สถาปัตยกรรมของระบบเครือข่าย

สถาปัตยกรรมของระบบเครือข่าย

สถาปัตยกรรมของระบบเครือข่าย 

สถาปัตยกรรมของระบบเครือข่าย (Network Architecture) หรือโทโปโลยี (Topology) คือลักษณะทาง กายภาพ (ภายนอก) ของเครือข่ายซึ่งหมายถึง ลักษณะของการเชื่อมโยงสายสื่อสารเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ภายในเครือข่ายด้วยกันนั่นเอง โทโปโลยีของเครือข่าย แต่ละแบบมีความเหมาะสมในการใช้งาน แตกต่างกัน จึงมีความจำเป็นที่เราจะต้องทำการศึกษาลักษณะและคุณสมบัติ ข้อดีและข้อเสียของโทโปโลยีแต่ละแบบ เพื่อนำไปใช้ในการ ออกแบบ พิจารณาเครือข่ายให้เหมาะสมกับการใช้งาน รูปแบบของโทโปโลยีของเครือข่ายหลักๆ มีดังต่อไปนี้

1. โทโปโลยีแบบบัส (Bus Topology) เป็นโทโปโลยีที่ได้รับความนิยมใช้กันมากที่สุดมาตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน ลักษณะการทำงานของเครือข่าย โทโปโลยีแบบบัส คืออุปกรณ์ทุกชิ้นหรือโหนดทุกโหนด ในเครือข่ายจะต้องเชื่อมโยงเข้ากับสายสื่อสารหลักที่เรียกว่า"บัส" (BUS) เมื่อโหนดหนึ่งต้องการจะส่งข้อมูลไปให้ยังอีกโหนด หนึ่งภายในเครือข่าย จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจก่อนว่าบัสว่างหรือไม่ ถ้าหากไม่ว่างก็ไม่สามารถจะส่งข้อมูลออกไปได้ ทั้งนี้เพราะสายสื่อสารหลักมีเพียงสายเดียว ในกรณีที่มีข้อมูลวิ่งมาในบัส ข้อมูลนี้จะวิ่งผ่านโหนดต่างๆ ไปเรื่อยๆ ในขณะที่แต่ละโหนดจะคอยตรวจสอบข้อมูลที่ผ่านมาว่าเป็นของตนเองหรือไม่ หากไม่ใช่ ก็จะปล่อยให้ข้อมูลวิ่งผ่านไป แต่หากเลขที่อยู่ปลายทาง ซึ่งกำกับมากับข้อมูลตรงกับเลขที่อยู่ของของตน โหนดนั้นก็จะรับข้อมูลเข้าไป

โทโปโลยีแบบบัส

ข้อดีข้อเสียของโทโปโลยีแบบบัส 
 ข้อดี 1. ใช้สายส่งข้อมูลน้อยและมีรูปแบบที่ง่ายในการติดตั้ง ทำให้ลดค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและบำรุงรักษา
 2. สามารถเพิ่มอุปกรณ์ชิ้นใหม่เข้าไปในเครือข่ายได้ง่าย
 ข้อเสีย 1. ในกรณีที่เกิดการเสียหายของสายส่งข้อมูลหลัก จะทำให้ทั้งระบบทำงานไม่ได้
 2. การตรวจสอบข้อผิดพลาดทำได้ยาก ต้องทำจากหลาย ๆจุด 

2. โทโปโลยีแบบวงแหวน (Ring Topology) เป็นการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ เข้ากันเป็นวงกลม ข้อมูลข่าวสารจะถูกส่งจากโหนดหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่ง วนอยู่ในเครือข่ายไปใน ทิศทางเดียวเหมือนวงแหวน (ในระบบเครือข่ายรูปวงแหวนบางระบบสามารถส่งข้อมูลได้สองทิศทาง) ในแต่ละโหนดหรือสถานี จะมีรีพีตเตอร์ประจำโหนด 1 ตัว ซึ่งจะทำหน้าที่เพิ่มเติมข่าวสารที่จำเป็นต่อการ สื่อสาร ในส่วนหัวของแพ็กเกจข้อมูล สำหรับการส่งข้อมูลออกจากโหนด และมีหน้าที่รับแพ็กเกจข้อมูลที่ไหลผ่านมาจากสายสื่อสาร เพื่อตรวจสอบว่าเป็นข้อมูลที่ส่งมาให้โหนดตนหรือไม่ ถ้าใช่ก็จะคัดลอกข้อมูลทั้งหมดนั้นส่งต่อไปให้กับโหนดของตน แต่ถ้าไม่ใช่ก็จะปล่อยข้อมูลนั้นไปยังรีพีตเตอร์ของโหนดถัดไป 

