สถาปัตยกรรม ของระบบเครือข่าย

1. สถาปัตยกรรมของระบบเครือข่ายสถาปัตยกรรมของระบบเครือข่าย NetworkArchitecture ประกาย นาดีศูนย์คอมพิวเตอร์ สาบันเทคโนโลยีราชมงคล

2. เนื้อหาที่จะบรรยาย …………….. สถาปัตยกรรมของระบบเครือข่าย • ความหมายของระบบเครือข่ายภายในองค์กร (Local Area Network) • ระบบเครือข่ายแบบ Campus Network • ความหมายของระบบเครือข่ายระหว่างองค์กร (Wide Area Network)

3. บทนำ รูปแบบของระบบเครือข่าย (Network) ที่นิยมใช้ในการเชื่อมต่อกันระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ เช่น Ethernet, Token Ring, FDDI แต่ละระบบมีเอกลักษณ์ วัตถุประสงค์ในการใช้งาน และ ข้อดีข้อเสีย ต่างกัน บางระบบสามารถส่งถ่ายข้อมูลได้เร็ว แต่มีค่าใช้จ่ายที่สูง ในขณะที่บางระบบเสียค่าใช้จ่ายน้อย แต่ส่งถ่ายข้อมูลได้ช้า นอกจากนั้นแต่ละระบบถูกออกแบบให้เหมาะกับวัตถุประสงค์ที่ต่างกัน ให้เหมาะกับรูปแบบของข้อมูล เช่นข้อมูลภาพ ข้อมูลเสียง ระบบเครือข่ายแรกถูกคิดค้นขึ้นมาโดย Bob Metcalfe และ David Boggs ในบริษัท Xerox เมื่อปี 1973 เป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบ LAN (Local Area Network) มีความเร็วที่ 3 Mbps และพัฒนาเป็น 10 Mbps มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในช่วงนั้น

4. บทนำ (ต่อ) ต่อมาในปี 1979 เครือข่าย Ethernet ถูกพัฒนาขึ้นโดยบริษัท Digital Equipment Corporation (DEC), Intel และ Xerox (ในนามของ DIX) ออกแบบ Ethernet Version 1.0 และพัฒนาเป็น Ethernet Version 2.0 ในปี 1982 มีการพิมพ์ออกเผยแพร่ นับว่าเป็นระบบเครือข่ายที่มีการใช้งานมากที่สุด จากนั้นองค์กรมาตรฐาน IEEE ได้ออกมาตรฐาน IEEE 802.3 ขึ้นมา โดยเทียบจาก Ethernet Version 2.0 มีวิธีการใช้งานสื่อแบบ CSMA/CD ใช้โทโพโลยีแบบบัส หรือ ดาว (Ethernet Version 2.0 เป็นแบบบัสเท่านั้น) มาตรฐาน IEEE 802.3u เพิ่มความเร็วเป็น 100 Mbps เรียกว่า Fast Ethernet และพัฒนาต่อจนเป็น IEEE 802.3z เรียกว่า Gigabit Ethernet มีความเร็วที่ 1000 Mpbs

5. บทนำ (ต่อ) ในปัจจุบันข้อมูลที่ใช้ส่งถ่ายในระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์มีความซับซ้อนมากขึ้น เช่น ข้อมูลเอกสาร (Document) ข้อมูลมัลติมีเดีย (Multimedia) การประชุมทางไกล (Video Conference) แสดงให้เห็นว่า ในอนาคต การพัฒนาระบบเครือข่าย ไม่ได้มุ่งเน้นเรื่องเพียงความเร็วในการส่งถ่ายข้อมูลเท่านั้น แต่จะพัฒนารูปแบบของข้อมูลที่ซับซ้อน เหมาะสมกับวัตถุประสงค์การใช้งาน การใช้งานระบบเครือข่ายได้เพิ่มมากขึ้น เนื่องจากมีการพัฒนากระบวนการผลิตอุปกรณ์และสื่อที่ใช้ให้ง่ายขึ้น พัฒนาวิธีการเชื่อมต่อที่ใช้อุปกรณ์ราคาต่ำ ทำให้ราคาของการติดตั้งระบบเครือข่ายถูกลง เช่น การเชื่อมต่อ Internet จากสายโทรศัพท์

