การเชื่อมต่อของเน็ตเวิร์ก
บทนี้ตอบว่า "เน็ตเวิร์กหนึ่งวงประกอบด้วยอะไรบ้าง ต่อกันเป็นรูปร่างแบบไหนได้ ครอบคลุมพื้นที่แค่ไหนแล้วเรียกว่าอะไร และเวลาส่งข้อมูลจะส่งถึงใครบ้าง" — คำศัพท์ทั้งหมดในบทนี้จะถูกใช้ซ้ำตลอดทั้งวิชา
บทนี้ไม่มีการคำนวณ ที่ออกได้คือข้อความจำและข้อเทียบ — (1) โทโพโลยีทั้ง 4 แบบ จุดแข็ง/จุดอ่อน โดยเฉพาะ "อะไรล่มแล้วระบบตายทั้งวง" (2) เรียงลำดับขอบเขต PAN → LAN → MAN → WAN (3) แยก unicast / multicast / broadcast (4) ศัพท์ของอินเทอร์เน็ต ISP · POP · NAP และ (5) ประโยคทองที่ต้องจำ "สวิตช์ใช้สร้างเน็ตเวิร์ก · เร้าเตอร์ใช้เชื่อมระหว่างเน็ตเวิร์ก"
2.1องค์ประกอบเน็ตเวิร์ก (Network Components)
ก่อนจะพูดถึงการต่อสาย ต้องรู้จัก "ตัวละคร" ในเน็ตเวิร์กก่อน หนังสือแบ่งไว้ 7 อย่าง — สามอย่างแรกคือ เครื่องที่ใช้งาน อีกสี่อย่างคือ อุปกรณ์เน็ตเวิร์ก
| องค์ประกอบ | คือ | จุดที่ต้องจำ |
|---|---|---|
| เวิร์คสเตชัน Workstation | เครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ สำหรับรองรับการใช้งานของผู้ใช้จำนวนมาก | โดยทั่วไปมีหน่วยประมวลผล (CPU) มากกว่าหนึ่งหน่วย |
| เซิร์ฟเวอร์ Server | คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง ทำหน้าที่ให้บริการตามที่กำหนด | เช่น ไฟล์เซิร์ฟเวอร์ (จัดเก็บไฟล์), ดาต้าเบสเซิร์ฟเวอร์ (ฐานข้อมูล) |
| โฮสต์ Host | คำที่มีความหมายกว้าง ครอบคลุมทั้งเวิร์คสเตชัน เซิร์ฟเวอร์ และอุปกรณ์เน็ตเวิร์ก | โดยทั่วไปหมายถึงอุปกรณ์เน็ตเวิร์กที่มี IP address |
| ฮับ Hub | อุปกรณ์พื้นฐานสำหรับเชื่อมต่อระบบเน็ตเวิร์ก | ปัจจุบันแทบไม่มีการใช้งานแล้ว เพราะประสิทธิภาพต่ำ |
| บริดจ์ / สวิตช์ Bridge / Switch | อุปกรณ์สำหรับเชื่อมต่อเครือข่ายในระดับ LAN | หนังสือบอกให้ "ถือว่าเป็นอุปกรณ์ประเภทเดียวกัน" ในเบื้องต้น (รายละเอียดอยู่บทที่ 8) |
| แอ็กเซสพอยต์ Access Point | อุปกรณ์สำหรับสื่อสารเครือข่ายแบบไร้สาย Wi-Fi | คือ "สวิตช์ของฝั่งไร้สาย" |
| เร้าเตอร์ Router | อุปกรณ์เครือข่ายสำหรับค้นหาเส้นทางการส่งข้อมูล | ใช้เมื่อผู้รับ-ผู้ส่งไม่ได้อยู่ใน LAN เดียวกัน หรือสื่อสารแบบ WAN |
Host เป็นคำกว้างที่สุด (อะไรก็ตามที่มี IP) · Workstation เน้นที่ "เครื่องแรง หลาย CPU" · Server เน้นที่ "หน้าที่ให้บริการ" — เครื่องเดียวกันอาจเป็นได้ทั้งสามคำพร้อมกัน ขึ้นอยู่กับว่ากำลังมองมุมไหน
2.2การสื่อสารแบบเพียร์-ทู-เพียร์ และไคลเอนต์/เซิร์ฟเวอร์