โทโปโลยีแบบวงแหวน

ข้อดีข้อเสียของโทโปโลยีรูปวงแหวน 

ข้อดี 1. การส่งข้อมูลสามารถส่งไปยังผู้รับหลาย ๆ โหนดพร้อมกันได้ โดยกำหนดตำแหน่งปลายทางเหล่านั้นลง ในส่วนหัวของแพ็กเกจข้อมูล รีพีตเตอร์ของแต่ละโหนดจะตรวจสอบเองว่ามีข้อมูลส่งมาให้ที่โหนดตนเองหรือไม่

 2. การส่งข้อมูลเป็นไปในทิศทางเดียวกัน จึงไม่มีการชนกันของสัญญาณข้อมูล 

ข้อเสีย 1. ถ้ามีโหนดใดโหนดหนึ่งเกิดเสียหาย ข้อมูลจะไม่สามารถส่งผ่านไปยังโหนดต่อไปได้ 

และจะทำให้เครือข่ายทั้ง เครือข่ายขาดการติดต่อสื่อสาร

 2. เมื่อโหนดหนึ่งต้องการส่งข้อมูล โหนดอื่น ๆ ต้องมีส่วนร่วมด้วย ซึ่งจะทำให้เสียเวลา 

3. โทโปโลยีรูปดาว (Star Topology) เป็นการเชื่อมโยงการติดต่อสื่อสารที่มีลักษณะคล้ายรูปดาว หลายแฉก โดยมีสถานีกลาง หรือฮับ เป็นจุดผ่านการติดต่อกันระหว่างทุกโหนดในเครือข่าย สถานีกลางจึงมีหน้าที่เป็นศูนย์ควบคุมเส้นทางการสื่อสาร ทั้งหมด นอกจากนี้สถานีกลางยังทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางคอยจัดส่งข้อมูลให้กับโหนดปลายทางอีกด้วย การสื่อสารภายใน เครือข่ายแบบดาว จะเป็นแบบ 2 ทิศทางโดยจะอนุญาตให้มีเพียงโหนดเดียวเท่านั้นที่สามารถส่งข้อมูลเข้าสู่เครือข่ายได้ จึงไม่มีโอกาสที่หลายๆ โหนดจะส่งข้อมูลเข้าสู่เครือข่ายในเวลาเดียวกัน เพื่อป้องกันการชนกันของสัญญาณข้อมูล เครือข่ายแบบดาว เป็นโทโปโลยีอีกแบบหนึ่งที่เป็นที่นิยมใช้กันในปัจจุบัน 

โทโปโลยีแบบดาว

ข้อดีและข้อเสียของโทโปโลยีแบบดาว
ข้อดี 1. การติดตั้งเครือข่ายและการดูแลรักษาทำ ได้ง่าย
 2. หากมีโหนดใดเกิดความเสียหายก็สามารถตรวจสอบได้ง่าย และเนื่องจากใช้อุปกรณ์ 1 ตัวต่อสายส่งข้อมูล 1 เส้น ทำให้การเสียหายของอุปกรณ์ใดในระบบไม่กระทบต่อการทำงานของจุดอื่นๆ ในระบบ
 3. ง่ายในการให้บริการเพราะโทโปโลยีแบบดาวมีศูนย์กลางทำหน้าที่ควบคุม
ข้อเสีย 1. ถ้าสถานีกลางเกิดเสียขึ้นมาจะทำให้ทั้งระบบทำงานไม่ได้
2. ต้องใช้สายส่งข้อมูลจำนวนมากกว่าโทโปโลยีแบบบัส และ แบบวงแหวน

4. โทโปโลยีแบบผสม (Hybridge Topology) เป็นเครือข่ายการสื่อสารข้อมูลแบบผสมระหว่างเครือข่ายแบบใดแบบหนึ่งหรือมากกว่า เพื่อความถูกต้องแน่นอน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความต้องการและภาพรวมขององค์กร 

โทโปโลยีแบบผสม

ที่มาhttp://irrigation.rid.go.th/rid15/ppn/Knowledge/Networks%20Technology/network5.htm 

5.โทโปโลยีแบบตาข่าย  (Mesh Topology) เป็นรูปแบบที่ถือว่า สามารถป้องกันการผิดพลาดที่อาจจะเกิดขึ้นกับระบบได้ดีที่สุด เป็นรูปแบบที่ใช้วิธีการเดินสายของแต่เครื่อง ไปเชื่อมการติดต่อกับทุกเครื่องในระบบเครือข่าย คือเครื่องทุกเครื่องในระบบเครือข่ายนี้ ต้องมีสายไปเชื่อมกับทุก ๆ เครื่อง ระบบนี้ยากต่อการเดินสายและมีราคาแพง จึงไม่ค่อยมีผู้นิยม 

