Week : 4 Chapter 3 Data and Signals

1. Analog Computer

สัญญาณอนาลอกคือ สัญญาณข้อมูลแบบต่อเนื่อง (Continuouse Data) มีขนาดของสัญญาณไม่คงที่ การเปลี่ยนแปลงขนาดของสัญญาณแบบค่อยเป็นค่อยไปแปรผันตามเวลา เป็นสัญญาณที่มนุษย์สามารถสัมผัสได้ เช่น แรงดันของน้ำ

2.Digital Computer

สัญญาณดิจิตัล คือ สัญญาณข้อมูลแบบไม่ต่อเนื่อง (Discrete Data) มีขนาดของสัญญาณคงที่ การเปลี่ยนแปลงขนาดของสัญญาณเป็นแบบทันที ทันใด ไม่แปรผันตามเวลา เป็นสัญญาณที่มนุษย์ไม่สามารถสัมผัสได้ เช่น สัญญาณไฟฟ้า

ความสัมพันธ์ของสัญญาณอะนาลอก ดิจิตอล และตัวแปลงสัญญาณ

สัญญาอะนาลอก (Analog) และสัญญาณดิจิตอล (Digital)ทั้งสองสัญญาณ เกี่ยวข้องกับตัวแปลงสัญญาณ (Transducer)การเชื่อมต่อระบบอนาลอกเข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์ จะต้องมีตัวกลางใน การแปลงเปลี่ยนจากAnalogให้เป็นสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์ เรียกว่า“ทรานส์ดิวเซอร์”(Transducer) การแปลงสัญญาณกลับไปกลับมาระหว่างสัญญาณ Analog และ Digital อาศัย "ตัวเปลี่ยนสัญญาณข้อมูล Converter"

การแปลงสัญญาณมี 2 วิธีคือ

1. การแปลงสัญญาณอนาลอกเป็นสัญญาณดิจิตอล
2. การแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณอนาลอก


Physical Layer ฝังตัวอยู่ด้านล่างสุดของแบบจำลอง OSI โดยทำหน้าที่
1)ควบคุมการรับ/ส่งข้อมูลในตัวกลาง เช่น ทิศทางของสัญญาณ และ
2)บริการเชื่อมโยงข้อมูลกับ ชั้นถัดไปด้านบน ได้แก่ Data Link Layer

สัญญาณแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่Periodic คือ สัญญาณที่มีรูปแบบ ภายในกรอบเวลาคงที่ (คาบเวลา –Period) ซ้ำกัน โดยที่เมื่อ สัญญาณเปลี่ยนแปลงไปตามรูปแบบจน ครบ 1 รอบเรียกว่า Cycle
CycleAperiodic คือ สัญญาณที่ไม่ปรากฏรูปแบบที่ซ้ำกัน ในช่วงเวลาที่พิจารณา
Analog Signals
ในการสื่อสารข้อมูล นิยมใช้สัญญาณทั้งแบบ Analog และ Digital หากในกรณีสัญญาณ Analog เรามักจะใช้ประเภทที่เป็นคาบเวลา (Periodic) สัญญาณ Analog ยัง แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
Simple คือ สัญญาณมูลฐานชนิด Sinusoidal (Sine Wave) ซึ่งมีความถี่คงที่ ไม่สามารถแบ่งแยกออกเป็นสัญญาณย่อยได้อีก ดังรูป
Composite คือ สัญญาณที่ประกอบขึ้นจาก สัญญาณ Sinusoidal ที่มีความถี่และขนาดแตกต่างกัน หลายสัญญาณ

ความถี่ (f) แปรผกผัน กับคาบเวลา (T) ด้วยสมการ f = 1 / T

Transmission Medium
ในการสื่อสาร สัญญาณ Composite จะส่งผ่านตัวกลาง (เช่น สายนำสัญญาณ หรืออากาศ) ซึ่งตัวกลางแต่ละประเภทจะมีคุณสมบัติแตกต่างกันไป
คุณสมบัติของตัวกลาง สัมพันธ์กับความถี่ กล่าวคือ ตัวกลางอาจ ส่งผ่าน เพียงบางความถี่ และ ลดทอน หรือ กัก ความถี่ที่เหลือดังนั้น สัญญาณที่รับได้ที่ปลายด้านรับของตัวกลางอาจไม่สมบูรณ์ เช่น เมื่อส่งสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมเข้าสู่ตัวกลาง ฝั่งด้านรับอาจจะไม่ได้รับสัญญาณที่เหมือนกับต้นทางก็ได้

Bandwidth
Bandwidth คือพิสัยของความถี่ ซึ่งตัวกลางยอมให้ผ่านไปได้ คำนวณได้จากผลต่างระหว่างความถี่สูงสุด และต่ำสุด ซึ่งมีระดับพลังงานลดทอนลงไม่เกินกึ่งหนึ่ง

ถ้า Bandwidth ของตัวกลาง ไม่สอดคล้องกับ Signal Spectrum จะเกิดการผิดเพี้ยนของสัญญาณที่ด้านรับ (Distortion) ตัวอย่างเช่น ในปัจจุบัน ยังไม่มีตัวกลางชนิดใด ที่สามารถส่งผ่านความถี่ได้ถึงอนันต์ ดังนั้นถ้าส่งสัญญาณ Square ไปตามตัวกลางจะเกิด Error เสมอ

week : 3 Chapter 2 TCP/IP

Image via Wikipedia

ประเภทของสื่อในการสื่อสารข้อมูล
1. Guided Transmission Media เป็นตัวกลางที่ใช้สายในการนำสัญญาณข้อมูลไปตามเส้นทางที่กำหนดเอาไว้ สื่อในการสื่อสารข้อมูลประเภทนี้ได้แก่ สายเปลือย (Open Wire) สายเคเบิลร่วมแกน (Coaxial Cable) และเส้นใยนำแสง (Fiber Optic)
ชนิดของสายสัญญาณ