6. รูปแบบของระบบเครือข่าย เราสามารถระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ตามขนาด และรูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่าย มี 3 รูปแบบคือ • เครือข่ายเฉพาะบริเวณ (Local Area Network: LAN) • เครือข่ายระหว่างเมือง (Metropolitan Area Network: MAN) • เครือข่ายระยะไกล (Wide Area Network: WAN)

7. ระบบเครือข่ายเฉพาะบริเวณ (LAN) Local Area Network (LAN) เป็นเครือข่ายที่อุปกรณ์ทั้งหมดมีระยะทางเชื่อมต่ออยู่ในพื้นที่ไกล้ๆ เช่น ภายในห้อง ในอาคารเดียวกัน และยังรวมถึงระบบเครือข่ายบริเวณมหาวิทยาลัย (Campus Network) ซึ่งเชื่อมต่ออยู่ในพื้นที่ขององค์กรเดียวกัน ระหว่างแต่ละอาคาร นอกจากจะแยกแยะจากพื้นที่การเชื่อมต่อแล้ว จะต้องพิจารณาอุปกรณ์ และสื่อที่ใช้ด้วย ส่วนมากการเชื่อมต่อในระบบ LAN จะใช้สื่อนำสัญญาณที่สามารถส่งถ่ายข้อมูลได้เร็ว เช่น สาย UTP, Coaxial, Fiber Optic เครือข่ายแบบ LAN

8. ระบบเครือข่ายเฉพาะบริเวณ (ต่อ) โดยปกติ LAN ถือว่าเป็นระบบเครือข่ายส่วนตัว (Private Network) นั่นคือ เป็นเครือข่ายที่ถูกออกแบบและติดตั้งให้เหมาะกับการใช้งานเฉพาะภายในองค์กร เพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด เช่น • การใช้งานอุปกรณ์ร่วมกัน เช่น เครื่องพิมพ์ ทำให้เกิดการใช้งาน ทรัพยากรณ์อย่างคุ้มค่า • จัดเก็บข้อมูลหรือสารสนเทศ ไว้เพียงที่เดียว และใช้ได้จากหลายจุด • สื่อสารถึงกันทั้งแบบ Online และ Offline ทำให้ไม่มีข้อจำกัด ในการสื่อสารภายในองค์กร • แบ่งเบาการประมวลผลไปยังเครื่องต่างๆ เฉลี่ยกัน เช่น งานที่ ต้องการความเร็วในประมวลผล

9. ระบบปฏิบัติการเครือข่าย Network Operating System (NOS) คือระบบปฏิบัติการ (Operating System) สำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ ที่สามารถให้บริการเกี่ยวกับระบบเครือข่ายได้ การให้บริการของระบบปฏิบัติการเครือข่าย มีความสามารถต่างกันออกไป ตามระบบปฏิบัติการนั้นๆ เครือข่ายแบบ Peer-to-Peer สามารถให้บริการในระดับเครื่องต่อเครื่อง แต่ละเครืองมีระดับความสามารถเท่ากัน เช่นการแบ่งการใช้งานไฟล์ระหว่างเครื่อง ตัวอย่างระบบปฏิบัติการคือ Windows for Workgroups เครือข่ายแบบ Server Based ถูกออกแบบสำหรับให้ทำหน้าที่บริการกับเครื่องอื่นๆ ที่เป็น Clients ความสามารถในการให้บริการจะสูง เช่น UNIX, Netware, Windows Server

10. วิธีการควบคุมการเข้าใช้งานสื่อกลาง การเข้าใช้งานสื่อกลาง (Media Access Method) คือกระบวณการที่คอมพิวเตอร์หลายเครื่องสามารถใช้งานสื่อกลางในการสื่อสารข้อมูลร่วมกัน แต่ละเครื่องปฏิบัติตามข้อตกลง หรือตามข้อกำหนดที่เป็นมาตรฐาน การทำงานจะอยู่ในวงจรเชื่อมต่อเน็ตเวิร์ค (Network Interface Card: NIC) และทำงานอยู่ในครึ่งท่อนล่างของ Data Link Layer คือส่วนของ MAC Layer (ดู OSI Reference Model) วิธีในการเข้าใช้งานสื่อกลางจะมีอยู่หลายวิธี ซึ่งแต่ละวิธีก็จะมีข้อดี ข้อเสียและเหมาะสมกับโทโปโลยีต่างๆ กันไป ที่นิยมใช้กันในปัจจุบันคือ CSMA/CD และ Token Passing

11. CSMA/CD(Carrier Sense Access/Collision Detection) เป็นวิธีที่ทุก node ของเครือข่ายสามารถเห็นข้อมูลที่ไหลอยู่ในสายสื่อสาร ของเครือข่าย แต่จะมีแต่โหนดปลายทางที่ระบุไว้เท่านั้น ที่จะทำการคัดลอกข้อมูลขึ้นไป ในการส่งข้อมูลด้วยวิธีนี้ ทุกโหนดที่ต้องการส่งข้อมูลจะต้องทำการตรวจสอบสาย สื่อสารว่าว่างหรือไม่หากสายไม่ว่างโหนดก็ต้องหยุดรอ และทำการสุ่มตรวจเข้าไปใหม่เรื่อยๆ จนเมื่อสัญญาณตอบกลับว่าว่างแล้ว จึงสามารถส่งข้อมูลเข้าไปได้ แต่อย่างไรก็ดี อาจมีกรณีนี้ทั้งสองโหนดส่งสัญญาณเข้าไปพร้อมๆ กัน ทำให้เกิดการชนกัน (Collision) ขึ้น หากเกิดกรณีนี้ทั้งสองฝ่ายจะต้องหยุดส่งข้อมูล และรออยู่ระยะหนึ่ง (ตามตัวเลขที่สุ่มได้จากสูตร) ซึ่งโหนดที่สุ่มได้ระยะเวลาที่น้อยที่สุดก็จะทำการส่งก่อน หากชนก็หยุดใหม่ ทำเช่นนี้ไปเรื่อยๆ จนกว่าจะส่งได้สำเร็จ วิธีการใช้สื่อกลางชนิดนี้ จะพบมากในโครงสร้างแบบบัส

12. Ethernet เป็นมาตรฐานการเชื่อมต่อระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกัน เพื่อสร้างระบบเครือข่าย ใช้วิธีการเข้าใช้งานสื่อกลางแบบ CSMA/CD โดยมี วงจรเชื่อมต่อเครือข่ายเรียกว่า Ethernet Adapter เป็นอุปกรณ์ส่งถ่ายข้อมูล ระบบปฏิบัติการเครือข่ายส่วนมากสามารถใช้งาน Ethernet Adapter นี้ได้

13. Token Passing เป็นวิธีที่ใช้หลักการของ Token ซึ่งเป็นกลุ่มของบิตที่วิ่งวนไปตามโหนดต่างๆ รอบเครือข่าย แต่ละโหนดจะคอยตรวจสอบรับข่าวสารที่ส่งมาถึงตนจากใน Token และในกรณีที่ต้องการส่งข้อมูลก็ตรวจสอบว่า Token ว่างอยู่หรือไม่ หากว่างอยู่ก็จะทำการใส่ข้อมูลพร้อมระบุปลายทางเข้าไปใน Token นั้น และปล่อยให้ Token วิ่งวนต่อไปในเครือข่าย วิธีในการเข้าใช้สื่อชนิดนี้จะพบมากในโครงสร้างแบบบัส (Token Bus) และแบบวงแหวน (Token Ring)

14. เครือข่ายแบคโบน (Backbone Network) ใช้เส้นใยแก้วนำแสง โดยวางเราเตอร์ Router กระจายตามจุดต่างๆ โครงสร้างการเชื่อมโยง มีลักษณะโทโปโลยีเป็นแบบตาข่าย Mesh โดยใช้โปรโตคอล OSPF (Open Shortest Path First) หรือกล่าวได้ว่า เราเตอร์เลือกเส้นทางในเลเยอร์ 3 โดยการหาเส้นทางที่สั้นที่สุด และมีปัญหาน้อยก่อน หากไปไม่ได้จะเลือกเส้นทางอื่นต่อ การใช้ OSPF ทำให้เครือข่ายที่วาง มีความน่าเชื่อถือสูงมากเพราะหากเกิดปัญหาที่จุดใดจุดหนึ่งจะไม่ทำให้ระบบเสีย ผู้ใช้ยังคงใช้งานได้

15. Metropolitan Area Network, MAN หรือ ระบบเครือข่ายเมือง คือระบบเครือข่ายแลนที่เชื่อมโยงกันหลายแลน ข้ามเขตพื้นที่กัน Wide Area Network, WAN หรือ ระบบเครือข่ายระยะไกล คือระบบเครือข่ายแลนและแมน ที่เชื่อมโยงกันระหว่างเมือง ระหว่างประเทศ ระหว่างทวีป

16. คำถาม