รูปแบบการสื่อสารบนเน็ตเวิร์กมี 2 ประเภทหลัก คือ แบบเพียร์-ทู-เพียร์ และแบบไคลเอนต์/เซิร์ฟเวอร์
2.2.1 เพียร์-ทู-เพียร์ (Peer-to-Peer Networks)
คือการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนึ่งโดยตรง โดยที่แต่ละเครื่องสามารถทำหน้าที่เป็นทั้ง ไคลเอนต์ ที่ร้องขอข้อมูล และ เซิร์ฟเวอร์ ที่ถูกร้องขอข้อมูลได้ในเวลาเดียวกัน
รูปแบบนี้เหมาะกับเน็ตเวิร์กขนาดเล็ก ที่ไม่ต้องการความปลอดภัยสูง และผู้ใช้แต่ละคนจัดเก็บข้อมูลแยกภายในเครื่องของตนเอง ตัวอย่างเช่น การใช้งานระบบปฏิบัติการ Windows ภายใต้ Workgroup
2.2.2 ไคลเอนต์/เซิร์ฟเวอร์ เน็ตเวิร์ก (Client/Server Networks)
รูปแบบนี้แตกต่างจากเพียร์-ทู-เพียร์โดยสิ้นเชิง โดยจะมีเครื่องหนึ่งทำหน้าที่เป็นเซิร์ฟเวอร์โดยเฉพาะ การร้องขอข้อมูลจะส่งผ่านไปยังเซิร์ฟเวอร์ แทนการสื่อสารโดยตรงระหว่างเครื่อง ทำให้มีความปลอดภัยสูงขึ้น และสามารถกำหนดสิทธิ์การเข้าถึงข้อมูลของผู้ใช้แต่ละคนได้
ตัวอย่างเช่น การใช้ดาต้าเบสเซิร์ฟเวอร์สำหรับจัดเก็บข้อมูลลูกค้าหรือพนักงานขององค์กร ผู้ที่ต้องการเข้าถึงข้อมูลต้องร้องขอผ่านเซิร์ฟเวอร์ ซึ่งจะตรวจสอบสิทธิ์ก่อนอนุญาตให้เข้าถึงข้อมูล
| ประเด็น | Peer-to-Peer | Client/Server |
|---|---|---|
| ใครคุยกับใคร | เครื่องต่อเครื่อง โดยตรง | ทุกคำขอผ่านเซิร์ฟเวอร์ |
| บทบาทของเครื่อง | เป็นทั้งไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์ ในเวลาเดียวกัน | มีเครื่องที่เป็นเซิร์ฟเวอร์ โดยเฉพาะ |
| ข้อมูลอยู่ที่ไหน | แยกเก็บในเครื่องของแต่ละคน | รวมศูนย์ที่เซิร์ฟเวอร์ |
| ความปลอดภัย / สิทธิ์ | ต่ำ — เหมาะกับงานที่ไม่ต้องการความปลอดภัยสูง | สูง — กำหนดสิทธิ์รายบุคคลได้ |
| เหมาะกับ | เน็ตเวิร์กขนาดเล็ก เช่น Windows Workgroup | องค์กร เช่น ดาต้าเบสเซิร์ฟเวอร์ |
2.3โทโพโลยีการเชื่อมต่อของเน็ตเวิร์ก (Physical Network Topologies)
การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ ในเครือข่าย แบ่งได้เป็น 4 รูปแบบ คือ Mesh, Star, Ring และ Bus
Mesh — เชื่อมทุกโนดเข้าหากัน
ข้อดี: เน็ตเวิร์กมีเสถียรภาพสูง เพราะหากเส้นทางใดขาด สามารถใช้เส้นทางอื่นผ่านโนดอื่นแทนได้
ข้อเสีย: ใช้สายเชื่อมต่อจำนวนมาก และการเดินสายทำได้ยากในพื้นที่จำกัด
Star — เชื่อมทุกโนดเข้าหาจุดศูนย์กลาง
ลักษณะ: ข้อมูลทุกอย่างต้องผ่านศูนย์กลางเสมอ
ข้อเสียหลัก: หากจุดศูนย์กลางล่ม ระบบทั้งหมดหยุดทำงาน
