บทที่3 มาตรฐานการสื่อสาร

บทที่3 มาตรฐานการสื่อสาร

โทโปโลยีของเครือข่าย (Network Topology) จะอธิบายถึงแผนผังการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ตามลักษณะทางกายภาพ (Physical Topology) หรือทางตรรกะ (Logical Topology) ซึ่งจะแสดงถึงตำแหน่งของคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์เครือข่ายอื่นๆ และเส้นทางการเชื่อมต่อของอุปกรณ์เหล่านี้โทโปโลยีของเครือข่ายอาจจะมีผลต่อสมรรถนะของเครือข่ายได้ การเลือกโทโปโลยีอาจมีผลต่อ

-   ประเภทของอุปกรณ์ที่ใช้ในเครือข่าย

-   สมรรถนะของอุปกรณ์เหล่านั้น

-   ความสามารถในการขยายของเครือข่าย

-   วิธีการดูแลและจัดการเครือข่าย

การเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เป็นเครือข่ายนั้นไม่ใช่แค่การใช้สายสัญญาณเชื่อมเข้าที่เน็ตเวิร์คการ์ดของแต่ละเครื่องเท่านั้น โทโปโลยีที่ใช้ต้องสัมพันธ์กับสายสัญญาณ เน็ตเวิร์คการ์ดระบบปฏิบัติการเครือข่าย และอุปกรณ์เครือข่ายอื่นๆที่จะเชื่อมกันเป็นเครือข่าย ทุกเครือข่ายต้องประกอบด้วยโทโปโลยีใดโทโปโลยีหนึ่งต่อไปนี้

1. โทโปโลยีแบบบัส (Bus Topology)

              บางทีก็เรียกว่า “Linear bus” เพราะมีการเชื่อมต่อแบบเส้นตรงซึ่งเป็นลักษณะการเชื่อมต่อที่ง่ายที่สุด และเป็นโทโปโลยีที่นิยมกันมากที่สุด

แสดงการเชื่อมต่อแบบบัส ซึ่งการเชื่อมต่อแบบนี้จะใช้สายสัญญาณเพียงเส้นเดียวเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ทุกๆเครื่องเข้าด้วยกัน

คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับสายสัญญาณร่วมหรือบัส จะสื่อสารกันโดยใช้ที่อยู่ ซึ่งคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องจะมีที่อยู่ที่ไม่ซ้ำกัน ในการส่งสัญญาณในสายที่แชร์กันนี้จำเป็นที่ต้องเข้าใจหลักการต่อไปนี้

-   ลักษณะการส่งข้อมูล การส่งข้อมูลบนเครือข่ายที่มีโทโปโลยีแบบบัสนั้นข้อมูลจะถูกส่งไปบนสายสัญญาณในรูปแบบของสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสัญญาณนี้จะเดินทางไปถึงคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องที่เชื่อมต่อเข้ากับลื่อกลางหรือบัส

ดังนั้นเมื่อคอมพิวเตอร์เครื่องเดียวเท่านั้นที่ส่งข้อมูลได้ในเวลาใดเวลาหนึ่ง รูปที่ 2.28 แสดงการส่งข้อมูลจากเครื่อง D ไปยังเครื่อง B จะเห็นได้ว่าสัญญาณข้อมูลจะถูกส่งออกไปในรูปสัญญาณไฟฟ้าบนสายสัญญาณคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องที่พ่วงต่อเข้ากับสายสัญญาณจี้จะได้ รับสัญญาณทุกเครื่อง แต่เฉพาะเครื่อง B เท่านั้นที่จะนำข้อมูลไป”พรเซสส์และใช้ต่อไป เนื่องจากเครื่อง B เท่านั้นที่มีที่อยู่ตรงกับที่อยู่ในข้อมูลที่ส่ง

เนื่องจากมีคอมพิวเตอร์เพียงเครื่องเดียวเท่านั้นที่จะสามารถส่งข้อมูลได้ในเวลาหนึ่ง ดังนั้นจำนวนคอมพิวเตอร์ที่พ่วงต่อเข้ากับสื่อกลางจะมีผลต่อประสิทธิภาพของเครือข่าย เพราะยิ่งจำนวนคอมพิวเตอร์มากเท่าไร ยิ่งทำให้คอมพิวเตอร์ต้องรอนานเพื่อที่จะส่งข้อมูล ซึ่งอาจมีผลทำให้เครือข่ายช้ามากขึ้น และยังไม่มีวิธีการที่เป็นมาตรฐานในการวัดว่าจำนวนคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกันเข้ากับเครือข่ายนั้นมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพของเครือข่ายอย่างไร ปัจจัยที่จะทำให้ประสิทธิภาพของเครือข่ายลดลงนั้นก็ไม่ใช่เฉพาะจำนวนคอมพิวเตอร์อย่างเดียว สิ่งต่อไปนี้เป็นปัจจัยอื่นๆ ที่อาจมีผลต่อประสิทธิภาพของเครือข่ายได้

