• Να είναι ενσύρματο ή ασύρματο.
• Να παρέχει μετάδοση σημείου προς σημείο ή μετάδοση εκπομπής.
• Να παρέχει μικρό ρυθμό σφαλμάτων με εύρος που κυμαίνεται ανάλογα με τις δυνατότητες του μέσου μετάδοσης.
• Να είναι πλήρως ιδιόκτητο.

Τα δίκτυα με μήκος καλωδίωσης 100-200 km λέγονται μητροπολιτικά δίκτυα. Οι αρχές είναι ίδιες με αυτών των τοπικών δικτύων με μόνη διαφορά τη βελτιστοποίηση των μεθόδων ελέγχου πρόσβασης στο μέσο.

Στα δίκτυα ευρείας περιοχής  η καλωδίωση υπερβαίνει το όριο των 200 km, τα δίκτυα αυτά έχουν υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης, που ξεπερνούν τα 622 Mbps.

Συνδέσεις εκπομπής:

Οι συνδέσεις εκπομπής έχουν τρία βασικά σχήματα τοπολογιών.

1. Χρησιμοποιεί χαμηλής συχνότητας ραδιοκύματα -στην θέση των σταθερών και ενσύρματων γραμμών επικοινωνίας- ο οποίος είναι γνωστός και ως σταθμός βάσης, με έναν μεγάλο αριθμό από τερματικούς σταθμούς κατανεμημένους συνήθως σε μια μικρή περιοχή γύρω από την βάση. Προκειμένυ οι χρήστες να μοιραστούν την διαθέσιμη χωρητικότητα ομαδοποιούνται σε μικρές κυψέλες. Οι χρήστες κάθε κυψέλης επικοινωνούν με τον μοναδικό κεντρικό κόμβο της κυψέλης, που λέγεται βάση. Η βάση κάθε κυψέλης συντονίζει τις μεταδόσεις των χρηστών της διαμέσου ενός σταθερού, ενσύρματου δικτύου που συνδέει όλες τις βάσεις. Οι μεταδόσεις κρατιούνται σε χαμηλά επίπεδα ισχύος, έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται η διακίνηση σε γειτονικές κυψέλες και να είναι δυνατή η επαναχρησιμοποίηση της ίδιας ζώνης συχνοτήτων σε διαφορετικές αλλά μη γειτονικές κυψέλες. Σε φυσιολογικές συνθήκες ο ρυθμός μετάδοσης κάθε τερματικής διάταξης μέσα στην κυψέλη είναι της τάξης λίγων δεκάδων Kbps. Με τον τρόπο αυτόν είναι δυνατόν να επεκταθεί η γεωγραφική κάλυψη του δικτύου σε μεγαλύτερες περιοχές.
2. Η επίγεια μικροκυματική ή υπέρυθρη επικοινωνία είναι μια μορφή πρόσβασης φορητών ή σταθερών τερματικών διατάξεων η οποία συνδέεται ασύρματα με έναν αριθμό κατανεμημένων τερματικών διατάξεων, ενώ το σύνολο συνδέεται μέσω της βάσης και με ενσύρματη γραμμή σε ένα τοπικό δίκτυο. Οι αποστάσεις των διατάξεων από το βάσης εξαρτώνται από την ισχύ του σταθμού, το τοπικό εύρος του οποίου κυμαίνεται από 50 έως 100 μέτρα.
3. Η άμεση σύνδεση κάποιων τερματικών διατάξεων που βρίσκονται εγκατεστημένες σε ένα μικρό χώρο.

Συνδέσεις σημείου προς σημείο:

Η ασύρματη επικοινωνία πραγματοποιείται είτε μεταξύ δύο σταθερών σημείων είτε μεταξύ δύο σημείων από τα οποία το ένα ή και τα δύο βρίσκονται σε κίνηση. Επικοινωνίες αυτής της μορφής αφορούν κυρίως τα ραδιοκύματα ή τα μικροκύματα, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων. Νεότερες εφαρμογές στηρίζονται τόσο στα επίγεια συστήματα οπτικών κυμάτων (laser) με οπτική επαφή όσο και στα επίγεια συστήματα μικροκυμάτων.

Υπάρχουν τρεις μορφές ελέγχου που μπορούν να υλοποιηθούν σε μια τοπολογία άστρου.

