Ch3 รูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่าย และส่วนประกอบของเครือข่ายท้องถิ่น

1. การเชื่อมต่อเครือข่าย (Line Comfiguration)

Point-to-Point เป็นการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ 2 ตัว เช่น การใช้สายเคเบิล หรือคลื่นไมโครเวฟ
Multi-Point เป็นการใช้ช่องทางสื่อสารร่วมกันระหว่างหลายอุปกรณ์ ข้อดีคือประหยัดสาย แต่ข้อเสียคือข้อมูลอาจชนกันได้ ซึ่งจะต้องมีการส่งใหม่จนกว่าจะสำเร็จ อย่างไรก็ตาม การสื่อสารปัจจุบันมักใช้แบบนี้

2. รูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่าย (Topologies)

แบบ Bus ใช้สายเคเบิลเส้นหนึ่งทำเป็น Backbone แกนหลัก โดยทุกๆโหนดบนเครือข่ายจะต้องเชื่อมต่อเข้ากับสายเส้นนี้ มี Drop Lines เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์และสายเคเบิล Tap เป็นคอนเนคเตอร์เชื่อต่อ ที่ปลายทางของสองฝั่งจะมี Terminator ดูดซับสัญญาณไม่ให้สัญญาณที่วิ่งไปปลายสายแล้วเกิดสะท้อนกลับ
แบบ Star นำฮับมาใช้เป็นศูนย์กลางของสายสื่อสารทั้งหมด ทุกๆโหนดบนเครือข่ายจะต้องเชื่อมโยงผ่านฮับทั้งสิ้น ซึ่งช่วยให้เครือข่ายมีความคงทนยิ่งขึ้น หากมีสายหนึ่งขาดก็จะส่งผลต่อโหนดนั้นเท่านั้น แต่ถ้าฮับพัง ก็จะส่งผลต่อระบบโดยรวม
แบบ Ring เป็นการเชื่อมจุดต่อจุดเป็นวงแหวน โดยส่งสัญญาณทิศทางเดียวกัน แต่โหนดจะทวนสัญญาณส่งทอดโหนดถัดไปไปเรื่อยๆ เมื่อถึงปลายทาง โหนดปลายทางก็จะคัดลอกข้อมูลเก็บไว้ และส่งข้อมูลผ่านไปจนถึงโหนดผู้ส่ง เมื่อได้รับข้อมูลเดิมที่ตนส่งไปก็จะทราบว่าส่งเสร็จแล้ว
แบบ Mesh เป็นการเชื่อมต่อจุดต่อจุดอย่างแท้จริง แตละโหนดจะมีสายไปยังทุกโหนดที่เหลือ

การคำนวณจุดเชื่อมต่อและจำนวนสายที่ต้องเพิ่ม (Mesh)

Connnections = ( N²- N ) / 2
จำนวนสายที่ต้องเพิ่ม = N – 1

ตัวอย่าง มีคอมพิวเตอร์ 5 เครื่อง 2 เครื่องอยู่ Location 1 อีก 3 เครื่องอยู่ Location 2 จากสูตรจะได้

จำนวนจุดเชื่อมต่อที่ต้องใช้สาย = ( 5² – 5 ) / 2 = 10 สาย

ต่อมา มีการเพิ่มจำนวนเครื่องบน Location 1 อีก 1 เครื่อง เป็น N=6 จะได้ Connections = 15 สาย (จากเดิม 10 สาย) ซึ่งจำนวนสายที่เพิ่มขึ้น หาได้จาก

จำนวนสายที่ต้องเพิ่ม = 6 –1 = 5 สาย

Topology	ข้อดี	ข้อเสีย
Bus	- โครงสร้างไม่ซับซ้อน ติดตั้งง่าย - เพิ่มโหนดได้ง่าย - ประหยัดสายสื่อสาร	- หาก backbone ขาด เครือข่ายชะงักทันที - กรณีเกิดข้อผิดพลาดบนเครือข่าย จะค้นหาจุดผิดยาก เพราะทุกอุกรณ์ต่างก็เชื่อมกับแกนหลัก - ระหว่างแต่ละโหนดจะต้องมีระยะห่างตามข้อกำหนด
Star	- มีความคงทนสูง - จัดการดูแลที่ศูนย์กลางได้ง่าย	- เปลืองสายเคเบิล - กรณีเพิ่มโหนด ฮับต้องมีพอร์ตว่าง และต้องลากสายจากฮับไปปลายทาง - หากฮับใช้งานไม่ได้ ทุกโหนดก็จะใช้งานไม่ได้ด้วย
Ring	- แต่ละโหนดในวงแหวน มีโอกาสส่งข้อมูลได้เท่าเทียมกัน - ประหยัดสายสัญญาณ ใช้สายเท่ากันจำนวนโหนดที่เชื่อมต่อ - ง่ายต่อการติดตั้งและเพิ่มลดจำนวนโหนด	- หากวงแหวนชำรุดหรือขาด จะส่งผลต่อระบบทั้งหมด - ตรวจสอบได้ยาก กรณีมีจุดใดจุดหนึ่งขัดข้อง ต้องหาทีละจุดว่าขัดข้องอย่างไร
Mesh	- ใช้แบนด์วิดธ์เต็มที่ ไม่มีโหนดอื่นมาแชร์ - ปลอดภัย/ส่วนตัวในข้อมูลระหว่างโหนด - คงทน ถ้ามีลิงค์เสียก็เลี่ยงไปใช้ลิงค์อื่นได้	- เปลืองสายมากที่สุด