-   ประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ของคอมพิวเตอร์ในเครือข่าย

-   จำนวนของโปรแกรมที่กำลังรันบนเครื่องคอมพิวเตอร์

-   ชนิดของแอพพลิเคชันที่ใช่เครือข่าย

-   ประสิทธิภาพของสายสัญญาณที่ใช้

-   ระยะห่างระหว่างคอมพิวเตอร์ในเครือข่าย

ในขณะใดขณะหนึ่งคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายก็จะถูกเช็คดูว่ามีข้อมูลส่งมาถึงตัวเองหรือไม่ หรือไม่ก็กำลังจะส่งข้อมูล เนื่องจากคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องไม่มีหน้าที่ในการส่งข้อมูลได้ ดังนั้นเมื่อคอมพิวเตอร์เครื่องใดเครื่องหนึ่งจะหยุดทำงานก็จะไม่ทำให้เครือข่ายล่มได้ ตัวเทอร์มิเนเตอร์ (Terminator) จะทำหน้าที่ดูดกลืนสัญญาณเพื่อไม่ให้สะท้อนกลับและจะถูกติดไว้ที่ปลายสายสัญญาณการดูดกลืนสัญญาณนี้จะทำให้สายสัญญาณว่าง และพร้อมสำหรับการส่งข้อมูลอีกที่ปลายทั้งสองข้างของสายสัญญาณ จะต้องเสียบเข้ากับสิ่งใดสิ่งหนึ่ง ตัวอย่าง เช่น เน็ตเวิร์ดการ์ด หรือตัวเชื่อมต่อ ที่ใช้ในการเชื่อมต่อสายสัญญาณให้มีระยะยาวขึ้นปลายที่ไม่ได้เสียบเข้ากับอุปกรณ์ใดๆจะต้องติดตัวเทอร์มิเนเตอร์เพื่อป้องกันการสะท้อนกลับของสัญญาณการรบกวนการสื่อสารของเครือข่ายเมื่อเกิดสายสัญญาณขาด ณ จุดใดจุดหนึ่ง หรือมีการถอดปลายสายออกจากเครื่องคอมพิวเตอร์ซึ่งทำให้สายสัญญาณ ณ จุดนั้นไม่มีตัวเทอร์มิเนเตอร์ อันเป็นเหตุให้สัญญาณสะท้อนกลับ ซึ่งจะไปรบกวนสัญญาณเดิม และทำให้ข้อมูลนั้นเสียไป สัญญาณนี้ก็จะสะท้อนกลับไปกลับมาซึ่งทำให้ไม่สามารถส่งข้อมูลใหม้ได้ นี่เป็นประเภทหนึ่งที่ทำให้เครือข่ายนี้ล่ม ซึ่งมีผลทำให้เครือข่ายไม่สามารถทำงานได้

2. โทโปโลยีแบบดวงดาว (Star Topology)

           คอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องจะเชื่อมต่อด้วยสายสัญญาณเข้ากับอุปกรณ์รวมศูนย์ที่เรียกว่า “ฮับ (Hub)” รูปที่ 2.29 แสดงการเชื่อมต่อเครือข่ายแบบโทโปโลยีแบบดวงดาว

การเชื่อมต่อในแบบนี้มีข้อดีคือ การรวมศูนย์เพื่อเป็นการบริหารทรัพยากร อย่างไรก็ตามการเชื่อมต่อแบบนี้จะสิ้นเปลืองสายสัญญาณมาก เนื่องจากเครื่องทุกเครื่องจะต้องใช้สายสัญญาณเชื่อมต่อเข้ากับฮับ และอีกอย่างหนึ่ง  ถ้าหากอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางรับส่งข้อมูลหยุดทำงาน ระบบเครือข่ายจะล่ม   ทันที แต่อย่างน้อยก็รู้สาเหตุ ข้อดีอีกอย่างของโทโปโลยีแบบนี้คือ ถ้าสายสัญญาณขาด เฉพาะเครื่องที่ใช้สายสัญญาณนั้นเท่านั้นที่ไม่สามารถใช้เครือข่ายได้ ส่วนเครื่องอื่นๆยังใช้เครือข่ายได้เช่นเดิม เนื่องจากฮับจะทำหน้าที่เป็นตัวสิ้นสุดสัญญาณโดยอัตโนมัติเมื่อสายขาด การเชื่อมต่อแบบนี้จะเป็นที่นิยมมากในปัจจุบัน เนื่องมาจากอีเทอร์เน็ตซึ่งกลายมาเป็นมาตรฐานเครือข่ายแบบท้องถิ่น  ซึ่งในปัจจุบันนั้น ก็จะใช้การเชื่อมต่อหรือโทโปโลยีแบบดวงดาว