โทโปโลยีแบบตาข่าย

ที่มา http://www.it.coj.go.th/topology.html 

แบบอ้างอิง OSI

    องค์การมาตรฐานนานาชาติ หรือเรียกว่า ( The International Organization for Standardization) และใช้อักษรย่อว่า “ISO” ซึ่งคนส่วนใหญ่เข้าใจว่าย่อมาจาก “International Standard Organization”แต่จริงๆ แล้วไม่ใช่  อย่างไรก็ตาม ISO  เป็นองค์กรที่ออกแบบโปรโตคอล ISO (Open System Interconnect)  หรือโปรโตคอลการเชื่อมต่อเครือข่ายแบบเปิดจุดมุ่งหมายของการพัฒนามาตรฐานนี้  การจัดเรียงโปรโตคอลเป็นชั้นๆ  หรือเลเยร์นี้ก็เพื่อจำลองการไหลของข้อมูลจากเครื่องส่งถึงเครื่องรับ  แต่ละชั้นจะส่งข้อมูลไปยังชั้นที่อยู่ติดกัน  เช่น  ถ้าเป็นการส่งข้อมูล  ข้อมูลจะถูกส่งไปยังชั้นที่อยู่ต่ำว่าถัดลงไป  แต่ถ้าเป็นการรับข้อมูล  ข้อมูลก็จะส่งจากข้างล่างขึ้นข้างบน  แต่ละชั้นมีจะมีจุดเชื่อมต่อกับชั้นที่อยู่ใกล้เคียง  เพื่อให้การติดต่อสื่อสารสำเร็จได้ 

การติดต่อสื่อสารของแต่ละชั้นจะเป็นแบบเพียร์ทูเพียร์ (Peer-to-Peer)  หมายความว่าโปรโตคอลชั้นที่อยู่ฝั่งส่งจะติดต่อกับโปรโตคอลชั้นเดียวกันที่อยู่ฝั่งรับ ข้อมูลที่อยู่ชั้นนี้จะมีความหมายเฉพาะกับโปรโตคอลที่อยู่ระดับเดียวกันของฝั่งตรงกันข้ามเท่านั้น ในปัจจุบันระบบเครือข่ายมีโปรโตคอลที่ใช้หลายประเภท ซึ่งพัฒนาโดยบางองค์กรหรือบางบริษัท  โครงสร้างของโปรโตคอลเหล่านี้ก็แบ่งเป็นชั้นๆ คล้ายกับแบบอ้างอิง  OSI  แต่อาจจะไม่เหมือนกันทุกเลเยอร์  บางชุดโปรโตคอลอาจแบ่งขั้นตอนการับส่งข้อมูลแค่  4-5  ชั้นเท่านั้น  แทนที่จะเป็น  7  ชั้นเหมือนแบบอ้างอิง OSI ซึ่งการทำงานแต่ละชั้นอาจไม่เหมือนของ  OSI  ทุกอย่าง  อย่างไรก็ตามแบบอ้างอิง  OSI  ก็ถือได้ว่าเป็นชุดโปรโตคอลที่เป็นต้นแบบสำหรับการศึกษาโปรโตคอลชุดอื่นได้ดี ชุดโปรโตคอล  OSI  ประกอบด้วยโปรโตคอลมาตรฐานหลายโปรโตคอล  โปรโตคอลเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการนานาชาติเพื่อพัฒนาโปรโตคอลและมาตรฐานอื่นๆ เพื่อเอื้ออำนวยให้อุปกรณ์เครือข่ายที่ผลิตจากบริษัทต่างๆ สามารถทำงานร่วมกันได้

สรุปเกี่ยวกับโปรโตคอลเหล่านี้  ดังต่อไปนี้

1.ชั้นประยุกต์ (Application Layer)โปรโตคอลชั้นที่อยู่ในด้านบนสุดของแบบอ้างอิง  OSI  ก็คือชั้นประยุกต์  (Application Layer)  ถึงแม้ชื่อจะเป็นแอพพลิเคชั่นเลเยอร์แตก็ไม่ได้รวมเอาแอพพลิเคชั่นของผู้ใช้ด้วย  (User Application )  แต่โปรโตคอลในชั้นนี้จะเป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างแอพพรเคชันของผู้ใช้กับกระบวนการการสื่อสารผ่านเครือข่าย  ชั้นนี้อาจถือได้ว่าเป็นชั้นที่เริ่มการติดต่อสื่อสาร  เช่น  เมื่อผู้ที่ต้องการส่งอีเมล โปรแกรมที่ผู้ใช้ใช้ส่งอีเมลจะทำการติดต่อกับโปรโตคอลในชั้นประยุกต์เพี่อเริ่มกระบวนการทั้งหมด  ตัวอย่งของโปรโตคอลที่ทำงานในเลเยอร์นี้  