3. LAN Components

Servers
Clients/Workstation
Network Interface Cards
Network Cables
Network Hubs
Network Operating System

4. อุปกรณ์สำหรับเชื่อมต่อเครือข่าย

Repeater/Hub ทำงานบนชั้น Physical โดย Repeater มักจะมีเพียง 2 พอร์ต เพื่อเชื่อมต่อระหว่างเครือข่าย ซึ่ง Hub ก็คือ Repeater หลายๆ พอร์ตนั่นเอง นอกจากนำมาใช้เป็นศูนย์กลางรับส่งข้อมูลแล้ว ยังเป็นอุปกรณ์ทวนสัญญาณด้วย
1. ฮับแบ่งเป็น 2 ชนิด
  1. Active Hub ปกติที่ใช้งานจะเป็นอันนี้ ทำหน้าที่ รับ กรั่นกรองสัญญาณรบกวน ปรับแต่งระดับสัญญาณ และกระจายไปยังทุกๆ พอร์ตที่เชื่อมต่อ
  2. Passive Hub จะไม่มีการปรับแต่งสัญญาณ ตัวอย่างอุปรณ์ Patch Panel ซึ่งไม่ต้องใช้กำลังไฟฟ้าเหมือนฮับทั่วไป ใช้เป็นเพียงจุดเชื่อมต่อของสายสัญญาณเท่านั้
2. ข้อควรรู้
  1. การเชื่อมแต่ละเซกเมนต์ด้วยฮับ จะถือเป็น Collision Domain เดียวกัน ใช้จราจรร่วมกัน ทำให้การจราจรคับคั่ง ส่งผลต่ออัตราการชนกันของข้อมูลที่เพิ่มขึ้น และไม่ควรใช้กับเครือข่ายที่แต่ละเซกเมนต์มีวิธีการแอคเซสต่างกัน
  2. ควรใช้เมื่อต้องการปรับแต่งสัญญาณ (ให้เหมือนสัญญาณเดิม) เพื่อส่งในระยะไกลขึ้น แต่ไม่เกี่ยวอะไรกับการกลั่นกรองข้อมูลบนเครือข่าย
Bridge ทำงานชั้น Physical และ Data Link เชื่อมต่อเครือข่าย เช่น Ethernet ด้วยกัน หรือ Ethernet กับ Token Ring คล้าย Repeater แต่ สามารถแบ่งเซกเมนต์เป็นคนละ Collision Domain กันได้ และยังส่งข้อมูลข้ามเครือข่ายได การทำงานของบริดจ์ชั้นดาต้าลิงค์ จะเข้าถึงทุก Phisical Address เมื่อเฟรมข้อมูลเดินทางมาถึง บริดจ์จะตรวจสอบแอดเดรสปลายทาง และส่งไปยังเซกเมนต์ที่เกี่ยวข้องเท่านั้น จึงช่วยลดความคับคั่งบนเครือข่าย บริดจ์มีเพียง 2 พอร์ต
Switch คล้ายบริดจ์แต่มีหลายพอร์ต มี Switch Layer 2 (ทำงานเหมือนบริดจ์) และ Switch Layer 3 (ทำงานเหมือนเร้าเตอร์)
Router ทำงานชั้น Physical, Data Link, Network เชื่อมต่อเครือข่ายหลายๆ กลุ่ม LAN-LAN, LAN-WAN โดยจะเลือกเส้นทางที่ดีที่สุดเพื่อส่งแพ็คเก็ตไปยังปลายทาง รวมถึงสามารถเปลี่ยนเส้นทางกรณีเส้นทางที่ใช้อยู่ขัดข้อง
Gateway ทำงานบนทุกชั้นสื่อสาร โดยอนุญาตให้คอมพิวเตอร์บนเครือข่ายที่เชื่อมต่อกันด้วยโปรโตคอล สถาปัตยกรรม แพลตฟอร์มต่างกัน เชื่อมกันได้หมด