Ring — วงแหวน
ลักษณะ: เชื่อมต่อจากโนดหนึ่งไปยังอีกโนดหนึ่งเป็นวง ติดตั้งง่าย
ข้อเสีย: หากสายขาด การสื่อสารทั้งระบบหยุดทำงาน
Bus — สายหลักเส้นเดียว
ลักษณะ: ใช้สายหลัก (backbone) เส้นเดียว โนดที่ต้องการสื่อสารเชื่อมต่อพ่วง (tap) จากสายหลักได้ ติดตั้งง่าย
ข้อเสีย: หากสายหลักขาด ระบบทั้งหมดหยุดทำงาน
คำถามที่ตามมาเสมอจากประโยค "Mesh ใช้สายจำนวนมาก" คือ มากแค่ไหน? ถ้ามี n โนด และทุกคู่ต้องมีสายตรงถึงกัน จำนวนลิงก์คือจำนวนวิธีเลือกโนดมา 2 ตัว:
| สัญลักษณ์ | ความหมาย |
|---|---|
n | จำนวนโนดในเน็ตเวิร์ก |
L | จำนวนลิงก์ (สาย) ที่ต้องเดินทั้งหมด |
n − 1 | จำนวนพอร์ตที่แต่ละโนดต้องมี (ต่อไปหาเพื่อนทุกตัวที่เหลือ) |
แทนค่าจริง: n = 5 → L = 5×4/2 = 10 เส้น · n = 10 → L = 10×9/2 = 45 เส้น · n = 20 → L = 20×19/2 = 190 เส้น — เห็นชัดว่าโตแบบ กำลังสอง จึงเป็นเหตุผลที่ full mesh ใช้จริงได้เฉพาะเน็ตเวิร์กเล็ก ๆ หรือระดับ backbone ที่มีโนดไม่กี่ตัว
Star, Ring และ Bus ล่มทั้งระบบได้เหมือนกัน แต่ "จุดตาย" คนละที่ — Star ตายที่ อุปกรณ์ศูนย์กลาง, Ring ตายที่ สายเส้นใดก็ได้ในวง, Bus ตายที่ สายหลัก (backbone) เท่านั้น (สายพ่วงเส้นเดียวขาดกระทบแค่โนดนั้น) ส่วน Mesh เป็นแบบเดียวที่ทนการขาดของลิงก์ได้ เพราะอ้อมไปทางโนดอื่นได้
2.4รูปแบบเน็ตเวิร์กแบบต่าง ๆ
ในการส่งข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์ จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อผ่านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ของเน็ตเวิร์ก อุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เชื่อมต่อกันในเน็ตเวิร์ก ไม่ว่าจะเป็นคอมพิวเตอร์ เครื่องพิมพ์ หรืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล เรียกรวมว่าโฮสต์ โดยแต่ละโฮสต์จะมีการ์ดเชื่อมต่อเน็ตเวิร์ก (Network Interface Card: NIC) สำหรับรับส่งสัญญาณ
เมื่อมีหลายโฮสต์อยู่ในเน็ตเวิร์กเดียวกัน จะเชื่อมต่อผ่านสวิตช์เพื่อกระจายข้อมูลไปยังโฮสต์อื่น ๆ และใช้เร้าเตอร์สำหรับเชื่อมต่อระหว่างเน็ตเวิร์กที่แตกต่างกัน
2.4.1 LAN (Local Area Network)
LAN หรือระบบเครือข่ายเฉพาะที่ คือเน็ตเวิร์กที่ใช้งานภายในห้องหรืออาคาร โดยทั่วไปครอบคลุมพื้นที่ในระดับร้อยเมตร จุดประสงค์หลักคือให้ผู้ใช้สามารถใช้ทรัพยากรร่วมกันได้ เช่น เครื่องพิมพ์และพื้นที่จัดเก็บข้อมูล