เรา สามารถกันตัวนำไฟฟ้าจากสัญญาณรบกวน RF (Electrical Radio Frequency) โดยใช้ตัวนำอีกตัวเป็นฉนวน วิธีป้องกันแบบนี้จะเห็นในสายคู่ตีเกลียวและสายโคแอกเชียล

1.1.สายคู่บิดเกลียว (Twisted-Pair Cable)
ประกอบ ไปด้วย สายไฟ 2 หรือ 4 คู่ถักเข้าด้วยกันตลอดทั้งเส้น เพราะว่าแต่ละเส้นเป็นตัวนำไฟฟ้า การพันสายเข้าด้วยกันจะทำให้เกิดเป็นฉนวนกันสัญญาณรบกวน RF ได้

สายคู่บิดเกลียว ประกอบด้วยสายทองแดง ที่หุ้มด้วยฉนวนพลาสติก หลังจากนั้นก็จะนำสายทั้ง2 เส้นมาถักกันเป็นเกลียวคู่ โดยสายคู่หนึ่งก็จะใช้สำหรับการสื่อสารหนึ่งช่องทาง จำนวนคู่ที่เกิดจากการนำสาย2เส้นมาถักกันเป็นเกลียว ซึ่งอาจจะมีหลายๆคู่ที่นำมารวบเข้าด้วยกันและหุ้มด้วยฉนวนภายนอก **การที่นำสายมาถักเป็นเกลียว มีเหตุผลสำคัญคือ ช่วยลดการแทรกแซงจากสัญญาณรบกวน**
สายคู่บิดเกลียวจะมีอยู่ 2 รูปแบบด้วยกันคือ แบบมีชีลด์ และแบบไม่มีชีลด์
สายคู่บิดเกลียวชนิดไม่มีชีลด์ (UTP) เป็นสายชนิหนึ่งที่มีความนิยมใช้งานมากในปัจจุบัน มีลักษณะคล้ายกับสายโทรศัพท์ที่ใช้ตามบ้าน โดยหน่วยงาน EIA ได้มีการพัฒนามาตรฐานสาย UTP ตามเกรดการใช้งาน
**สาย UTP ที่นิยมใช้กับเครือข่ายท้องถิ่น คือ (CAT 5)**
สายคู่บิดเกลียวชนิดมีชีลด์(STP) มีลักษณะคล้ายกับสาย UTP แต่สาย STP จะมีชีลด์ห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่งทำให้ป้องกันสัญญาณรบกวนได้ดีว่า UTP โดยหากมีการนำสาย UTP หลายๆเส้นมามัดรวมกันหรือมีการวางพลาดระหว่างกัน อาจเกิดสัญญาณรบกวนที่เรียกว่า ครอสทอล์ก ได้ ดังนั้นจะเห็นได้ว่าสาย STP นั้นมีคุณภาพที่ดีกว่า แต่ก็มีต้นทุนที่สูงกว่าเช่นกัน

สำหรับสายคู่บิดเกลียวนั้น มีใช้งานอยู่ 2 รูปแบบ คือ สายคู่บิดเกลียวแบบมีฉนวนหุ้มและสายคู่บิดเกลียวแบบไม่มีฉนวนหุ้ม

1.1.1สายคู่บิดเกลียวแบบไม่มีฉนวนหุ้ม (Unshielded Twisted-Pair Cable : UTP)
มักเรียกสั้น ๆ ว่า สาย UTP เป็นสายชนิดหนึ่งที่มีความนิยมใช้งานมากในปัจจุบัน มีลักษณะคล้ายสายโทรศัพท์ที่ใช้ตามบ้าน
1.1.2สายคู่บอดเกลียวแบบมีฉนวนหุ้ม (Shielded Twisted-Pair Cable : STP)
สำหรับสาย STP จะมีลักษณะคล้ายกับสาย UTP แต่สาย STP จะมีฉนวนหุ้มอีกชั้นหนึ่ง ทำให้ป้องกันสัญญาณรบกวนได้ดีกว่าสาย UTP โดยหากมีการนำสาย UTP หลาย ๆ เส้นมามัดรวมกันหรือมีการวางพาดระหว่างกัน อาจเกิดสัญญาณรบกวนที่เรียกว่า ครอสทอร์ก (Cross Talk) ได้ และหากสถานที่ติดตั้งเป็นสถานที่ที่เสี่ยงต่อสัญญาณรบกวน การใช้สาย STP ก็ย่อมเหมาะสมกว่าการใช้สาย UTP ดังนั้นจะเห็นได้ว่าสาย STP นั้น จะมีคุณภาพที่ดีกว่า แต่ก็จะมีต้นทุนที่สูงกว่าเช่นกัน
สื่อกลางที่ใช้ในการสื่อสารข้อมูลระหว่างผู้ส่งข้อมูลและผู้รับข้อมูลนั้น สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ สื่อกลางแบบมีสายนำ (Guided Media) และ สื่อกลางแบบไม่มีสายนำ (Unguided Media)

ข้อดีและข้อเสียของสายคู่บิดเกลียว
ข้อดี
-ราคาถูก
-ง่ายต่อการนำไปใช้
ข้อเสีย
-จำกัดความเร็ว
-ใช้กับระยะทางสั้นๆ
-ในกรณีเป็นสายแบบไม่มีชีลด์ ก็จะไวต่อสัญญาณรบกวน
Analog Signal สัญญาณข้อมูลแบบต่อเนื่อง ขนาดสัญญาณไม่คงที่ แปรผันตามเวลา เช่น แรงดันน้ำ ค่าอุณหภูมิ ความเร็วรถยนต์
Digital Signal สัญญาณแบบไม่ต่อเนื่อง (Discrete Data)ขนาดสัญญาณคงที่ การเปลี่ยนแปลงขนาดของสัญญาณเป็นแบบทันที ทันใด ไม่แปรผันตามเวลา มนุษย์ไม่สามารถสัมผัสได้

1.2.สายโคแอกเชียล (Coaxial Cable)
สายโคแอกเชียลหรือมักเรียกสั้นๆว่า สายโคแอกซ์ จะมีช่วงความถี่ หรือแบนด์วิดธ์ที่สูงกว่าสายคู่บิดเกลียว สายมักจะทำด้วย ทองแดงอยู่แกนกลาง และถูกหุ้มด้วยพลาสติกจากนั้นก็จะมีชีลด์หุ้มอยู่อีกชั้นหนึ่งเพื่อป้องกัน สัญญาณรบกวน และหุ้มด้วยเปลือกนอกอีกชั้นหนึ่ง จึงทำให้สายโคแอกเชียลนี้เป็นสายที่สามารถป้องกันสัญญาณรบกวนจากคลื่นแม่ เหล็กไฟฟ้าได้ดี
สายโคแอกเชียลที่เราสามารถพบเห็นได้ทั่วไปก็คือ สายที่นำมาใช้ต่อเข้ากับเสาอากาศทีวีที่ใช้ตามบ้านนั่นเอง
Baseband = ใช้กำหนดว่ามีเส้นทางเดียวที่ข้อมูลจะเดินทางได้

Broadband = มีเส้นทางที่ใช้เดินได้หลายเส้นทาง
ข้อดีและข้อเสียของสายโคแอกเชียล
ข้อดี
-เชื่อมต่อได้ในระยะทางไกล
-ป้องกันสัญญาณรบกวนได้ดี
ข้อเสีย
-มีราคาแพง
-สายมีขนาดใหญ่
-ติดตั้งยาก

1.3.สายไฟเบอร์ออปติค (Fiber Optic Cable)
สายไฟเบอร์ออปติค หรือสายใยแก้วนำแสง เป็นสายที่มีลักษณะโปร่งแสง มีรูปทรงกระบอกภายในตันขนาดประมาณเส้นผมของมนุษย์แต่มีขนาดเล็กกว่า เส้นใยแก้วนำแสงจะเป็นแก้วบริสุทธิ์ โดยแกนกลางของเส้นใยนี้จะเรียกว่า คอร์ และจะถูกห้อมล้อมด้วยแคลดดิ้งและจากนั้นก็จะมีวัสดุที่ใช้สำหรับห่อหุ้มแคลด ดิ้งหรือบัฟเฟอร์และตามด้วยวัสดุห่อหุ้มภายนอก
เครือข่ายคอมพิวเตอร์สามารถนำสายไฟเบอร์ออปติคมาใช้ในการส่งข้อมูลได้ซึ่ง มักเรียกว่าออปติคไฟเบอร์ นอกจากสายไฟเบอร์ออปติคยังเป็นสายที่ทนต่อการรบกวนสัญญาณภายนอกได้เป็นอย่าง ดี ไม่ว่าจะเป็นคลื่นความถี่วิทยุ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รวมถึงความปลอดภัยของข้อมูลซึ่งมีความปลอดภัยสูงกว่าสายเคเบิลทั่วไป สายไฟเบอร์ออปติคนี้จะมีอยู่หลายชนิดด้วยกันตามแต่ละคุณสมบัติ
ข้อดีและข้อเสียของสายไฟเบอร์ออปติค
ข้อดี
-มีอัตราค่าลดทอนของสัญญาณต่ำ
-ไม่มีการรบกวนของสัญญาณไฟฟ้า
-มีแบนด์วิดธ์สูงมาก
-มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา
-มีความเป็นอิสระทางไฟฟ้า
-มีความปลอดภัยในข้อมูล
-มีความทนทานและมีอายุการใช้งานยาวนาน
ข้อเสีย
-เส้นใยแก้วมีความเปราะบาง แตกหักง่าย
-การเดินสายต้องระมัดระวังอย่าให้โค้งงอมาก
-มีราคาสูง เมื่อเทียบกับสายเคเบิลทั่วไป
-การติดตั้งจำเป็นต้องพึ่งพาผู้เชี่ยวชาญเฉพาะ

2. Unguided Transmission Media เป็นตัวกลางที่ใช้ในการสื่อสัญญาณ โดยไม่ใช้สาย ทั้งฝ่ายรับและส่งสัญญาณจะรับส่งข้อมูลผ่านทางสายอากาศ โดยการส่งคลื่นระยะไกล ได้แก่ ไมโครเวฟ, ดาวเทียม และคลื่นวิทยุ

2.1 ไมโครเวฟบนภาคพื้นดิน หรือ Terrestrial Microwave เป็นการประยุกต์ใช้ความถี่ไมโครเวฟ ซึ่งในที่นี้จะใช้เฉพาะบนภาคพื้นดินเท่านั้น ปัจจุบันมีอยู่อย่างแพร่หลาย เนื่องจากเป็นโครงการจัดทำข้อมูลองค์ความรู้ ช่วงความถี่ที่สูง ทำให้ถูกใช้งานอย่างมาก ซึ่งการส่งสัญญาณไมโครเวฟบนภาคพื้นดินนี้ระบบจะส่งสัญญาณ (Transmission) ในการโทรคมนาคมจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง เช่น สถานีต่อผ่าน ให้กับเครือข่ายโทรศัพท์ทางไกล หรือในระบบโทรทัศน์ การถ่ายทอดไปยังห้องส่งจากห้องส่ง ไปยังเครื่องส่งไมโครเวฟ

2.2 ไมโครเวฟผ่านดาวเทียม หรือ Satellite Microwave เป็นดาวเทียมสื่อสารที่เป็นสถานีซ้ำสัญญาณคลื่นไมโครเวฟนั่นเอง ดาวเทียมจะรับสัญญาณขาขึ้นจากโลก ทำการขยายให้มี ความแรงมากขึ้น แล้วจึงส่งสัญญาณขาลงกลับมายังโลก ความถี่ขาขึ้นกับขาลงจะไม่เท่ากัน เนื่องจากตำแหน่งของดาวเทียมจะอยู่สูงจากโลกมาก ทำให้สามารถครอบคลุมพื้นที่ได้กว้างมาก

2.3 คลื่นวิทยุ หรือ Radio ระบบการสื่อสารด้านคลื่นวิทยุแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ ระบบวิทยุกระจายเสียง (Broadcast Radio) และการประยุกต์การใช้งานคลื่นวิทยุ (Airwaves) เพื่อการ สื่อสารระหว่างจุดสองจุด เป็นแนวความคิดของการทำงานระบบสื่อสารโทรศัพท์เคลื่อนที่ เมื่อเทียบกับจำนวนผู้ใช้งานที่เพิ่มจำนวนมาก จากการหาวิธีแก้ไขพบว่า ความถี่เดียวกันจะสามารถใช้งานได้พร้อมกันหลายกลุ่ม โดยปราศจากการกวนกันของสัญญาณ ดังนั้นหากนำวิธีดังกล่าวมาใช้กับระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ โดยทำให้พื้นที่มีขนาดเล็กลงก็จะช่วยเพิ่มความจุของระบบได้ นั่นคือ ระบบ Cellular Telephone

Week : 2 Chapter 2 Network Models

Image via Wikipedia

Protocals and Standards
Protocol เป็น Standard ประเภทหนึ่ง แต่ก็มี Standard จำนวนมากที่ไม่อาจเรียกว่า Protocol

เราจะได้ยินคำว่าโปรโตคอลบ่อยๆ ในการใช้คอมพิวเตอร์ เพราะการสื่อสารของคอมพิวเตอร์ต้องมีรูปแบบที่เป็นมาตรฐานเหมือนกัน และเหนือกว่ารูปแบบ ยังต้องมีขั้นตอนในการส่งรูปแบบเหล่านั้นด้วย
เช่น การส่งข้อมูลในสายแลน จะเริ่มต้นด้วยเครื่องส่งถามเครื่องรับว่าพร้อมรับหรือไม่ เมื่อเครื่องรับตอบว่าพร้อมจึงระเริ่มส่งข้อมูล ข้อมูลที่ส่งก็ต้องมีรูปแบบเป็นมาตรฐานเดียวกัน ขั้นตอนทั้งหมดนี้จึงเรียกว่าโปรโตคอล
Protocal กฎเกณฑ์ที่ถูกกำหนดให้เป็นที่ยอมรับ เพื่อใช้ในการติดต่อสื่อสาร แบ่งได้เป็น

- Syntax ดูที่ความถูกต้องของโครงสร้างของข้อมูล

- Semantics ความหมายของแต่ละส่วนของโครงสร้างของข้อมูลว่าเป็นอย่างไร

- Timing ความเร็วในการส่งข้อมูล และเวลาในการส่งข้อมูล Standard เป็นมาตรฐานของอุปกรณ์ที่แสดงให้เห็นถึงความสามารถของการเชื่อมต่อระบบให้มีประสิทธิภาพ

Formal standard คือ มาตรฐานที่ถูกกำหนดขึ้นมาโดยองค์กรกลาง
De facto standard คือสิ่งที่ใช้ตามกันมา ไม่ได้กำหนดโดยองค์กรกลาง
องค์กรที่คอยกำหนดมาตรฐานสากลจะมีอยู่หลายองค์กรด้วยกัน โดยแต่ละองค์กรก็จะเน้นในเรื่องต่างๆ กันไป ดังเช่น
International Organization for standardization (ISO) จะเป็นองค์กรที่ทำหน้าที่กำหนดมาตรฐานสากลในหลาย ๆ ด้าน รวมทั้งในด้านของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ โดยองค์กรนี้รับผิดชอบ ในการกำหนดแบบจำลองสำหรับอ้างอิง OSI (OSI reference model) และชุดโปรโตคอล OSI (OSI protocol suite)

1. American National Standards Institute (ANSI) เป็นองค์กรกำหนดมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา ซึ่งมาตรฐานที่กำหนดได้รับการยอมรับนำไปใช้งานทั่วโลก โดย ANSI เองเป็นสมาชิกของ ISO ด้วยElectronic Industries Association (EIA) เป็นกลุ่มที่กำหนดมาตรฐานทางด้านสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐาน ที่เป็นที่รู้จักและมีการใช้งานกับคอมพิวเตอร์คือมาตรฐาน RS-232 (มาตรฐานเกี่ยวกับอนุกรมสำหรับ เชื่อมต่ออุปกรณ์คอมพิวเตอร์)
2. Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) เป็นองค์กรของผู้เชี่ยวชาญด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ และมีการกำหนดมาตรฐานทางด้านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ด้วย โดยมาตรฐานระบบเครือข่ายท้องถิ่น (LAN) ของ IEEE (IEEE 802.3, 802.4, 802.5) เป็นมาตรฐานซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีที่สุด และได้รับการนำมาใช้กับระบบเครือข่ายท้องถิ่นสูงสุดในปัจจุบัน
3. International Telecommunication Union (ITU-T) หรือที่รู้จักกันในชื่อเดิมคือ Consultative Committee for International Telegraph and Telephone (CCITT) เป็นองค์กรกำหนดมาตรฐานทางด้านโทรคมนาคม โดยมาตรฐานซึ่งเป็นที่รู้จักดีก็คือ x.25 และมาตรฐาน V แบบต่าง ๆ เช่น V.29. V.34 ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับโมเด็ม
4. Internet Architecture Board (IAB), Internet Engineering Task Force (IETF) คือ IAB จะเป็นองค์กรที่ทำหน้าที่กำหนดนโยบายและอนุมัติมาตรฐานของ Internet โดยจะออกเป็นเอกสาร RFC (Request for Comments) ฉบับต่าง ๆ เช่น Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) เป็นต้น ส่วน IETF จะเป็นคณะทำงานที่ทำหน้าที่พัฒนามาตรฐานสำหรับการใช้งานใน Internet และส่งต่อให้ IAB เป็นผู้พิจารณาอนุมัติต่อไป


ความรู้เกี่ยวกับ OSI Model
การที่คอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งจะส่งข้อมูลไปยังคอมพิวเตอร์อีกเครื่องหนึ่งได้นั้น จะต้องอาศัยกลไกหลายๆอย่างร่วมกันทำงานต่างหน้าที่กันและเชื่อมต่อเป็นเครือข่ายเข้าด้วยกัน ปัญหาที่เกิดขึ้นคือการเชื่อมต่อมีความแตกต่าง ระหว่างระบบและอุปกรณ์หรือเป็นผู้ผลิตคนละรายกัน ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้การสร้างเครือข่ายเป็นเรื่องยากมาก เนื่องจากขาดมาตฐานกลางที่จำเป็นในการเชื่อมต่อ

จึงได้เกิดหน่วยงานกำหนดมาตรฐานสากลขึ้นคือ International Standards Organization ขึ้นและทำการกำหนดโครงสร้างทั้งหมดที่จำเป็นต้องใช้ในการสื่อสารข้อมูลและเป็นระบบเปิด เพื่อให้ผู้ผลิตต่างๆสามารถแยกผลิตในส่วนที่ตัวเองถนัด แต่สามารถนำไปใช้ร่วมกันได้ ระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์สมัยใหม่จะถูกออกแบบให้มีโครงสร้างทีแน่นอน และเพื่อเป็นการลดความซับซ้อน ระบบเครือข่ายส่วนมากจึงแยกการทำงานออกเป็นชั้นๆ (layer) โดยกำหนดหน้าที่ในแต่ละชั้นไว้อย่างชัดเจน แบบจำลองสำหรับอ้างอิงแบบ OSI (Open System Interconnection Reference Model) หรือที่นิยมเรียกกันทั่วไปว่า OSI Reference Model ของ ISO เป็นแบบจำลองที่ถูกเสนอและพัฒนาโดยองค์กร International Standard Organization (ISO)โดยจะบรรยายถึงโครงสร้างของสถาปัตยกรรมเครือข่ายในอุดมคติซึ่งระบบเครือข่ายที่เป็นไปตามสถาปัตยกรรมนี้จะเป็นระบบเครือข่ายแบบเปิดและอุปกรณ์ทางเครือข่ายจะสามารถติดต่อกันได้โดยไม่ขึ้นกับว่าเป็นอุปกรณ์ของผู้ขายรายใด

OSI Model ได้แบ่ง ตามลักษณะของออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ได้แก่

Application-oriented Layers เป็น 4 Layer ด้านบนคือ Layer ที่ 7,6,5,4 ทำหน้าที่เชื่อมต่อรับส่งข้อมูลระหว่างผู้ใช้กับโปรแกรมประยุกต์ เพื่อให้รับส่งข้อมูลกับฮาร์ดแวร์ที่อยู่ชั้นล่างได้อย่างถูกต้อง ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับซอฟแวร์เป็นหลัก

Network-dependent Layers เป็น 3 Layers ด้านล่าง ทำหน้าที่เกี่ยวกับการรับส่งข้อมูลผ่านสายส่ง และควบคุมการรับส่งข้อมูล.ตรวจสอบข้อผิดพลาด รวมทั้งเลื่อกเส้นทางที่ใช้ในการรับส่ง ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับฮาร์ดแวร์เป็นหลัก ทำให้ใช้ผลิตภัณฑ์ต่างบริษัทกันได้อย่างไม่มีปัญหา

การส่งผ่านข้อมูลระหว่างชั้น
เมื่อ computer A ต้องการส่งข้อมูลไปยัง computer B จะมีกระบวนการทำงานต่างๆ ตามลำดับดังนี้

ข้อมูลจาก Layer 7,6,5 จะถูกนำมาหั่นเป็นท่อนๆ แล้วใส่ข้อมูลบางอย่างตอ่เพิ่มเข้าไปในส่วนหัว เรียกว่า Header เพื่อใช้ในการบันทึกข้อมูลที่จำเป็นเช่น หมายเลข port ต้นทางและหมายเลข port ปลายทาง กลายมาเป็นก้อนข้อมูล(Segment) ใน Layer4 ซึ่งเรียกว่า TCP Segment

จากนั้นข้อมูล Layer4 จะถูกส่งผ่านลงไปยัง Layer3 และจะถูกใส่ Header อีกซึ่งเป็นการเพิ่ม header เป็นชั้นๆ เรียกว่า การ Encapsulate ซึ่งในส่วนนี้จะเหมือนกับการเอาเอกสารใส่ซองจดหมายแล้วจ่าหน้าซองระบุผู้ส่งและผู้รับ คือเป็นการบันทึกหมายเลข ip address ของโฮสต์ต้นทางและโฮสต์ปลายทางไว้ด้วย เมื่อการ encapsulate เสร็จสิ้นจะได้ก้อนข้อมูลที่เรียกว่า packet

จากนั้น packet ของข้อมูลจะถูกส่งผ่านไปยังระดับล่างอีก คือส่งไปให้ Layer2 ในชั้นนี้ข้อมูลจะถูกใส่ header เพิ่มเข้าไปที่ส่วนหัวเพื่อเก็บ MAC Address ของต้นทางและปลายทาง และยังมีการใส่ข้อมูล่ต่อเพิ่มเข้าไปในส่วนหางด้วย ข้อมูลที่ต่อเพิ่มไปในส่วนหางนี้เรียกว่า Trailer จึงรวมกันกลายเป็นก้อนข้อมูลของ Layer2 ที่เรียกว่า Frame

จากนั้น Frame ข้อมูลจะถูกแปลงให้กลายเป็น bit ของข้อมูลเพื่อส่งไปตามสื่อเข่นสาย UTP,Fiber ต่อไป การส่งสัญญาณทางไฟฟ้าไปตามสื่อต่างๆนี้ เป็นการทำงานในระดับ Layer1 เรียกว่า Physical Layer

หน้าที่ของแต่ละ Layer
Layer7, Application Layer เป็นชั้นที่อยู่บนสุดของขบวนการรับส่งข้อมูล ทำหน้าที่ติดต่อกับผู้ใช้ โดยจะรับคำสั่งต่างๆจากผู้ใช้ส่งให้คอมพิวเตอร์แปลความหมาย และทำงานตามคำสั่งที่ได้รับในระดับโปรแกรมประยุกต์ เช่นแปลความหมายของการกดปุ่มเมาส์ให้เป็นคำสั่งในการก็อปปี้ไฟล์ หรือดึงข้อมุลมาแสดงผลบนหน้าจอเป็นต้น

ตัวอย่างของ protocol ในชั้นนี้คือ Web Browser,HTTP,FTP,Telnet,WWW,SMTP,SNMP,NFS เป็นต้น

Layer6, Presentation Layer เป็นชั้นที่ทำหน้าที่ตกลงกับคอมพิวเตอร์อีกด้านหนึ่งในชั้นเดียวกันว่า การรับส่งข้อมูลในระดับโปรแกรมประยุกต์จะมีขั้นตอนและข้อบังคับอย่างไร จุดประสงค์หลักของ Layer นี้คือ กำหนดรูปแบบของการสื่อสาร อย่างเช่น ASCII Text,EBCDIC,Binary และ JPEG รวมถึงการเข้ารหัส (Encription)ก็รวมอยู่ใน Layer นี้ด้วย ตัวอย่างเช่น โปรแกรม FTP ต้องการรับส่งโอนย้ายไฟล์กับเครื่อง server ปลายทาง โปรโตคอล FTP จะอนุญาติให้ผู้ใช้ระบุรูปแบบของข้อมูลที่โอนย้ายกันได้ว่าเป็นแบบ ASCII text หรือแบบ binary

ตัวอย่างของ protocol ในชั้นนี้คือ JPEG,ASCII,Binary,EBCDICTIFF,GIF,MPEG,Encription เป็นต้น



Layer5, Session Layer เป็น Layer ที่ควบคุมการสื่อสารจากต้นทางไปยังปลายทางแบบ End to End และคอยควบคุมช่องทางการสื่อสารในกรณีที่มีหลายๆ โปรเซสต้องการรับส่งข้อมูลพร้อมๆกันบนเครื่องเดียวกัน (ทำงานคล้ายๆเป็นหน้าต่างคอยสลับเปิดให้ข้อมูลเข้าออกตามหมายเลขช่อง(port)ที่กำหนด) และยังให้อินเตอร์เฟซสำหรับ Application Layer ด้านบนในการควบคุมขั้นตอนการทำงานของ protocol ในระดับ transport/network เช่น socket ของ unix หรือ windows socket ใน windows ซึ่งได้ให้ Application Programming Interface (API) แก่ผู้พัฒนาซอฟแวร์ในระดับบนสำหรับการเขียนโปรแกรมเพื่อควบคุมการทำงานของ protocol TCP/IP ในระดับล่าง และทำหน้าที่ควบคุม "จังหวะ" ในการรับส่งข้อมูล ของทั้ง 2ด้านให้มีความสอดคล้องกัน (syncronization) และกำหนดวิธีที่ใช้รับส่งข้อมูล เช่นอาจจะเป็นในลักษณะสลับกันส่ง (Half Duplex) หรือรับส่งไปพร้อมกันทั้ง2ด้าน (Full Duplex) ข้อมูลที่รับส่งกันใน Layer5 นี้จะอยู่ในรูปของ dialog หรือประโยคข้อมูลที่สนทนาโต้ตอบกันระหว่างต้านรับและด้านที่ส่งข้อมูล ไม่ได้มองเป็นคำสั่งอย่างใน Layer6 เช่นเมื่อผู้รับได้รับข้อมูลส่วนแรกจากผู้ส่ง ก็จะตอบกลับไปให้ผู้ส่งรู้ว่าได้รับข้อมูลส่วนแรกเรียบร้อยแล้ว และพร้อมที่จะรับข้อมูลส่วนต่อไป คล้ายกับเป็นการสนทนาตอบโต้กันระหว่างผู้รับกับผู้ส่งนั่นเอง

ตัวอย่างของ protocol ในชั้นนี้คือ RPC,SQL,Netbios,Windows socket,NFS เป็นต้น

Layer4,Transport Layer เป็น Layer ที่มีหน้าที่หลักในการแบ่งข้อมูลใน Layer บนให้พอเหมาะกับการจัดส่งไปใน Layer ล่าง ซึ่งการแบ่งข้อมูลนี้เรียกว่า Segmentation ,ทำหน้าที่ประกอบรวมข้อมูลต่างๆที่ได้รับมาจาก Layer ล่าง และให้บริการตรวจสอบและแก้ไขปัญหาเมื่อเกิดข้อผิดพลาดขึ้นระหว่างการส่ง(error recovery) ทำหน้าที่ยืนยันว่าข้อมูลได้ถูกส่งไปถึงยังเครื่องปลายทางและได้รับข้อมูลถูกต้องเรียบร้อยแล้ว

หน่วยของข้อมูลที่ถูกแบ่งแล้วนี้เรียกว่า Segment ตัวอย่างของ protocol ในชั้นนี้คือ TCP,UDP,SPX


Layer3,Network Layer เป็น Layer ที่มีหน้าที่หลักในการส่ง packet จากเครื่องต้นทางให้ไปถีงปลายทางด้วยความพยายามที่ดีที่สุด (best effort delivery) layer นี้จะกำหนดให้มีการตั้ง logical address ขึ้นมาเพื่อใช้ระบุตัวตน ตัวอย่างของ protocol นี้เช่น IP และ logical address ที่ใช้คือหมายเลข ip นั่นเอง layer นี้ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ซึ่งที่ทำงานอยูบน Layer นี้คือ router นั่นเอง

protocol ที่ทำงานใน layer นี้จะไม่ทราบว่าpacketจริงๆแล้วไปถึงเครื่องปลายทางหรือไม่ หน้าที่ยืนยันว่าข้อมูลได้ไปถึงปลายทางจริงๆแล้วคือหน้าที่ของ Transport Layer นั่นเอง

หน่วยของ layer นี้คือ packet ตัวอย่างของ protocol ในชั้นนี้คือ IP,IPX,Appletalk


Layer2, Data Link Layer รับผิดชอบในการส่งข้อมูลบน network แต่ละประเภทเช่น Ethernet,Token ring,FDDI, หรือบน WAN ต่างๆ ดูแลเรื่องการห่อหุ้มข้อมูลจาก layer บนเช่น packet ip ไว้ภายใน Frame และส่งจากต้นทางไปยังอุปกรณ์ตัวถัดไป layer นี้จะเข้าใจถึงกลไกและอัลกอริทึ่มรวมทั้ง format จอง frame ที่ต้องใช้ใน network ประเภทต่างๆเป็นอย่างดี ในnetworkแบบEthernet layer นี้จะมีการระบุหมายเลข address ของเครื่อง/อุปกรณ์ต้นทางกับเครื่อง/อุปกรณ์ปลาทางด้วย hardware address ที่เรียกว่า MAC Address

MAC Address เป็น address ที่ฝังมากับอุปกรณ์นั้นเลยไม่สามารถเปลี่ยนเองได้ MAC Address เป็นตัวเลขขนาด 6 byte, 3 byte แรกจะได้รับการจัดสรรโดยองค์กรกลาง IEEE ให้กับผู้ผลิตแต่ละราย ส่วนตัวเลข 3 byte หลังทางผู้ผลิตจะเป็นผู้กำหนดเอง

หน่วยของ layer นี้คือ Frame ตัวอย่างของ protocol ในชั้นนี้คือ Ethernet,Token Ring,IEEE 802.3/202.2,Frame Relay,FDDI,HDLC,ATM เป็นต้น


Layer1, Physical Layer Layer นี้เป็นการกล่าวถึงข้อกำหนดมาตรฐานคุณสมบัติทางกายภาพของฮาร์ดแวร์ที่ใช้เชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์ทั้ง2ระบบ สัญญาณทางไฟฟ้าและการเชื่อมต่อต่างๆของสายเคเบิล,Connectorต่างๆ เช่นสายที่ใช้รับส่งข้อมูลเป็นแบบไหน ข้อต่อหรือปลั๊กที่ใช้มีมาตรฐานอย่างไร ใช้ไฟกี่โวลต์ ความเร็วในการรับส่งเป็นเท่าไร สัญญาณที่ใช้รับส่งข้อมูลมีมาตรฐานอย่างไร Layer1 นี้จะมองเห็นข้อมูลเป็นการรับ-ส่งที่ละ bit เรียงต่อกันไปโดยไม่มีการพิจารณาเรื่องความหมายของข้อมูลเลย การรับส่งจะเป็นในรูป 0 หรือ 1 หากการรับส่งข้อมูลมีปัญหาเนื่องจากฮาร์ดแวร์ เช่นสายขาดก็จะเป็นหน้าที่ของ Layer1 นี้ที่จะตรวจสอบและแจ้งข้อผิดพลาดนั้นให้ชั้นอื่นๆที่อยู่เหนือขึ้นไปทราบ

TCP/IP (Transmitsion Control Protocol/Internet Protocol) เป็นชุดของโปรโตคอลที่ถูกใช้ในการสื่อสารผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้สามารถใช้สื่อสารจากต้นทางข้ามเครือข่ายไปยังปลายทางได้ และสามารถหาเส้นทางที่จะส่งข้อมูลไปได้เองโดยอัตโนมัติ ถึงแม้ว่าในระหว่างทางอาจจะผ่านเครือข่ายที่มีปัญหา โปรโตคอลก็ยังคงหาเส้นทางอื่นในการส่งผ่านข้อมูลไปให้ถึงปลายทางได้

ชุดโปรโตคอลนี้ได้รับการพัฒนามาตั้งแต่ปี 1960 ซึ่งถูกใช้เป็นครั้งแรกในเครือข่าย ARPANET ซึ่งต่อมาได้ขยายการเชื่อมต่อไปทั่วโลกเป็นเครือข่ายอินเตอร์เน็ต ทำให้ TCP/IP เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางจนถึงปัจจุบัน
TCP/IP Protocol
• การ Encapsulation/Demultiplexing
1. ชั้นโฮสต์-เครือข่าย (Host-to-network)
2. ชั้นสื่อสารอินเตอร์เน็ต (The Internet Layer)
a. IP (Internet Protocol)
b. ICMP (Internet Control Message Protocol)
3. ชั้นสื่อสารนำส่งข้อมูล (Transport Layer)
a. UDP (User Datagram Protocol)
b. TCP (Transmission Control Protocol)
i. การสื่อสารของ TCP
ii. การสื่อสารแบบ Three-ways handshake
4. ชั้นสื่อสารการประยุกต์ (Application Layer)

Week : 1 Chapter 1 Introduction

Image via Wikipedia

Telecommunications หมายถึง เทคโนโลยีในการติดต่อสื่อสารรับ/ส่งข้อมูลจากที่ไกล ๆ ข้อมูลที่ส่งอาจเป็นได้ทั้งตัวอักษร ตัวเลข ภาพ ฯ โดยเฉพาะเมื่อสามารถส่งเข้าไปประมวลผลในคอมพิวเตอร์ และเมื่อได้ผลแล้ว คอมพิวเตอร์ก็สามารถแสดงผลโดยส่งผลออกไปในที่ไกล ๆ ได้ เช่นเดียวกัน
การสื่อสารบรอดแบนด์ หรือการสื่อสารแบบแถบความถี่กว้าง เป็นคำที่ใช้ทั้งในระบบสื่อสารโทรคมนาคม และระบบสื่อสารข้อมูลคอมพิวเตอร์ เพื่อเรียกกลุ่มของเทคโนโลยี ที่ใช้แถบความถี่กว้าง และเป็นการมาบรรจบกันของ Telecommunications กับ Data Communications
ชนิดของเครือข่าย
1.เครือข่ายเฉพาะที่ (Local Area Network : LAN)
เป็นเครือข่ายระยะใกล้ ที่ใช้กันอยู่ในบริเวณไม่กว้างนัก โดยส่วนใหญ่ ลักษณะของการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เป็นวง LAN จะอยู่ในพื้นที่ใกล้ ๆ กัน
2.Backbone Networks ระบบโครงข่ายหลัก
3.Metropolitan Area Network (MAN) คือ เครือข่ายข้อมูล ที่ครอบคลุมพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่ใหญ่ขึ้นกว่า LAN โดยการเชื่อมต่อระหว่างแต่ละเครือข่ายนั้นอาจมีความเร็วไม่สูงมาก
4. Wide Area Networks (WAN) คือ เครือข่ายที่เกิดจากการเชื่อมต่อเครือข่ายแบบ LAN ที่อยู่ห่างไกลกันมากๆ เข้าด้วยกัน โดยจะที่ครอบคลุมพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่ใหญ่กว่าแบบ MAN
ทิศทางการส่งข้อมูล (Direction of data sending)
ถ้าข้อมูลต้องการไปในทิศทางเดียวเท่านั้น
การส่งข้อมูลแบบทิศทางเดียว (Simplex transmission)
ถ้าข้อมูลต้องการไปทั้งสองทิศทาง
- Terminal-to-Host Processing แอพพลิเคชั่นและฐานข้อมูลจะเก็บไว้ที่โฮสต์คอมพิวเตอร์ (host computer) ผู้ใช้จะใช้งานโดยผ่านเครื่องดัมบ์เทอร์มินัล (dumb terminal) ซึ่งมีลักษณะเหมือนเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ แต่ไม่มีความสามารถในการประมวลผลด้วยตนเอง
- การส่งข้อมูลแบบสองทิศทางสลับกัน (Half-duplex transmission)
- Host to Host มีหน้าที่ในการจัดการ Process ที่เกิดจากชั้น Process Layer ในชั้นนี้จะ
สร้าง Connection ขึ้นระหว่างชั้น Process Layer และ Host to Host Layer โดย
ผ่าน Port หรือ Socket
- การส่งข้อมูลแบบสองทิศทางพร้อมกัน (Full-duplex transmission)
Network Topology คือการออกแบบและการติดต่อเชื่อมโยงกันของเครือข่ายทางกายภาพ โดยทั่วไปโทโปโลจีพื้นฐานมีอยู่ 3 ประเภท ดังนี้
แบบการจัดลำดับชั้น (Hierarchical topology)
1.แบบตาข่าย (Mesh topology)
ไม่มีรูปแบบตายตัว เครื่อง 1 เครื่องต่อเข้ากับทุกอุปกรณ์ มีการต่อแบบ Point-to-point โดยแต่ละอุปกรณ์สาามารถ link ได้ทุกอุปกรณ
2.แบบดาว (Star Network)
-จะมีอุปกรณ์ที่เป็นจุดศูนย์กลางข้อมูลและทำการกระจายข้อมูลเรียกว่า "hub"
3. แบบบัส (Bus Network)
แต่ละ node จะเชื่อมเข้ากับ Blackbone ซึ่งจะมีจุดปลายทั้งสองปิด(Terminate) ทำหน้าที่เหมือนก็อกน้ำ
4. แบบวงแหวน (Ring Network)
อุปกรณ์แต่ละตัวจะเชื่อมต่อแบบ point-to-point สัญญาณจะวิ่งไปตามสายใน ทิศทางเดียวกัน

protocol คือข้อตกลงในการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ในเครือข่าย ซึ่ง protocol เองมีหลาย ประเภทแล้วแต่ มาตรฐาน หรือ การเชื่อมต่อที่ใช้

Internetwork
- หมายถึงการเชื่อมต่อระหว่างเครือข่ายเข้าด้วยกัน ไม่ใช่การวางระบบ
- การเชื่อมต่อเครือข่ายเหล่านี้ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่ใช้เชื่อมต่อเข้าด้วยกันเช่น Routers และ Gateways เป็นตัวเชื่อมต่อ Routers เป็นอุปกรณ์ตัวหนึ่ง Gateways เป็นอุปกรณ์หรือตัว Computer 1 ตัวทำหน้าที่รับส่งข้อมูลเข้าออก
- มี Algo ที่หาเส้นทางที่ดีที่สุดให้เราส่งสัญญาณออกไป

เอ็กซ์ทราเน็ต (Extranet)
เอ็กซ์ทราเน็ต หรือเครือข่ายภายนอกองค์กร ก็คือระบบเครือข่ายซึ่งเชื่อมเครือข่ายภายในองค์กร (INTRANET) เข้ากับระบบคอมพิวเตอร์ที่อยู่ภายนอกองค์กร โดยการเชื่อมต่อเครือข่ายอาจเป็นได้ทั้งการเชื่อมต่อโดยตรง (Direct Link) ระหว่าง 2 จุด หรือการเชื่อมต่อแบบเครือข่ายเสมือน (Virtual Network) ระหว่างระบบเครือข่าย Intranet จำนวนหลายๆ เครือข่ายผ่านอินเทอร์เน็ตก็ได้

Intranet อินทราเน็ตหรือระบบเครือข่ายภายในองค์กร เป็นระบบที่ได้รับการกล่าวขวัญถึงกันอย่างมากคู่กับอินเทอร์เน็ต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในองค์กรต่างๆ ได้มีการนำอินทราเน็ตมาใช้กันอย่างแพร่หลาย จนทำให้ระบบที่เกี่ยวข้องกับอินทราเน็ตเป็นระบบที่ผู้ค้าต่างๆ มุ่งเข้ามาสู่กันมากที่สุด โดยสามารถให้นิยามของอินทราเน็ตได้คือ
ระบบเครือข่ายอินทราเน็ต ก็คือระบบเครือข่ายภายในองค์กรที่นำเทคโนโลยีแบบเปิดจากอินเทอร์เน็ตมาประยุกต์ใช้ เพื่อช่วยในการทำงานร่วมกัน (Workgroup) การแลกเปลี่ยนข้อมูลข่าวสาร ตลอดจนการทำงานต่างๆ ของระบบคอมพิวเตอร์ในองค์กร