3.  โทโปโลยีแบบวงแหวน (Ring Topology)

                โทโปโลยีแบบวงแหวนนี้จะใช้สายสัญญาณเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เป็นห่วงหรือเป็นวงแหวน การเชื่อมต่อแบบนี้สัญญาณจะเดินทางเป็นวงกลมในทิศทางเดียว และจะวิ่งผ่านคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่อง ซึ่งจะทำหน้าที่ทวนสัญญาณไปในตัวแล้วผ่านไปเครื่องถัดไป รูปที่ 2.30 เป็นการเชื่อมแบบโทโปโลยีแบบวงแหวนของคอมพิวเตอร์ 4 เครื่อง ถ้าคอมพิวเตอร์เครื่องใดเครื่องหนึ่งหยุดทำงานก็จะทำให้ระบบเครือข่ายล่มเช่นกัน

4.  โทโปโลยีแบบเมซ  (Mesh Topology)

              คือ การเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์แบบสมบูรณ์ กล่าวคือ คอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในเครือข่ายจะเชื่อมต่อถึงกันหมดโดยใช้สายสัญญาณทุกการเชื่อมต่อ วิธีการนี้จะเป็นการสำรองเส้นทางเดินของข้อมูลได้เป็นอย่างดี

โปรโตคอลกับองค์กรกําหนดมาตรฐาน

โปรโตคอล TCP/IP หรือ Transmission Control Protocol/Internet Protocol เป็นระเบียบวิธีการ สื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์ ที่ใช้กันมาแต่เดิมในระบบปฏิบัติการ Unix ซึ่งมีการใช้งานอย่าง กว้างขวางมาก จนถือเป็นมาตรฐานได้ จุดกำเนิดของโปรโตคอล TCP/IP นี้เริ่มขึ้นในราว พ.ศ. 2512 ที่กระทรวงกลาโหมของสหรัฐ เมื่อพบปัญหาในการเชื่อมโยงเครือข่ายคอมพิวเตอร์ในหน่วยงานต่างๆ ของตน ซึ่งจะต้องมีการส่งข้อมูลระหว่างกัน และไปยังหน่วยงานภายนอกอื่นๆ เช่น มหาวิทยาลัย ห้องทดลองต่างๆ (ส่วนใหญ่มีเครื่องที่ใช้ระบบ Unix อยู่เป็นจำนวนมาก) เนื่องจากแต่ละแห่งก็จะมีระบบคอมพิวเตอร์ของตนเองที่แตกต่างกันไป การต่อเชื่อมกันก็เป็นไปในลักษณะต่างคนต่างทำไม เหมือนกัน ดังนั้นข่าวสารข้อมูลทั้งหลาย จึงถ่ายเทไปมาได้อย่างยากลำบากมาก กระทรวงกลาโหมสหรัฐได้ จัดตั้งหน่วยงาน Advanced Research Projects Agencies (ARPA) ขึ้นมา เพื่อหาทางแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นนี้ ผลลัพธ์ที่หน่วยงาน ARPA ได้จัดทำขึ้นคือ การกำหนดมาตรฐานในการสื่อสารข้อมูลและได้จัดตั้งเครือข่าย ARPANET ขึ้นโดยใช้โปรโตคอล TCP/IP ต่อมาก็กลายมาเป็นมาตรฐานจริงจัง ในราวปี พ.ศ. 2525 ความสัมพันธ์ระหว่าง TCP/IP กับระบบปฏิบัติการ Unix เกิดขึ้น เนื่องจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ที่เบอร์คเลย์ ได้พัฒนาระบบปฏิบัติการ Unix ซึ่งมีการผนวกเข้ากับโปรโตคอล TCP/IP สำหรับใช้ในการสื่อสารระหว่างระบบออกมา และเผยแพร่ต่อไปยังหน่วยงานต่างๆ ทำให้การสื่อสารกันของเครื่องที่ใช้ระบบปฏิบัติการ Unix มักจะต้อง ใช้โปรโตคอล TCP/IP เสมอ และมีบทบาทเป็นสิ่งที่คู่กันต่อมาถึงปัจจุบัน

ในปัจจุบันนี้ ไม่ว่าคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลของผู้ใช้จะเป็นแบบใดก็ตาม เช่น พีซีหรือแมคอินทอช ก็สามารถใช้งานโปรโตคอล TCP/IP เพื่อต่อเชื่อมเข้าสู่อินเตอร์เน็ตได้ วิธีการก็คือเพียงแต่ติดตั้งใช้งานซอฟต์แวร์โปรโตคอล TCP/IP เท่านั้น ส่วนวิธีการและโปรแกรมที่ติดตั้ง จะแตกต่างกันขึ้นกับระบบที่ใช้ ซึ่งจะกล่าวต่อไป หมายเลข IP (IP Address) การสื่อสารกันในระบบเครือข่าย อินเตอร์เน็ตที่มีโปรโตคอล TCP/IP เป็นมาตรฐานนี้ เครื่องคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องที่เชื่อมต่ออยู่ จะต้องมีหมายเลขประจำตัวเอาไว้อ้างอิงให้เครื่องคอมพิวเตอร์อื่นๆ ได้ทราบเหมือนกับคนทุกคนต้องมีชื่อให้คนอื่นเรียก หมายเลขอ้างอิงดังกล่าวเราเรียกว่า IP Address หรือหมายเลข IP หรือบางทีก็เรียกว่า "แอดเดรส IP" (IP ในที่นี้ก็คือ Internet Protocol ตัวเดียวกับใน TCP/IP นั่นเอง) ซึ่งถูกจัดเป็นตัวเลขชุดหนึ่งขนาด 32 บิต ใน 1 ชุดนี้จะมีตัวเลขถูกแบ่งออกเป็น 4 ส่วน ส่วนละ 8 บิตเท่าๆ กัน เวลาเขียนก็แปลงให้เป็นเลขฐานสิบ ก่อนเพื่อความง่ายแล้วเขียนโดยคั่นแต่ละส่วนด้วยจุด ดังนั้นในตัวเลขแต่ละส่วนนี้จึงมีค่าได้ตั้งแต่ 0 จนถึง 28 -1 = 255 เท่านั้น เช่น 192.10.1.101 เป็นต้น ตัวเลข IP Address ชุดนี้จะเป็นสิ่งที่สำคัญคล้ายเบอร์โทรศัพท์ที่เรามีใช้อยู่และไม่ซ้ำกัน เพราะสามารถกำหนดเป็นตัวเลขได้รวมทั้งสิ้นกว่า 4 พันล้านเลขหมาย แต่การกำหนดให้คอมพิวเตอร์มีเลขหมาย IP Address นี้ไม่ได้เริ่มต้นจากหมายเลข 1 และนับขึ้นไปเรื่อยๆ หากแต่จะมีการจัด แบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ

ส่วนแรกเป็นหมายเลขของเครือข่าย (Network Number)

  ส่วนที่สองเรียกว่าหมายเลขของคอมพิวเตอร์ที่อยู่ในเครือข่ายนั้น (Host Number) เพราะในเครือข่ายใดๆ อาจจะมีเครื่องคอมพิวเตอร์เชื่อมต่ออยู่ได้มากมาย ในเครือข่ายที่อยู่คนละระบบอาจมีหมายเลข Host ซ้ำกันก็ได้ แต่เมื่อรวมกับหมายเลข Network แล้ว จะได้เป็น IP Address ที่ไม่ซ้ำกันเลย

ในการจัดตั้งหรือกำหนดหมายเลข IP Address นี้ก็มีวิธีการกำหนดที่ชัดเจน และมีกฎเกณฑ์ที่รัดกุม ผู้ใช้ที่อยากจัดตั้งโฮสต์ คอมพิวเตอร์ เพื่อเชื่อมต่อเข้าอินเตอร์เน็ต และให้บริการต่างๆ สามารถขอหมายเลข IP Address ได้ที่หน่วยงาน Internet Network Information Center (Inter NIC) ขององค์กร Network Solution Incorporated (NSI) ที่รัฐเวอร์จิเนีย สหรัฐอเมริกา แต่ถ้าผู้ใช้สมัครเข้าเป็นสมาชิกขอ ใช้บริการอินเตอร์เน็ตจากบริษัทผู้ให้บริการ (Internet Service Provider) เรียกย่อๆ ว่าหน่วยงาน ISPรายใดก็แล้วแต่ ก็ไม่ต้องติดต่อขอ IP Address เนื่องจากหน่วยงาน ISP เหล่านั้นจะกำหนดหมายเลข IP ให้ใช้ หรือส่งค่า IP ชั่วคราวให้ใช้งาน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแบบการขอใช้บริการที่จะกล่าวต่อไป