ในรูปมี สวิตช์ 3 ตัว = LAN 3 วง และมี เร้าเตอร์ 2 ตัว ทำหน้าที่ต่อระหว่างวง — ตรงกับประโยคที่ต้องท่องเป๊ะ ๆ ว่า "สวิตช์ใช้สร้างเน็ตเวิร์ก · เร้าเตอร์ใช้เชื่อมต่อระหว่างเน็ตเวิร์ก" · และของที่ผู้ใช้ "ใช้ร่วมกัน" ในรูปก็คือเครื่องพิมพ์กับเซิร์ฟเวอร์เก็บไฟล์ ตามที่ตำราระบุเป็นจุดประสงค์หลักของ LAN
2.4.2 WAN (Wide Area Network)
WAN หรือเครือข่ายบริเวณกว้าง คือเน็ตเวิร์กที่ครอบคลุมพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ขนาดใหญ่ สามารถเชื่อมต่อระหว่างเมืองหรือในระดับประเทศ
มี เส้นทแยงตัดกลางรูป เพิ่มมาจากเส้นรอบนอก — นั่นคือ เส้นทางสำรอง แบบเดียวกับแนวคิด Mesh ในหัวข้อ 2.3 ถ้าลิงก์ 1→2 ขาด ข้อมูลยังอ้อมไป 1→4→3→2 ได้ นี่คือเหตุผลที่ WAN จริงไม่ค่อยต่อกันเป็นวงแหวนเปล่า ๆ · และสังเกตว่าตัวที่ต่อ WAN ในรูปนี้ตำราเรียกว่า Packet switch ซึ่งจะไปโยงกับบทที่ 3 เรื่องแพ็กเก็ตสวิตซิ่งโดยตรง
2.4.3 อินเทอร์เน็ต
อินเทอร์เน็ตคือระบบเน็ตเวิร์กระดับโลกที่เกิดจากการเชื่อมต่อ LAN และ WAN จำนวนมากเข้าด้วยกัน โดย LAN จะเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตผ่านผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต (Internet Service Provider: ISP)
- LAN → ISP — เน็ตเวิร์กในบ้าน/องค์กรต่อออกไปหาผู้ให้บริการ
- ISP → เครือข่ายระดับภูมิภาค ผ่านจุดเชื่อมต่อที่เรียกว่า Point of Presence (POP)
- ISP ↔ ISP — ISP แต่ละรายเชื่อมต่อถึงกันผ่าน Network Access Point (NAP) ซึ่งเป็นจุดเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตหลักขนาดใหญ่
POP = จุดที่ "ลูกค้า/ภูมิภาค เข้ามาหา ISP" (ในรูปอยู่ ใต้กล่อง ISP หันหน้าลงหา LAN — แนวตั้ง ลูกค้าขึ้นไปหาผู้ให้บริการ) · NAP = จุดที่ "ISP เจอกับ ISP" (ในรูปอยู่ บนกล่อง ISP ในก้อนเมฆ และมีเส้นลากหากันเองซ้าย–ขวา — แนวนอน ผู้ให้บริการเจอกันเอง) · เห็นสองตำแหน่งนี้ในรูปแล้วจะไม่สลับกันอีก
2.4.4 คลาวด์ เน็ตเวิร์ก
คลาวด์ เน็ตเวิร์ก คือเครือข่ายขององค์กรที่สามารถขยายไปยังระบบคลาวด์ได้ โดยโครงสร้างพื้นฐานของเน็ตเวิร์กในคลาวด์จะถูกสร้างและดูแลโดยผู้ให้บริการคลาวด์ องค์กรเพียงเชื่อมต่อเน็ตเวิร์กภายในองค์กรเข้ากับเน็ตเวิร์กในคลาวด์ โดยไม่ต้องลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐานในระยะเริ่มต้น
สิ่งที่แตกต่างจากอินเทอร์เน็ตทั่วไป คือคลาวด์ เน็ตเวิร์กมีการควบคุมจากส่วนกลางด้านการมองเห็นและจัดการเน็ตเวิร์ก (network visibility) ทำให้:
- องค์กรให้บริการแอปพลิเคชันแบบ Multitenant ได้ — แอปพลิเคชันเดียวให้บริการผู้เช่า (tenant) หลายรายพร้อมกัน โดยข้อมูลของแต่ละ tenant ถูกแยกออกจากกัน
- องค์กรสามารถติดตั้งโครงสร้างพื้นฐานด้านไอทีในสถานที่ห่างไกลได้ภายในเวลาไม่กี่นาที
- "องค์กรเพียงเชื่อมต่อเน็ตเวิร์กภายในองค์กรเข้ากับเน็ตเวิร์กในคลาวด์" = เส้นเดียวที่ผ่าน Gateway ตรงกลางรูป — ของทางซ้ายทั้งก้อน (Data center 1–3) องค์กรไม่ต้องลงทุนสร้างเอง
- "Multitenant" = ในรูปมี Virtual network / Virtual machines หลายชุด วางซ้อนกันบนโครงสร้างพื้นฐานชุดเดียว โดยแต่ละชุดถูกกั้นออกจากกัน — ข้อมูลของแต่ละ tenant จึงแยกกัน
- "network visibility จากส่วนกลาง" = ทุกอย่างวิ่งผ่าน Gateway จุดเดียว จึงมองเห็นและจัดการได้จากศูนย์กลาง ต่างจากอินเทอร์เน็ตทั่วไปที่ไม่มีใครเป็นเจ้าของภาพรวม
2.5ประเภทของเน็ตเวิร์ก (จำแนกตามขอบเขตการครอบคลุม)
| ประเภท | ชื่อไทย | ขอบเขต | ตัวอย่าง / จุดสังเกต |
|---|---|---|---|
| PAN Personal Area Network | เครือข่ายพื้นที่ส่วนตัว | 1–2 เมตร | อุปกรณ์ต่อพ่วงของคอมพิวเตอร์ · ปัจจุบัน WPAN (Wireless PAN) นิยมมาก เช่นใช้บลูทูธเชื่อมคีย์บอร์ดหรือเมาส์ |
| LAN Local Area Network | ระบบเครือข่ายเฉพาะที่ | ระดับร้อยเมตร | สำนักงานและที่อยู่อาศัย เพื่อใช้ทรัพยากรร่วมกัน · ปัจจุบัน WLAN นิยมมากในสำนักงานและสถานศึกษา |
| MAN Metropolitan Area Network | เครือข่ายระดับเมือง | ภายในเมือง | เชื่อมระหว่างองค์กรหรืออาคารในเมือง และเป็นช่องทางเชื่อมเข้าสู่อินเทอร์เน็ต เช่น Digital Subscriber Line (DSL) — ทำหน้าที่ให้ผู้ใช้ใน LAN ต่อไปยัง WAN |
| WAN Wide Area Network | เครือข่ายบริเวณกว้าง | ระหว่างเมือง / ระดับประเทศ | อินเทอร์เน็ตเกิดจากการเชื่อมโยง WAN หลาย ๆ เครือข่ายเข้าด้วยกัน จนพัฒนาเป็นระบบขนาดใหญ่และซับซ้อนในปัจจุบัน |
คนมักตอบว่า MAN คือ "LAN ที่ใหญ่ขึ้น" ซึ่งไม่ตรงกับที่หนังสือเน้น — หน้าที่จริงของ MAN คือ "ทางเชื่อม" ให้ผู้ใช้ใน LAN ออกไปยัง WAN ตัวอย่างที่หนังสือยกคือ DSL ไม่ใช่ตึกใหญ่ ๆ ตึกหนึ่ง และอย่าสับสนว่า PAN วัดเป็น เมตร ส่วน LAN วัดเป็น ร้อยเมตร
2.6รูปแบบการสื่อสารข้อมูล
หากเปรียบเทียบกับการสื่อสารระหว่างบุคคล เราอาจคุยกับเพื่อนคนใดคนหนึ่งโดยเฉพาะ · ติดต่อกลุ่มเพื่อนบางคน · หรือกระจายข่าวสารออกไปยังทุกคนพร้อมกัน การสื่อสารของเน็ตเวิร์กก็มีรูปแบบพื้นฐาน 3 รูปแบบ ในลักษณะเดียวกัน
| รูปแบบ | ความสัมพันธ์ | คำอธิบายตามหนังสือ |
|---|---|---|
| ยูนิคาสต์ Unicast | หนึ่งต่อหนึ่ง | มีการระบุหมายเลขผู้รับปลายทางที่ชัดเจน |
| มัลติคาสต์ Multicast | หนึ่งต่อกลุ่ม | ส่งข้อมูลไปยังกลุ่มผู้รับที่มีความสนใจร่วมกัน เช่น การลงทะเบียน (subscribe) รับข่าวสาร — ผู้ลงทะเบียนจะเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มผู้รับมัลติคาสต์ |
| บรอดคาสท์ Broadcast | หนึ่งต่อทุกคน | ส่งออกไปยังทุกคนพร้อมกัน โดยไม่คำนึงว่าผู้รับจะสนใจหรือไม่ เช่น การรับโฆษณาจากผู้ให้บริการ |
คำสามคำนี้จะกลับมาอีกใน บทที่ 8 (ฮับกระจายแบบบรอดคาสท์ทุกครั้ง ทำให้เกิด broadcast storm) และ บทที่ 17 (ARP request เป็นบรอดคาสท์ แต่ ARP reply เป็นยูนิคาสต์)
2.6.1 Internet Backbone
อินเทอร์เน็ต backbone คือโครงสร้างการเชื่อมต่อเน็ตเวิร์กขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยเร้าเตอร์ประสิทธิภาพสูงที่เรียกว่า Core Router เชื่อมต่อผ่านโครงข่ายไฟเบอร์ออปติกที่มีแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ เพื่อเพิ่มศักยภาพการสื่อสาร
จาก Core Router จะเชื่อมต่อไปยัง Aggregation Router หรือ Edge Router ซึ่งใช้ภายในหน่วยงานต่าง ๆ เพื่อเชื่อมต่อเร้าเตอร์หรือสวิตช์ภายในองค์กรออกสู่ภายนอก
| ชั้น | อุปกรณ์ | ความเร็วการเชื่อมต่อ (ข้อมูลปี ค.ศ. 2020) |
|---|---|---|
| แกนกลาง | Core Router | 400 Gbps ถึง 1 Tbps |
| รวบรวม / ขอบ | Aggregation Router / Edge Router | 200–400 Gbps |
เช็คความเข้าใจ
- องค์ประกอบ 7 อย่าง — จำ "โฮสต์ = อุปกรณ์ที่มี IP" และ "ฮับแทบไม่ใช้แล้วเพราะประสิทธิภาพต่ำ"
- P2P = เครื่องต่อเครื่องโดยตรง เป็นทั้งไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์ (Windows Workgroup) · Client/Server = ผ่านเซิร์ฟเวอร์ ตรวจสอบสิทธิ์ได้
- โทโพโลยี 4 แบบ + จุดตายของแต่ละแบบ (Mesh ทนสายขาด · Star ตายที่ศูนย์กลาง · Ring/Bus ตายที่สาย)
- สวิตช์สร้างเน็ตเวิร์ก · เร้าเตอร์เชื่อมระหว่างเน็ตเวิร์ก
- LAN (ร้อยเมตร) → MAN (เมือง, เป็นทางออกจาก LAN ไป WAN, เช่น DSL) → WAN (ประเทศ) · PAN = 1–2 เมตร
- อินเทอร์เน็ต: LAN → ISP → POP (ภูมิภาค) → NAP (ISP ต่อ ISP)
- Unicast / Multicast / Broadcast · Backbone: Core Router 400 Gbps–1 Tbps, Aggregation Router 200–400 Gbps (ค.ศ. 2020)