1. Ο κεντρικός είναι υπεύθυνος για όλες τις διαδικασίες δρομολόγησης των μηνυμάτων. Τα μηνύματα που φτάνουν στον κεντρικό κόμβο υφίστανται επεξεργασία και αποστέλλονται σε κάποιον από τους κόμβους προκειμένου να σταλούν στον παραλήπτη.
2. Ο έλεγχος ασκείται από κάποιον περιφερειακό κόμβο, ενώ ο κεντρικός κόμβος λειτουργεί σαν διακόπτης μεταγωγής (επαναλήπτης), που εγκαθιστά συνδέσεις μεταξύ των κόμβων, αποστέλλοντας τα μηνύματα σε όλους τους κόμβους.
3. Ο έλεγχος είναι ισοκατανεμημένος στους κόμβους, ενώ ο κεντρικός κόμβος είναι υπεύθυνος για την δρομολόγηση και την αποφυγή των συγκρούσεων.

Η τοπολογία άστρου αποτελεί καλή επιλογή, όταν:

• Απαιτούνται ολοκληρωμένες υπηρεσίες φωνής – δεδομένων.
• Απαιτούνται υψηλοί ρυθμοί μετάδοσης.

Η υλοποίηση των δικτύων άστρου είναι πολύπλοκη, αφού ορισμένοι κόμβοι μπορεί να είναι απλές περιφερειακές μονάδες και άλλοι να ασκούν τον έλεγχο. Σε περίπτωση κεντρικού ελέγχου ο κεντρικός κόμβος λειτουργεί παρόμοια με ένα ιδιωτικό κέντρο μεταγωγής, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στην τηλεφωνία. Πολλά χαρακτηριστικά του δικτύου εξαρτώνται από τις δυνατότητες του κεντρικού κόμβου. Τέτοια χαρακτηριστικά είναι η χωρητικότητα του δικτύου, η δυνατότητα επέκτασης του όσον αφορά τον αριθμό των κόμβων που μπορεί να υποστηρίξει, ο ρυθμός μεταφοράς των γραμμών επικοινωνίας, η αξιοπιστία του κτλ.

Οι αναμεταδότες είναι μονάδες που ενισχύουν το σήμα προκειμένου να μην υποστεί εξασθένηση κατά την μετάδοση του. Πρόκειται για μία απλή συσκευή με δύο συνδέσεις, ικανή να λαμβάνει και να αποστέλλει δυαδικά ψηφία με τον ίδιο ρυθμό μετάδοσης και χωρίς να απαιτείται προσωρινή αποθήκευση.

Οι συνδέσεις είναι μιας κατεύθυνσης, δηλαδή η ροή των πληροφοριών έχει την ίδια πάντα φορά επάνω στο δακτύλιο. Τα πακέτα μεταδίδονται από κόμβο σε κόμβο χωρίς ιδιαίτερη καθυστέρηση και χωρίς επιβάρυνση του δικτύου με πληροφορίες δρομολόγησης. Κάθε κόμβος που βλέπει το μήνυμα ελέγχει την διεύθυνση του παραλήπτη, και αν τον αφορά, το αντιγράφει. Από την στιγμή που πολλοί κόμβοι μοιράζονται το ίδιο μέσο μετάδοσης, απαιτείται έλεγχος προκειμένου να καθοριστεί πότε κάθε σταθμός μπορεί να μεταδώσει πακέτα. Ο έλεγχος αυτός μπορεί να είναι κεντρικός ή κατανεμημένος. Καταστροφή ενός κόμβου δεν σημαίνει απαραίτητα και διακοπή της κυκλοφορίας, αφού υπάρχουν μέθοδοι απομόνωσης του.

Η τοπολογία δακτυλίου αποτελεί καλή επιλογή, όταν:

• Απαιτείται ισοκατανομή της χωρητικότητας στους κόμβους του δικτύου.
• Υπάρχει σε μικρές αποστάσεις μικρός αριθμός κόμβων οι οποίοι απαιτούν υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης.
• Κάθε κόμβος πρέπει να μεταδώσει οπωσδήποτε πριν από κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.

Τα δίκτυα δακτυλίου παρουσιάζουν:

• Σημαντική μέση καθυστέρηση μετάδοσης, ακόμη και στην περίπτωση μικρών φορτίων κίνησης.
• Μη αναλογική με το φορτίο αύξηση της μέσης καθυστέρησης μετάδοσης.
• Σταθερή χρησιμοποίηση του καναλιού κάτω από μεγάλα φορτία κίνησης.