5. เทคโนโลยีเครือข่าย

LAN
- Ethernet
- Token Bus
- Token Ring
- FDDI
MAN
WAN

6. Switching

การนำอุปกรณ์มาเชื่อมต่อนั้น เราต้องการให้มีการสื่อสารแบบจุดต่อจุด แต่การทำแบบ Mesh นั้นก็ไม่ไหวเพราะเป็นไปไม่ได้สำหรับเคริอข่ายขนาดใหญ่ แนวทางที่ดีที่สุดวิธีหนึ่งก็คือ Switching โดยเครือข่ายสวิตชิ่งประกอบด้วย Interlinked Node ที่เรียงติดกันเป็นลำดับเรียกว่า Switch สวิตช์คืออุปรกณ์ที่สามารถสร้างการเชื่อมต่อแบบชั่วคราวระหว่างสองอุปกรณ์หรือมากกว่าเพื่อลิงค์ผ่านสวิตช์ได้ สำหรับเครือข่ายสวิตช์อาจหมายถึง

End Systems เช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์
Routing อุปกรณ์กำหนดเส้นทาง

เทคนิคการสวิตชิ่งมี 3 ประเภท

Circuit Switching Networks มักใช้กับการสื่อสารทางเสียง จะมีการสร้างเส้นทางแบบถือครองเส้นทางนั้นตลอดระยะเวลาที่สื่อสาร (Dedicated Path) และถือครองโดยที่ผู้อื่นใช้ไม่ได้จนกว่าจะส่งเสร็จจึงจะปล่อย (Release) ซึ่งเป็นข้อเสีย ส่วนข้อดีคือ หลังการสร้างคอนเน็กชั่น จะส่งข้อมูลได้เร็ว ค่าหน่วงน้อย แต่อาจจะต้องรอซักหน่อยในการสร้างคอนเน็กชั่น ตัวอย่าง ได้แก่ ระบบโทรศัพท์ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ทั้งสองฝั่งจำเป็นจะต้องมีอัตราความเร็วในการส่งข้อมูล (Data Rate) เท่ากัน ทำงานชั้น Physical
Message Switching Networks จะส่งจากต้นทางไปยังปลายทางในลักษณะเป็นทอดๆ โดยมีการถือครองเส้นทางในช่วงระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น เช่น S->a->c->T เมื่อ S ส่งไป a a จะเก็บข้อมูลข้อมูลไว้ชั่วคราว แล้วเส้นทาง S->a ก็จะถูกปลดออก a ก็ไปถือครองเส้นทางกับ c ต่อไป ข้อดีคือมีประสิทธิภาพ ผู้อื่นสามารถใช้ทางได้ แต่ข้อเสียคือค่าหน่วงเวลาสูงมาก เนื่องจากตัวจัดเก็บข้อมูลประมวลผลช้า (Disk) โดยปกติก็เลยจะมีการแบ่งข้อมูลเป็นส่วนๆ เพราะข้อมูลขนาดใหญ่จะยิงจัดเก็บช้าขึ้น
Package Switching Networks คล้ายวิธีที่ 2 แต่เพิ่มคุณสมบัติเข้ามา 1) จำกัดขนาดแพ็คเก็ต ประมาณ 400-6000 ไบต์ ถ้าเมสเซสใหญ่กว่าขนาดแพ็คเก็ต ก็จะแตกออกเป็นหลายแพ็คเก็ต 2) การจัดเก็บระหว่างส่งผ่านจะเก็บ (Store) บน RAM ความเร็วสูง และส่งต่อ (Forward) ไปโหนดอื่น ข้อดีคือ ค่าความหน่วงน้อย โดยค่าหน่วงจะเกิดขึ้นเพียงชั่วครู่ที่ผ่านเส้นทางครั้งแรก หลังจากนั้น แพ็คเก็ตอื่นๆ จะทยอยตามมาอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเทคโนโลยีที่มีพืนฐานการส่งแบบ Packet Switching เช่น Frame Relay, Asynchronous Tranfer Mode (ATM), Internet
- Datagram Networks ถูกส่งไปตามเส้นทางโดยอิสระ จะเรยกแพ็ตเก็ตว่า Datagram ทำงานชั้น Network สวิตซ์ในเคริอข่ายหมายถึงเร้าเตอร์ แต่ละส่วนอาจเดินทางคนละเส้นทางกันก็ได้ ข้อเสียคือแพ็คเก็ตอาจมาไม่ถึงพร้อมกัน ปล่อยให้เป็นหน้าที่ของโปรโตคอลชั้นสูงไป จัดการเรื่องลำดับและดาต้าแกรมสูญหายหรือซ้ำซ้อน
- Virtual-Circuit Networks = Circuit+Datagram ทำงานชั้น Data Link เส้นทางในเชิงตรรกะดูเหมือนเชื่อมต่อกัน แต่ในทางกายภาพจะเป็นเส้นทางเชื่อมต่อผ่านเครือข่ายสวิตซ์แบบไม่ถาวร โดยจะทำงานในช่วงเวลาหนึ่งที่มีส่งแพ็ตเก็ต แต่ถ้าไม่มีการส่งก็จะไม่มีการเชื่อมต่อ คือจะสร้างวงจรสมมติขึ้นมาเหมือนมีเส้นทางจริงที่เชื่อมโยง อย่างต่อเนื่องจากต้นทางไปปลายทาง

Verzaru's Notes