บทที่ 2 เครือข่าคอมพิวเตอร์

บทที่ 2

 เครือข่ายคอมพิวเตอร์

จุดประสงค์การเรียนรู้

1.อธิบายความหมายของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ได้

2.จําแนกเครือข่ายคอมพิวเตอร์แต่ละชนิดได้

3.อธิบายลักษณะการทํางานของเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบต่างๆ ได้

4.อธิบายความหมายและความสําคัญของโพรโตคอลได้

5.ยกตัวอย่างโพรโตคอลที่ใช้ในปัจจุบันได้

6.อธิบายความหมายของรูปร่างเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (Network Topology) ได้

7.จําแนกและเปรียบเทียบรูปร่างเครือข่ายคอมพิวเตอร์แต่ละแบบได้

8.อธิบายหน้าที่และการทํางานของอุปกรณ์เครือข่ายคอมพิวเตอร์แต่ละประเภทได้

เครือข่ายคอมพิวเตอร์ ( Computer Network ) 

            เครือข่ายสามารถจำแนกออกได้หลายประเภทแล้วแต่เกณฑ์ที่ใช้ คล้ายกับการจำแนกประเภทของรถยนต์ ถ้าใช้ขนาดเป็นเกณฑ์ก็จะแบ่งได้เป็นรถยนต์ขนาดเล็ก รถสิบล้อ เป็นต้น หรือถ้าเป็นลักษณะการใช้งานเป็นเกณฑ์ก็จะแบ่งได้เป็นรถโดยสาร รถบรรทุกสินค้า รถส่วนบุคคล เป็นต้น เครือข่ายคอมพิวเตอร์ก็เช่นกันสามารถจำแนกได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับเกณฑ์ที่ใช้ โดยทั่วไปการจำแนกประเภทของเครือข่ายที่มีอยู่ 3 วิธี คือ 1. เครือข่ายท้องถิ่น LAN ( Local Area Network ) 2. เครือข่ายระดับเมือง MAN ( Metropolitan Area Network )3. เครือข่ายระดับประเทศ WAN ( Wide Area Network )
   ระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ แบ่งตามลักษณะการเชื่อมต่อทางภูมิศาสตร์ หรือระยะทางการเชื่อมต่อ สามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท คือ 
      - เครือข่ายท้องถิ่น LAN ( Local Area Network ) 

          

ระบบเครือข่ายแบบ LAN หรือระบบเครือข่ายเฉพาะบริเวณ โดยปกติแล้วจะเป็นระบบเครือข่ายส่วนตัว (Private Network) นั่นคือองค์กรที่ต้องการใช้งานเครือข่าย ทำการสร้าง เครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกันเป็นระบบเครือข่ายในระยะใกล้ ๆ ซึ่งจะช่วยให้เกิดประโยชน์แก่องค์กรและธุรกิจต่างๆ มากมาย เช่น
       - สามารถแบ่งเบาการประมวลผลไปยังเครื่องต่างๆ เฉลี่ยกันไป
       - สามารถแบ่งกันใช้งานอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องพิมพ์ ซีดีรอมไดร์ฟ เครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง เป็นต้น
       - สามารถแบ่งกันใช้งานซอฟต์แวร์และข้อมูลหรือสารสนเทศต่างๆ รวมทั้งทำให้สามารถจัดเก็บข้อมูลเหล่านั้นไว้เพียงที่เดียว
       - สามารถวางแผนหรือทำงานร่วมกันเป็นกลุ่มได้ แม้จะไม่ได้อยู่ใกล้กันก็ตาม
       - สามารถใช้ในการติดต่อกัน เช่น ส่งจดหมายทางอิเล็กทรอนิกส์ หรือการส่งเสียงหรือภาพทางอิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น
       - ช่วยลดค่าใช้จ่ายโดยรวมขององค์กร

ชนิดการเชื่อมต่อของเครือข่าย LAN
การเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายเฉพาะบริเวณ (LAN) นั้น จุดประสงค์หลักอย่างหนึ่งก็คือการแบ่งกันใช้ทรัพยากรที่มีอยู่ โดยทรัพยากรเหล่านั้นอาจเป็นหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ความเร็วสูง ฮาร์ดดิสก์ เครื่องพิมพ์ หรือแม้แต่อุปกรณ์สื่อสารต่างๆ ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้จะเชื่อมอยู่กับคอมพิวเตอร์เครื่องใดเครื่องหนึ่ง
วิธีการเชื่อมต่อเครือข่ายคอมพิวเตอร์ เพื่อจัดสรรการใช้งานทรัพยากรในระบบเครือข่ายสามารถจำแนกได้เป็น 3 รูปแบบ คือ

 เครือข่ายแบบ Peer-to-Peer
 เครือข่ายแบบ Server-based 
 เครือข่ายแบบ Client/Server

ตาราง เปรียบเทียบการเชื่อมต่อแบบ Server based เทียบกับ Peer-to-Peer

เครือข่าย	ข้อดี	ข้อเสีย
Server-Based	- มีประสิทธิภาพสูงกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเป็นแบบ Dedicated Server - การดูแลระบบสามารถทำได้ง่ายกว่า -เร็ว -ใช้กับเครือข่ายขนาดใหญ่ได้ -ระบบรักษาความปลอดภัยดี	- เสียค่าใช้จ่ายสูงสำหรับเครื่อง Server โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเป็นแบบ Dedicated Server ซึ่งไม่สามารถนำไปใช้งานอย่างอื่นได้ - ไม่สามารถใช้งานทรัพยากรที่เชื่อมอยู่กับ Workstation ได้ - ถ้า Server เสียระบบจะหยุดหมด -ติดตั้งยากกว่า

       - เครือข่ายระดับเมือง MAN ( Metropolitan Area Network )
       

     ระบบเครือข่ายที่มีขนาดใหญ่กว่าเครือข่ายท้องถิ่น แต่อาจเชื่อมต่อกันด้วยระบบการสื่อสารสำหรับสาขาหลาย ๆ แห่งที่อยู่ภายในเขตเมืองเดียวกันหรือหลายเขตเมืองที่อยู่ใกล้กัน ระยะทางประมาณ 10 กิโลเมตร เช่นการให้บริการทั้งของรัฐและเอกชน อาจเป็นบริการภายใน หน่วยงานหรือเป็นบริการสาธารณะก็ได้ รวมถึงการให้บริการระบบโทรทัศน์ทางสาย (Cable television) เช่น บริษัท UBC ซึ่งเป็นระบบที่มีสายเคเบิลเพียงหนึ่งหรือสองเส้นโดยไม่มีอุปกรณ์สลับช่องสื่อสาร (switching element) ทำหน้าที่เก็บกักสัญญาณหรือปล่อยสัญญาณออกไปสู่ระบบอื่น มาตรฐานของระบบ MAN คือ IEEE 802.6 หรือเรียกว่า DQDB (Distributed Queue Dual Bus)

      ตัวอย่างการใช้งานจริง เช่น ภายในมหาวิทยาลัยหรือในสถานศึกษาจะมีระบบแมนเพื่อเชื่อมต่อระบบแลนของแต่ละคณะวิชาเข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายเดียวกันในวงกว้าง เทคโนโลยีที่ใช้ในเครือข่ายแมนได้แก่ ATM, FDDI และ SMDS ระบบเครือข่ายแมนที่จะเกิดในอนาคตอันใกล้ คือระบบที่จะเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ภายในเมืองเข้าด้วยกันโดยผ่านเทคโนโลยี Wi-Max

      - เครือข่ายระดับประเทศ WAN ( Wide Area Network )

เครือข่ายระดับประเทศ ( Wide Area Network : WAN) เป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมโยงระบบคอมพิวเตอร์ในระยะห่างไกล เป็นเครือข่ายขนาดใหญ่ มีการติดต่อต่อสื่อสารกันในบริเวณกว้าง เช่น เชื่อมโยงระหว่างจังหวัด ระหว่างประเทศ การสร้างเครือข่ายระยะไกลจึงต้องอาศัยระบบบริการข่ายสายสาธารณะ เช่น การสื่อสารแห่ง ประเทศไทย ใช้วงจรสื่อสารผ่านดาวเทียม ใช้วงจรสื่อสารเฉพาะกิจที่มีให้ บริการแบบสาธารณะ เครือข่ายแวนจึงเป็นเครือข่ายที่ใช้กับองค์การที่มีสาขาห่างไกล และต้องการเชื่อมสาขา เหล่านั้นเข้าด้วยกัน เช่น ธนาคาร มีสาขาทั่วประเทศ มีบริการรับฝากและถอนเงินผ่านตู้เอทีเอ็ม

   ความสัมพันธ์ระหว่าง Lan และ Wan

            Lan หรือ Local Area Network เป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์ระยะใกล้ คือใช้เชื่อมต่อกัน ในบริเวณที่ไม่ห่างจากกันมากนัก โดยการ เชื่อมต่อนี้ทำได้โดย สายสัญญาณพิเศษ ในสถาน ที่หนึ่ง ๆ หรือองค์กรหนึ่ง ๆ สามารถที่จะสร้างระบบ Lan หลาย ๆ ชุดได้หรือเชื่อม ระบบ Lan แต่ละชุดที่มีอยู่แล้วเข้าด้วยกันอีกทีก็ได้
            อุปกรณ์ที่ใช้ในการประกอบด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีการติดตั้ง การ์ด เน็ตเวิร์คหรือ เรียกย่อ ๆ ว่า Card lan สื่อสัญญาณซึ่งอาจ เป็นสายเคเบิล แบบใดแบหนึ่ง ระบบปฏิบัติ การควบคุมเครือข่าย เช่น Novell Banyan VINEs Windows NT Server เป็นต้น

   

    เครือข่ายไร้สาย 

เครือข่ายไร้สาย  หมายถึง  ระบบการสื่อสารข้อมูลที่มีความยืดหยุ่นในการติดตั้ง  หรือขยายเครือข่าย โดยการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในการถ่ายโอนข้อมูลผ่านอากาศแทนการใช้สายสัญญาณ  สะดวกต่อการใช้งานและการเข้าถึงข้อมูล (Wireless LAN Association 2006)           
เครือข่ายไร้สาย หมายถึง เครือข่ายเฉพาะที่ ถ่ายโอนข้อมูลผ่านอากาศในย่านความถี่วิทยุที่ อนุญาตให้ใช้ได้โดยไม่ต้องจดทะเบียน  โดยปราศจากการใช้สายสัญญาณ  จุดส่งสัญญาณ(Access points) แต่ละจุดสามารถส่งได้ไกลหลายร้อยฟุต และสามารถทะลุกำแพงหรือสิ่งกีดขวางอื่น ๆ ได้  และสามารถใช้สัญญาณพร้อมกันได้หลายคนเหมือนกับระบบโทรศัพท์เซลลูล่า (TechEncyclopedia 2007)
            ระบบเครือข่ายไร้สาย (WLAN= Wireless Local Area Network) คือ ระบบการสื่อสารข้อมูลที่นำมาใช้ทดแทน หรือเพิ่มต่อกับระบบเครือข่ายแลนใช้สายแบบดั้งเดิมโดยใช้การส่งคลื่นความถี่วิทยุในย่านวิทยุ RF และคลื่นอินฟราเรดในการรับและส่งข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องผ่านทางอากาศ  ทะลุกำแพง  เพดาน  หรือสิ่งก่อสร้างอื่นๆ โดยปราศจากความต้องการของการเดินสาย

ประวัติความเป็นมาของเครือข่ายไร้สาย 

            ระบบเครือข่ายไร้สาย (Wireless LANs) เกิดขึ้นครั้งแรก ในปี ค.ศ. 1971 บนเกาะฮาวาย  โดยโปรเจกต์ของนักศึกษาของมหาวิทยาลัยฮาวาย ที่ชื่อว่า "ALOHNET" ขณะนั้นลักษณะการส่งข้อมูลเป็นแบบ Bi-directional ส่งไป-กลับง่ายๆ ผ่านคลื่นวิทยุ สื่อสารกันระหว่างคอมพิวเตอร์ 7 เครื่อง  ซึ่งตั้งอยู่บนเกาะ 4 เกาะโดยรอบ และมีศูนย์กลางการเชื่อมต่ออยู่ที่เกาะๆ หนึ่ง ที่ชื่อว่า Oahu
             เทคโนโลยีระบบเครือข่ายไร้สายได้นำเข้ามาใช้งานในเมืองไทยประมาณต้นปี 2544 ในขณะนั้นเสียงตอบรับจากผู้ใช้งานยังค่อนข้างน้อย เนื่องจากอุปกรณ์ไร้สายมีราคาแพงจนกระทั่งปัจจุบันระบบเครือข่ายไร้สายเริ่มได้รับความนิยมมากขึ้น เนื่องจากราคาอุปกรณ์ ถูกลงมาก ประกอบกับทางบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์เครือข่ายได้ปลุกกระแสการใช้งานระบบเครือข่ายไร้สายอีกครั้ง โดยการหยิบยกจุดเด่นของเทคโนโลยีที่ไม่ต้องพึ่งพาสายสัญญาณสำหรับสื่อสารข้อมูลเป็นจุดขาย  กล่าวคือผู้ใช้งานสามารถเชื่อมโยงเข้าระบบเครือข่ายจากพื้นที่ใดก็ได้ที่อยู่ในรัศมีของสัญญาณ และระบบสามารถแก้ปัญหาเรื่องการติดตั้งสายสัญญาณในพื้นที่ที่ทำได้ลำบาก  เทคโนโลยีระบบเครือข่ายไร้สายได้สร้างภาพลักษณ์ ใหม่ของการใช้งานระบบเครือข่ายซึ่งผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องนั่งทำงานอยู่กับที่  แต่สามารถเคลื่อนย้ายไปทำงานยังที่ต่างๆ ได้ ตามใจต้องการ เช่น สวนหย่อม  สนามหญ้าหน้าบ้าน หรือริมสนาม เป็นต้น

1. Peer-to-peer ( ad hoc mode )  ระบบแลนไร้สายแบบ Peer to Peer หรือ ระบบแลนเสมอภาค คือ คอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในระบบต่างมีศักดิ์ศรีเท่ากัน ทํางานของ ตนเองได้และขอใช้บริการจากเครื่องอื่นได้ ดังภาพ


2. Client/server (Infrastructure mode)   เป็นระบบที่มีการติดตั้ง Access Point ที่เครื่องคอมพิวเตอร์ลูกข่ายสามารถติดต่อระหว่างกัน และสามารถติดต่อไปที่ server เพื่อแลกเปลี่ยนและค้นหาข้อมูลได้ ดังภาพ


3. Multiple access points and roaming  ใช้ในกรณีที่สถานที่กว้างมากๆ เช่น คลังสินค้า บริเวณภายในมหาวิทยาลัย โดย ีการเพิ่มจุดการติดตั้ง Access Point ให้เพิ่มมากขึ้น เพื่อให้การรับส่งสัญญาณในบริเวณของเครือข่ายขนาดใหญ่เป็นไปอย่างครอบคลุมทั่วถึง ดังภาพ


4. Use of an Extension Point   กรณีที่โครงสร้างของสถานที่ติดตั้งเครือข่ายแบบไร้สายมีปัญหา เพื่อเป็นการแก้ปัญหาผู้ออกแบบระบบอาจจะใช้ Extension Points ที่มีคุณสมบัติเหมือนกับ Access Point แต่ไม่ ต้องผูกติดไว้กับเครือข่ายไร้สาย เป็นส่วนที่ใช้เพิ่มเติมในการรับส่งสัญญาณ ดังภาพ

5. The Use of Directional Antennas ระบบแลนไร้สายแบบนี้เป็นแบบใช้เสาอากาศในการรับส่งสัญญาณระหว่างอาคารที่อยู่ห่างกัน โดยการติดตั้งเสาอากาศที่แต่ละอาคารเพื่อส่งและรับสัญญาณ ระหว่างกัน ดังภาพที่แสดงให้ เห็นถึงการทํางานของระบบ ดังภาพ

  

มาตรฐานเครือข่ายไร้สายที่เป็นที่เป็นที่รู้จัก ได้แก่  
         IEEE 802.11a   เป็นมาตรฐานที่ได้รับการตีพิมพ์และเผยแพร่เมื่อปี พ.ศ. 2542 เป็นย่านความถี่ที่ไม่ได้รับอนุญาตให้ใช้งานโดยทั่วไปในประเทศไทย เนื่องจากสงวนไว้สำหรับกิจการทางด้านดาวเทียม ข้อเสียของผลิตภัณฑ์มาตรฐาน IEEE 802.11a ก็คือมีรัศมีการใช้งานในระยะสั้นและมีราคาแพง     ดังนั้นผลิตภัณฑ์ไร้สายมาตรฐาน IEEE 802.11a จึงได้รับความนิยมน้อย
            IEEE 802.11b   เป็นมาตรฐานที่ถูกตีพิมพ์และเผยแพร่ออกมาพร้อมกับมาตรฐาน IEEE 802.11a เมื่อปี พ.ศ. 2542 ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีและได้รับความนิยมในการใช้งานกันอย่างแพร่หลายมากที่สุดข้อดีของมาตรฐาน IEEE 802.11b ก็คือ สนับสนุนการใช้งานเป็นบริเวณกว้างกว่ามาตรฐาน IEEE 802.11a ผลิตภัณฑ์มาตรฐาน IEEE 802.11b เป็นที่รู้จักในเครื่องหมายการค้า Wi-Fi
           IEEE 802.11g    เป็นมาตรฐานที่นิยมใช้งานกันมากในปัจจุบันและได้เข้ามาทดแทนผลิตภัณฑ์ที่รองรับมาตรฐาน IEEE 802.11b เนื่องจากสนับสนุนอัตราความเร็วของการรับส่งข้อมูลในระดับ 54  เมกะบิตต่อวินาทีและให้รัศมีการทำงานที่มากกว่า IEEE 802.11a พร้อมความสามารถในการใช้งานร่วมกันกับมาตรฐาน IEEE 802.11b ได้ (Backward-Compatible)