Επέκταση της τοπολογίας του δακτυλίου αποτελεί ο διπλός δακτύλιος, με αντίθετες κατευθύνσεις μετάδοσης σε κάθε δακτύλιο που χρησιμοποιείται στα δίκτυα υψηλών επιδόσεων.

Η τοπολογία δέντρου παρουσιάζει τα ίδια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα με την τοπολογία διαύλου. Πρόσθετο όμως μειονέκτημα αποτελεί ο καθοριστικός ρόλος της ρίζας στην μετάδοση, αφού σε περίπτωση βλάβης της προκαλείται κατάρρευση ολόκληρου του τμήματος του δικτύου που ελέγχει.

Τα δίκτυα διαύλου αποτελούν καλή επιλογή, όταν:

• Ο αριθμός των κόμβων που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο είναι μικρός.
• Η κυκλοφορία είναι μικρή.

Τα δίκτυα διαύλου παρουσιάζουν χαμηλή απόδοση σε κάθε ενέργεια που προκαλεί αύξηση της κυκλοφορίας.

Η δημιουργία του πρότυπου ΙΕΕΕ 802.3 στηρίχθηκε στα πρωτόκολλα ALOHA και CSMA, τα οποία εμφανίστηκαν στην ραδιοεπικοινωνία. Αργότερα η εταιρία XEROX PARK ενσωμάτωσε το CSMA/CD, προκειμένου να κατασκευάσει το σύστημα 2,94 Mbps CSMA/CD, το οποίο υλοποίησε σε μια εγκατάσταση σύνδεσης 100 ηλεκτρονικών υπολογιστών με ένα καλώδιο 1km. Το σύστημα αυτό ονομάστηκε Ethernet και αποτέλεσε βάση επάνω στην οποία οι εταιρίες DEC και INTEL κατασκεύασαν το γνωστό πρότυπο 10 Mbps IEEE 802.3. Το πρότυπο IEEE 802.3 περιγράφει όλη την οικογένεια των προτύπων 1-επιμένων CSMA/CD και συμπεριλαμβάνει το Ethernet, το οποίο είναι συγκεκριμένο προϊόν που υλοποιεί αρκετά καλά το πρότυπο IEEE 802.3.

Το CSMA/CD, όπως και πολλά από τα πρότυπα των τοπικών δικτύων, ακολουθούν τους γενικούς κανόνες (Μάθημα 7.4). Το κανάλι είναι συγχρονισμένο σε κάθε χρονοθυρίδα και μπορεί να βρίσκεται σε μία από τις ακόλουθες τρείς καταστάσεις:

• Κατάσταση αργίας. Στην περίπτωση αυτή δεν επιχειρείται μετάδοση από κανέναν κόμβο του καναλιού. Το χρονικό διάστημα κατά το οποίο το κανάλι παραμένει σε αργία λέγεται περίοδος αργίας.
• Κατάσταση μετάδοσης. Το κανάλι είναι απασχολημένο από κάποια επιτυχημένη μετάδοση. Στην περίπτωση αυτή όλοι οι κόμβοι διαπιστώνουν ότι κάποιος άλλος κόμβος έχει δεσμεύσει το κανάλι και δεν επιχειρούν να μεταδώσουν. Αυτό το χρονικό διάστημα απασχόλησης του καναλιού λέγεται περίοδος μετάδοσης.
• Κατάσταση ανταγωνισμού. Το κανάλι είναι απασχολημένο από κάποια σύγκρουση. Στην περίπτωση αυτή όλοι οι κόμβοι διαπιστώνουν ή ότι έχουν οι ίδιοι εμπλακεί σε κάποια σύγκρουση και επομένως διακόπτουν τη συνέχιση της μετάδοσης του πακέτου τους ή ότι κάποιοι κόμβοι έχουν εμπλακεί σε σύγκρουση και έχουν δεσμεύσει το κανάλι και επομένως δεν επιχειρούν να μεταδώσουν. Αυτό το χρονικό διάστημα απασχόλησης του καναλιού λέγεται περίοδος ανταγωνισμού. Η περίοδος ανταγωνισμού περιλαμβάνει το χρόνο που απαιτείται προκειμένου το κανάλι να επιλύσει τις συγκρούσεις και να καταστεί και πάλι έτοιμο για μετάδοση.

Σε ένα δίκτυο εκπομπής βασικής ζώνης ο χρόνος αναγνώρισης μιας σύγκρουσης είναι διπλάσιος από την καθυστέρηση διάδοσης του σήματος στο καλωδιακό μέσο. Το μήκος του καλωδίου δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλο, ώστε οι συγκρούσεις να μπορούν να αναγνωρίζονται.

Η αναγνώριση των συγκρούσεων είναι μια διαδικασία κατά την οποία ο κόμβος παρακολουθεί μέσω κάποιας διάταξης το καλωδιακό μέσο σε όλη τη διάρκεια της μετάδοσης. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι ο κόμβος συγκρίνει την ισχύ ή το πλάτος του παλμού του σήματος που λαμβάνει με αυτό που έστειλε. Αν το σήμα που θα λάβει ο κόμβος είναι διαφορετικό από αυτό που έστειλε, τότε διαπιστώνει ότι συνέβη σύγκρουση.

Για την διάρκεια αποχής ενός κόμβου που ανίχνευσε μια σύγκρουση, πρέπει να υπολογιστεί η πιθανότητα συμμετοχής κάποιου κόμβου σε επανειλημμένες συγκρούσεις και να λαμβάνονται μέτρα, ώστε η συμμετοχή του στον ανταγωνισμό να είναι ανάλογη του αριθμού των συγκρούσεων στις οποίες έχει εμπλακεί. Για τους υπολογισμούς χρησιμοποιείται ο δυαδικός αλγόριθμος εκθετικής αποχής, σύμφωνα με τον οποίο η διάρκεια αποχής μετριέται σε χρονοθυρίδες. Έτσι, μετά από μια σύγκρουση, ο χρόνος χωρίζεται σε χρονοθυρίδες διάρκειας 2r (μέγιστη καθυστέρηση διάδοσης σήματος με επιστροφή).

Ο δυαδικός αλγόριθμος εκθετικής αποχής σε κάθε χρονοθυρίδα προσπαθεί να βρει τον κατάλληλο αριθμό των κόμβων που είναι πιθανό να συμμετέχουν στον ανταγωνισμό, ώστε να ελαχιστοποιούνται οι συγκρούσεις.

• Όταν ο αριθμός των κόμβων είναι μικρός και ο αριθμός των συγκρούσεων με τις οποίες επιβαρύνονται οι κόμβοι μεγάλος, τότε η πιθανότητα να ξανασυμβεί σύγκρουση των πακέτων τους είναι μικρή.
• Όταν ο αριθμός των κόμβων είναι μεγάλος και ο αριθμός των συγκρούσεων με τις οποίες επιβαρύνονται οι κόμβοι μικρός, τότε η πιθανότητα να ξανασυμβεί σύγκρουση των πακέτων τους είναι μεγάλη.

Υπάρχουν πολλές παραλλαγές του πρωτόκολλου CSMA, όμως η βασική ιδέα παραμένει η ίδια.

1-επιμένων CSMA (1-persistent CSMA)

O κόμβος που πρόκειται να μεταδώσει ανιχνεύει πρώτα το κανάλι, προκειμένου να διαπιστώσει αν κάποια άλλη μετάδοση είναι σε εξέλιξη. Αν είναι, ο κόμβος συνεχίζει να ανιχνεύει το κανάλι αναβάλλοντας τη μετάδοση του μέχρι να διαπιστώσει οτι είναι ελεύθερο και να μεταδώσει το πακέτο του. Παρ’ ότι αυτή η τεχνική μειώνει τις συγκρούσεις, δεν τις αποκλείει εντελώς, αφού ενδέχεται περισσότεροι από έναν κόμβοι που είναι έτοιμοι να μεταδώσουν (έχουν δηλαδή πακέτο), να επιχειρήσουν να μεταδώσουν το πακέτο τους, όταν διαπιστώσουν ότι το κανάλι είναι ελεύθερο, οπότε η σύγκρουση θα είναι αναπόφευκτη.

μη-επιμένων CSMA (non-persistent CSMA)

Ο σταθμός που θέλει να μεταδώσει αλλά βρίσκει το κανάλι απασχολημένο, δεν συνεχίζει την ανίχνευση του καναλιού, αλλά περιμένει κάποιο χρονικό διάστημα προτού επαναλάβει την όλη διαδικασία.

Σε σύγκριση με τις δύο παραλλαγές του CSMA το 1-επιμένων CSMA παρουσιάζει χαμηλότερη απόδοση και μεγαλύτερες καθυστερήσεις, αφού η επιμονή του να μεταδώσει, σε συνδυασμό με την καθυστέρηση διάδοσης του σήματος προκαλεί συγκρούσεις. Ακόμη και στην περίπτωση που η καθυστέρηση διάδοσης του σήματος δεν παίζει σημαντικό ρόλο, όπως είναι η περίπτωση των τοπικών δικτύων, συγκρούσεις μπορούν να συμβούν και πάλι.

p-επιμένων CSMA (p-persistent CSMA)

Εφαρμόζεται σε συγχρονισμένο κανάλι, γενικεύει την περίπτωση του πρωτοκόλλου 1-επιμένων CSMA. Σύμφων μ’ αυτό, όταν ο κόμβος είναι έτοιμος για μετάδοση, ανιχνεύει το κανάλι και αν αυτό είναι ελεύθερο, στέλνει το πακέτο του με πιθανότητα p (0<p<1), ενώ με πιθανότητα q = 1 – p απέχει από τη μετάδοση μέχρι την επόμενη χρονοθυρίδα. Αν και αυτή η χρονοθυρίδα είναι ελεύθερη, τότε μεταδίδει πάλι με πιθανότητα p και απέχει με πιθανότητα q. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι ο κόμβος να μεταδώσει το πακέτο του. Αν στο μεταξύ κάποιος άλλος κόμβος αρχίσει να μεταδίδει, τότε περιμένει για κάποιο χρονικό διάστημα και στην συνέχεια επαναλαμβάνει την όλη διαδικασία. Φυσικά στην περίπτωση που ο κόμβος βρεί το κανάλι απασχολημένο, περιμένει μέχρι την επόμενη χρονοθυρίδα και εφαρμόζει την ίδια διαδικασία.

Ο μέγιστος χρόνος μιας πλήρους περιφοράς ενός πακέτου στο δίκτυο είναι διπλάσιος του χρόνου που απαιτείται για τη μεταφορά του πακέτου μεταξύ των δύο πιο απομακρυσμένων σταθμών του δικτύου.

Για να μετρηθεί η απόδοση του ασυγχρόνιστου ALOHA, πρέπει να γίνουν κάποιες παραδοχές.

• Το κανάλι επικοινωνίας δεν παρουσιάζει σφάλματα θορύβου.
• Ο αριθμός των κόμβων που μεταδίδουν είναι μεγάλος.
• Το μήκος των πακέτων που μεταδίδονται είναι σταθερό.
• Ο αριθμός των πακέτων που δημιουργούνται ανά μονάδα χρόνου είναι τυχαίος.
• Η καθυστέρηση διάδοσης είναι μικρή και δεν λαμβάνεται υπόψη.

Με την προυπόθεση ότι ισχύουν οι παραπάνω παραδοχές, ο μέγιστος ρυθμός διέλευσης που μπορούμε να πετύχουμε από το δίκτυο δεν υπερβαίνει το 18% της συνολικά προσφερόμενης κυκλοφορίας.

Για την βελτίωση του ρυθμού διέλευσης του ασυγχρόνιστου ALOHA, αναπτύχθηκε το συγχρονισμένο ALOHA, κατά το οποίο ο άξονας του χρόνου χωρίζεται σε ομοιόμορφα διαστήματα, που λέγονται χρονοθυρίδες (time slots), διάρκειας ίσης με το χρόνο μετάδοσης ενός πακέτου. Οι κόμβοι συγχρονίζονται μέσω ενός κοινού ρολογιού, ωστέ όλοι να ξεκινούν τις μεταδόσεις τους στην αρχή των χρονοθυρίδων. Επομένως σε περίπτωση σύγκρουσης η επικάλυψη των πακέτων θα είναι ολική και όχι μερική, όπως στην περίπτωση του ασυγχρόνιστου ALOHA. Η τεχνική αυτή διπλασιάζει το ρυθμό διέλευσης ο οποίος μπορεί να φτάσει στο 37% περίπου των επιχειρούμενων μεταδόσεων.

Ως ρυθμός διέλευσης S του δικτύου ορίζεται ο συνολικός ρυθμός των δεδομένων που μεταδίδονται ανάμεσα σε δύο σταθμούς, ενώ ο παρερχόμενος φόρτος G παριστάνει το συνολικό ρυθμό των δεδομένων που εμφανίζονται για μετάδοση.