测。
为此做出一些假设：
i) 所有帧的长度应相同。
ii) 站在传输或尝试传输帧时不能生成帧。
iii) 站群尝试根据泊松分布进行传输（新帧和碰撞的旧帧）。

Vulnerable Time = 2 * Tt 

Pure ALOHA 的效率：

Spure= G * e^-2G 
where G is number of stations wants to transmit in Tt slot. 

Maximum Efficiency:
Maximum Efficiency will be obtained when G=1/2

(Spure)max = 1/2 * e^-1
           = 0.184 

Which means, in Pure ALOHA, only about 18.4% of the time is used for successful transmissions.

2. 开槽阿罗哈
这与纯阿罗哈非常相似，只是传输发生的方式不同。发送者等待一段时间，而不是在请求时间进行传输。在时隙 ALOHA 中，共享信道的时间被划分为称为Slots的离散间隔。站有资格仅在时隙开始时发送帧，并且每个时隙仅发送一帧。如果任何站不能在时隙开始时将帧放置到信道上，它必须等到下一个时隙开始。如果两个站试图在同一时隙的开始发送，仍然有可能发生冲突。但是，与 Pure Aloha 相比，可能发生的碰撞次数仍然大大减少，并且性能变得更好。

只有当前插槽可能发生冲突。因此，脆弱时间为 Tt。

开槽 ALOHA 的效率：

Sslotted = G * e^-G

Maximum Efficiency:
(Sslotted)max = 1 * e^-1 
              = 1/e = 0.368 
Maximum Efficiency, in Slotted ALOHA, is 36.8%.

图片参考：维基百科，慕尼黑工业大学

参考：
https://www.cisco.com/c/en/us/tech/lan-switching/ethernet/index.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet