บทที่3 มาตรฐานและเทคโนโลยีของระบบเครือข่าย

มาตรฐานและเทคโนโลยีของระบบเครือข่าย

(Network  Topology and Standard)

สรุป
     การเชื่อมต่อสายสัญญาณสามารถทำได้หลายวิธี  ทำให้เกิดรูปแบบของระบบเครือข่ายขึ้นหลายแบบ  รูปร่างของระบบเครือข่ายที่แตกต่างกันนี้เรียกว่า  สถาปัตยกรรมระบบเครือข่าย (Network  Architecture)  หรือโทโปโลยี (Topology)  รูปแบบการเชื่อมต่อในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันมี 4 รูปแบบหลัก คือ การเชื่อมต่อแบบบัส (Bus  Topology)  การเชื่อมต่อแบบวงแหวน (Ring  Topology)  การเชื่อมต่อแบบดวงดาว (Star  Topology)  และการเชื่อมต่อแบบผสม (Mixed  Topology)
     การออกแบบระบบเครือข่ายแบบต่างๆ  ต้องมีมาตรฐานที่จะเป็นแนวทางในการเลือกใช้อุปกรณ์เครือข่าย  ซึ่งมีหลายองค์กรมาตรฐาน เช่น สถาบันมาตรฐานแห่งชาติแห่งสหรัฐอเมริกา (American National Standards Institute : ANSI), Institute of Electrical and Electronics Engineering (IEEE), International Standards Organization (ISO)  ซึ่งมีการร่วมกันในการจัดมาตรฐานต่างๆ เช่น ISO ร่วมกับ ANSI พัฒนา OSI Model (Open Systems Interconnection Model)  ซึ่งแบ่งออกเป็น 7 ระดับชั้น คือ
                              1. ระดับชั้นฟิสิคัล (Physical layer)
                              2. ระดับชั้นดาต้าลิงก์ (Data link layer)
                              3. ระดับชั้นเน็ตเวิร์ก (Network  layer)
                              4. ระดับชั้นทรานสปอร์ต (Transport  layer)
                              5. ระดับชั้นเซสชัน (Session  laye)r
                              6. ระดับชั้นพรีเซนเตชัน (Presentation  layer)
                              7. ระดับชั้นแอปพลิเคชั่น (Application  layer)
                     สถาปัตยกรรมเครือข่าย TCP/IP จะต่างจาก OSI คือมีการแบ่งออกเป็น 4 ระดับชั้น คือ
                              1. ระดับชั้นโฮสต์-ทู-เน็ตเวิร์ก Host-to-Network
                              2. ระดับชั้นอินเทอร์เน็ต (Internet  layer)
                              3. ระดับชั้นทรานสปอร์ต (Transport  layer)
                              4. ระดับชั้นแอปพลิเคชัน (Application  layer)

โทโปโลยี

    สถาปัตยกรรมการเชื่อมต่อของระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์มีหลายแบบ สามารถเลือกใช้ให้เหมาะสมกับการใช้งาน ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและประหยัดค่าใช้จ่าย รวมทั้งวางแผนระบบเครือข่ายในอนาคต           โดยส่วนใหญ่คอมพิวเตอร์ภายในองค์กรใหญ่จะติดต่อสื่อสารผ่านระบบ LAN (Local Area Network) โดยมี backbone เป็นส่วนประกอบหลัก เป็นจุดที่จะทำการสื่อสารภายในองค์กรผ่าน backbone เทคโนโลยี LAN มีหลายประเภท เช่น Ethernet, Token Ring, FDDI และ Wireless LAN เป็นต้น แต่นิยมกันมากที่สุดในปัจจุบันคือ อีเธอร์เน็ต (Ethernet) ซึ่งอีเธอร์เน็ตเองยังจำแนกออกได้หลายประเภทย่อย ขึ้นอยู่กับความเร็ว
          โทโปโลยี (Topology) และสายสัญญาณที่ใช้ เทคโนโลยี LAN แต่ละประเภทมีทั้งหัวข้อดีข้อเสียที่แตกต่างกัน การเลือกใช้เทคโนโลยีเหล่านี้ควรให้เหมาะสมกับลักษณะการใช้งานเครือข่ายขององค์กร โทโปโลยีของเครือข่ายอาจจะมีผลต่อสมรรถนะของเครือข่ายได้
          การเลือกโทโปโลยีอาจมีผลต่อประเภทของอุปกรณ์ที่ใช้ในเครือข่าย ดังนี้
     - สมรรถนะของอุปกรณ์เหล่านั้น
     - ความสามารถในการขยายของเครือข่าย
     - วิธีการดูแลและจัดการเครือข่าย การรู้จักและเข้าใจโทโปโลยีประเภทต่าง ๆ

     โทโปโลยีแต่ละประเภทมีดังต่อไปนี้
      1. โทโปโลยีแบบบัส (Bus Topology) เป็นรูปแบบการเชื่อมต่อกันโดยผ่ายสายสัญญาณแกนหลัก ที่เรียกว่า BUS หรือ แบ็คโบน (Backbone) คือ สายรับส่งสัญญาณข้อมูลหลัก ใช้เป็นทางเดินข้อมูลของทุกเครื่องภายในระบบเครือข่าย และจะมีสายแยกย่อยออกไปในแต่ละจุด เพื่อเชื่อมต่อเข้ากับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น ๆ ซึ่งเรียกว่าโหนด (Node)

         ข้อมูลจากโหนดผู้ส่งจะถูกส่งเข้าสู่สายบัสในรูปของแพ็กเกจ ซึ่งแต่ละแพ็กเกจจะประกอบไปด้วยข้อมูลของผู้ส่ง, ผู้รับ และข้อมูลที่จะส่ง การสื่อสารภายในสายบัสจะเป็นแบบ 2 ทิศทางแยกไปยังปลายทั้ง 2 ด้านของบัส โดยตรงปลายทั้ง 2 ด้านของบัสจะมีเทอร์มิเนเตอร์ (Terminator) ทำหน้าที่ลบล้างสัญญาณที่ส่งมาถึง เพื่อป้องกันไม่ให้สัญญาณข้อมูลนั้นสะท้อนกลับ เข้ามายังบัสอีก เพื่อเป็นการป้องกันการชนกันของข้อมูลอื่น ๆ ที่เดินทางอยู่บนบัสในขณะนั้น

         สัญญาณข้อมูลจากโหนดผู้ส่งเมื่อเข้าสู่บัส ข้อมูลจะไหลผ่านไปยังปลายทั้ง 2 ด้านของบัส แต่ละโหนดที่เชื่อมต่อเข้ากับบัส จะคอยตรวจดูว่า ตำแหน่งปลายทางที่มากับแพ็กเกจข้อมูลนั้นตรงกับตำแหน่งของตนหรือไม่ ถ้าตรง ก็จะรับข้อมูลนั้นเข้ามาสู่โหนด ตน แต่ถ้าไม่ใช่ ก็จะปล่อยให้สัญญาณข้อมูลนั้นผ่านไป จะเห็นว่าทุก ๆ โหนดภายในเครือข่ายแบบ BUS นั้นสามารถรับรู้สัญญาณข้อมูลได้ แต่จะมีเพียงโหนดปลายทางเพียงโหนดเดียวเท่านั้นที่จะรับข้อมูลนั้นไปได้

     ข้อดี 
    - ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการวางสายสัญญาณมากนัก สามารถขยายระบบได้ง่าย เสียค่าใช้จ่ายน้อย ซึ่งถือว่าระบบบัสนี้เป็นแบบโทโปโลยีที่ได้รับความนิยมใช้กันมากที่สุดมา ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน
    - สามารถติดตั้งระบบ ดูแลรักษา และติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติมได้ง่าย ไม่ต้องใช้เทคนิคที่ยุ่งยากซับซ้อนมากนัก

    ข้อเสีย
    - อาจเกิดข้อผิดพลาดง่าย เนื่องจากทุกเครื่องคอมพิวเตอร์ ต่อบนสายสัญญาณเพียงเส้นเดียว ดังนั้นหากมี สัญญาณขาดที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง ก็จะทำให้เครื่องบางเครื่อง หรือทั้งหมดในระบบไม่สามารถใช้งานได้ตามไปด้วย
    - การตรวจหาโหนดเสีย ทำได้ยาก เนื่องจากขณะใดขณะหนึ่ง จะมีคอมพิวเตอร์เพียงเครื่องเดียวเท่านั้น ที่สามารถส่งข้อความ ออกมาบนสายสัญญาณ ดังนั้นถ้ามีเครื่องคอมพิวเตอร์จำนวนมาก ๆ อาจทำให้เกิดการคับคั่งของเน็ตเวิร์ค ซึ่งจะทำให้ระบบช้าลงได้

     2. โทโปโลยีแบบวงแหวน (Ring Topology) 
     โทโปโลยีแบบวงแหวน (RING) เป็นรูปแบบที่ เครื่องคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในระบบเครือข่าย ทั้งเครื่องที่เป็นผู้ให้บริการ( Server) และ เครื่องที่เป็นผู้ขอใช้บริการ(Client) ทุกเครื่องถูกเชื่อมต่อกันเป็นวงกลม ข้อมูลข่าวสารที่ส่งระหว่างกันจะไหลวนอยู่ในเครือข่ายไปใน ทิศทางเดียวกัน โดยไม่มีจุดปลายหรือเทอร์มิเนเตอร์เช่นเดียวกับเครือข่ายแบบ BUS ในแต่ละโหนดหรือแต่ละเครื่อง จะมีรีพีตเตอร์ (Repeater) ประจำแต่ละเครื่อง 1 ตัว ซึ่งจะทำหน้าที่เพิ่มเติมข้อมูลที่จำเป็นต่อการติดต่อสื่อสารเข้าในส่วนหัวของแพ็กเกจที่ส่ง และตรวจสอบข้อมูลจากส่วนหัวของ Packet ที่ส่งมาถึง ว่าเป็นข้อมูลของตนหรือไม่ แต่ถ้าไม่ใช่ก็จะปล่อยข้อมูลนั้นไปยัง Repeater ของเครื่องถัดไป

      ข้อดี 
     - ผู้ส่งสามารถส่งข้อมูลไปยังผู้รับได้หลาย ๆ เครื่องพร้อม ๆ กัน โดยกำหนดตำแหน่งปลายทางเหล่านั้นลงในส่วนหัวของแพ็กเกจข้อมูล Repeaterของแต่ละเครื่องจะทำการตรวจสอบเองว่า ข้อมูลที่ส่งมาให้นั้น เป็นตนเองหรือไม่
     - การส่งผ่านข้อมูลในเครือข่ายแบบ RING จะเป็นไปในทิศทางเดียวจากเครื่องสู่เครื่อง จึงไม่มีการชนกันของสัญญาณ ข้อมูลที่ส่งออกไป
     - คอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในเน็ตเวิร์กมีโอกาสที่จะส่งข้อมูลได้อย่างทัดเทียมกัน
     ข้อเสีย 
     - ถ้ามีเครื่องใดเครื่องหนึ่งในเครือข่ายเสียหาย ข้อมูลจะไม่สามารถส่งผ่านไปยังเครื่องต่อ ๆ ไปได้ และจะทำให้เครือข่ายทั้งเครือข่าย หยุดชะงักได้
     - ขณะที่ข้อมูลถูกส่งผ่านแต่ละเครื่อง เวลาส่วนหนึ่งจะสูญเสียไปกับการที่ทุก ๆ Repeater จะต้องทำการตรวจสอบตำแหน่งปลายทางของข้อมูลนั้น ๆ ทุก ข้อมูลที่ส่งผ่านมาถึง

     3. โทโปโลยีแบบดาว
     โทโปโลยีแบบดาว (Star Topology) เป็นรูปแบบที่เครื่องคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกันในเครือข่าย จะต้องเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ตัวกลางตัวหนึ่งที่เรียกว่า ฮับ (HUB) หรือสวิตช์ (Switch) หรือเครื่อง ๆ หนึ่ง ซึ่งทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางของการเชื่อมต่อสายสัญญาญที่มาจากเครื่องต่าง ๆ ในเครือข่าย และควบคุมเส้นทางการสื่อสาร ทั้งหมด เมื่อมีเครื่องที่ต้องการส่งข้อมูลไปยังเครื่องอื่น ๆ ที่ต้องการในเครือข่าย เครื่องนั้นก็จะต้องส่งข้อมูลมายัง HUB หรือเครื่องศูนย์กลางก่อน แล้ว HUB ก็จะทำหน้าที่กระจายข้อมูลนั้นไปในเครือข่ายต่อไป

     ข้อดี 
      - การติดตั้งเครือข่ายและการดูแลรักษาทำ ได้ง่าย หากมีเครื่องใดเกิดความเสียหาย ก็สามารถตรวจสอบได้ง่าย และศูนย์ กลางสามารถตัดเครื่องที่เสียหายนั้นออกจากการสื่อสาร ในเครือข่ายได้เลย โดยไม่มีผลกระทบกับระบบเครือข่าย
      ข้อเสีย 
      - เสียค่าใช้จ่ายมาก ทั้งในด้านของเครื่องที่จะใช้เป็น เครื่องศูนย์กลาง หรือตัว HUB เอง และค่าใช้จ่ายในการติดตั้งสายเคเบิลในเครื่องอื่น ๆ ทุกเครื่อง การขยายระบบให้ใหญ่ขึ้นทำได้ยาก เพราะการขยายแต่ละครั้ง จะต้องเกี่ยวเนื่องกับเครื่องอื่นๆ ทั้งระบบ

      4.โทโปโลยีแบบไฮบริด
      โทโปโลยีแบบ Hybrid เป็นรูปแบบใหม่ ที่เกิดจากการผสมผสานกันของโทโปโลยีแบบ STAR , BUS , RING เข้าด้วยกัน เพื่อเป็นการลดข้อเสียของรูปแบบที่กล่าวมา และเพิ่มข้อดี ขึ้นมา มักจะนำมาใช้กับระบบ WAN (Wide Area Network) มาก ซึ่งการเชื่อมต่อกันของแต่ละรูปแบบนั้น ต้องใช้ตัวเชื่อมสัญญาญเข้ามาเป็นตัวเชื่อม ตัวนั้นก็คือ Router เป็นตัวเชื่อมการติดต่อกัน

      5. โทโปโลยีแบบเมซ

      โทโปโลยีแบบเมช (Mesh) เป็นรูปแบบที่ถือว่า สามารถป้องกันการผิดพลาดที่อาจจะเกิดขึ้นกับระบบได้ดีที่สุด เป็นรูปแบบที่ใช้วิธีการเดินสายของแต่เครื่อง ไปเชื่อมการติดต่อกับทุกเครื่องในระบบเครือข่าย คือเครื่องทุกเครื่องในระบบเครือข่ายนี้ ต้องมีสายไปเชื่อมกับทุก ๆ เครื่อง ระบบนี้ยากต่อการเดินสายและมีราคาแพง จึงไม่ค่อยมีผู้นิยม