โครงสร้างของแอดเดรสที่ใช้ใน classต่างๆของเครือข่าย ซึ่งทั้งหมด ยาว 32 บิต IP Address นี้มีการจัดแบ่งออกเป็นทั้งหมด 5 ระดับ (Class) แต่ที่ใช้งานในทั่วไปจะมีเพียง 3 ระดับคือ Class A, Class B, Class C ซึ่งก็แบ่งตามขนาดความใหญ่ ของเครือข่ายนั่นเอง ถ้าเครือข่ายใดมีจำนวนเครื่องคอมพิวเตอร์ เชื่อมต่ออยู่มาก ก็จะมีหมายเลขอยู่ใน Class A ถ้ามีจำนวนเครื่องต่ออยู่ลดหลั่นกันลงมาก็จะอยู่ใน Class B และ Class C ตามลำดับ หมายเลข IP ของ Class A มีตัวแรกเป็น 0 และหมายเลขของเครือข่าย (Network Number) ขนาด 7 บิต และ มีหมายเลขของเครื่องคอมพิวเตอร์ (Host Number) ขนาด 24 บิต ทำให้ในหนึ่งเครือข่ายของ Class A สามารถมีคอมพิวเตอร์เชื่อมต่ออยู่ในเครือข่ายได้ถึง 224= 16 ล้านเครื่อง เหมาะสำหรับองค์กร หรือบริษัทยักษ์ใหญ่ แต่ใน Class A นี้ จะมีหมายเลข เครือข่ายได้ 128 ตัวเท่านั้นทั่วโลก ซึ่งหมายความว่าจะมีเครือข่ายยักษ์ใหญ่แบบนี้ได้เพียง 128 เครือข่ายเท่านั้น สำหรับ Class B จะมีหมายเลขเครือข่ายแบบ 14 บิต และหมายเลขเครื่องคอมพิวเตอร์แบบ 16 บิต (ส่วนอีก 2 บิตที่เหลือบังคับว่าต้องขึ้นต้นด้วย 102) ดังนั้นจึงสามารถมีจำนวนเครือข่ายที่อยู่ใน Class B ได้มากกว่า Class A คือมีได้ถึง 214 = กว่า 16,000 เครือข่าย และก็สามารถมีเครื่องคอมพิวเตอร์เชื่อมต่อกันในเครือข่าย Class B แต่ละเครือข่ายได้ถึง 216 หรือมากกว่า 65,000 เครื่อง สุดท้ายคือ Class C ซึ่งมีหมายเลขเครื่องคอมพิวเตอร์แบบ 8 บิตและมีหมายเลขเครือข่ายแบบ 21 บิต ส่วนสามบิตแรกบังคับว่าต้องเป็น 1102 ดังนั้นใน แต่ละเครือข่าย Class C จะมีจำนวนเครื่องต่อเชื่อมได้เพียงไม่เกิน 254 เครื่องในแต่ละเครือข่าย (28 = 256 แต่หมายเลข 0 และ 255 จะไม่ถูกใช้งาน จึงเหลือเพียง 254) ดังนั้นวิธีการสังเกตได้ง่ายๆ ว่าเราเชื่อมต่ออยู่ที่เครือข่าย Class ใดก็สามารถดูได้จาก IP Address ในส่วนหน้า (ส่วน Network Address) โดย

Class A จะมี Network address ตั้งแต่ 0 ถึง 127 (บิตแรกเป็น 0 เสมอ)

Class B จะมี Network address ตั้งแต่ 128 ถึง 191 (เพราะขึ้นต้นด้วย 102 เท่านั้น)

Class C จะมี Network address ตั้งแต่ 192 ถึง 223 (เพราะขึ้นต้นด้วย 1102 เท่านั้น)

เช่น ถ้าเครื่องคอมพิวเตอร์ในอินเตอร์เน็ตมีหมายเลข IP ดังนี้ 181.11.82.22 ตัวเลข 181.11 แสดงว่าเป็นเครือข่ายใน Class B ซึ่งหมายเลขเครือข่ายเต็มๆ จะใช้ 2 ส่วนแรกคือ 181.11 และมีหมายเลขคอมพิวเตอร์คือ 82.22 หรือถ้ามี IP Address เป็น 192.131.10.101 ทำให้ทราบว่าเครื่องคอมพิวเตอร์นั้นเชื่อมต่ออยู่ใน Class C มีหมายเลขเครือข่ายคือ 3 ส่วนแรก ได้แก่ 192.131.10 และหมายเลขประจำ เครื่องคือ 101 เป็นต้น