2.ชั้นนำเสนอ (Presentation Layer)โปรโตคอลในชั้นนี้จะรับผิดชอบเรื่องเกี่ยวกับรูปแบบของข้อมูลที่รับส่งผ่านเครือข่าย เนื่องจากคอมพิวเตอร์ที่ต้องการแลกเปลี่ยนข้อมูลกันนั้นอาจมีวิธีการเข้ารหัส (Encoding) ที่ต่างกัน  เช่น  คอมพิวเตอร์บางเครื่องอาจใช้การเข้ารหัสแบบ ASCII (American Code for Information Interchange) หรือบางเครื่องอาจใช้การเข้ารหัสแบบ EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)ดังนั้นก่อนการส่งข้อมูลโปรโตคอลในเลเยอร์นี้ก็จะแปลงข้อมูลให้อยู่ในรูปแบบที่เป็นมาตรฐาน ส่วนทางด้านฝ่ายรับก็จะทำการแปลงเลขทศนิยมที่ต่างกันสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกันได้  

3.ชั้นเซสชั่น (Session Layer) ชั้นเซสชั่น (Session Layer) ทำหน้าที่ควบคุมการสื่อสารผ่านเครือข่ายที่กำลังเกิดขึ้นทั้งสองฝั่ง  การสื่อสารที่กำลังเป็นไปในช่วงขณะใดขณะหนึ่งจะเรียกว่า “เซสชั่น (Session)”  แอพพลิเคชั่นทั้งสองฝั่งสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลและรับส่งแพ็คเก็ตถึงกันและกันได้ในช่วงเวลาที่เซสชั่นยังอยู่โดยเซสชั่นเลเยอร์จะรับผิดชอบเกี่ยวกับการสร้างเซสชั่น ควบคุมการแลกเปลี่ยนข้อมูล  และยกเลิกเซสชั่นเมื่อการสื่อสารสิ้นสุด

4.ชั้นเคลื่อนย้ายข้อมูล (Transport Layer)ชั้นเคลื่อนย้ายข้อมูล หรือทรานสปอร์ตเลเยอร์ (Transport Layer)รับผิดชอบในการเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างโพรเซสส์ของผู้รับและโพรเซสส์ของผู้ส่งโดยโพรเซสส์ในที่นี้จะหมายถึงโปรแกรมที่กำลังรันบนเครื่องคอมพิวเตอร์  ในขณะใดขณะหนึ่งอาจจะมีหลายโพรเซสส์ที่กำลังรันอยู่  ดังนั้นชั้นนี้จะรับผิดชอบในการับส่งข้อมูลให้ถึงโพรเซสส์ที่ต้องการ  หน้าที่อีกอย่างของโปรโตคอลในชั้นนี้คือ  การตรวจเว็คแพ็กเก็ตที่ละทิ้งโดยเราท์เตอร์  และทำการส่งข้อมูลใหม่อีกครั้ง โปรโตคอลในเลเยอร์นี้สามารถให้บริการได้หลายๆ แอพพลิเคชันในเวลาเดียวกัน  เพื่อการกำหนดที่อยู่เพื่อใช้ติดต่อกับแอพพลิเคชันที่อยู่อีกฝั่งหนึ่ง  โดยที่อยู่ในที่นี้ส่วนใหญ่จะเรียกว่า  “พอร์ต (Port)” แต่การเชื่อมต่อเข้ากับพอร์ตเรียกว่า “ช็อกเก็ต (Socket)” 

5.ชั้นเครือข่าย (Network Layer)ชั้นเครือข่าย (Network Layer) จะรับผิดชอบในการจัดเส้นทางให้กับข้อมูลระหว่างสถานีส่งและสถานีรับ  ถ้ามีเส้นทางเดียว  เช่น  ถ้ามีคอมพิวเตอร์แค่สองเครื่องเชื่อมต่อกันโดยตรง  การจัดเส้นทางคงไม่ยากเพราะมีแค่เส้นทางเดียว  แต่ถ้าเป็นเครือข่ายที่ซับซ้อนการจัดเส้นทางก็ไม่ใช่เรื่องง่ายนัก  ในชั้นนี้จะไม่มีกลไกใดๆ ในการตรวจสอบข้อผิดพลาดของข้อมูลดังนั้นฟังก์ชันนี้จึงเป็นหน้าที่ของชั้นเชื่อมโยงข้อมูล ชั้นเครือข่ายจะรับผิดชอบในการกำหนดเส้นทางข้อมูลระหว่างสถานีส่งและสถานีรับคนละ เครือข่าย  การที่จะทำเช่นนี้ได้ต้องมีระบบการจัดการที่อยู่ (Addressing)  ที่ไม่ขึ้นอยู่กับที่อยู่ที่ใช้ในการเชื่อมโยงข้อมูล

6.ชั้นเชื่อมโยงข้อมูล  (Data  Link  Layer)เลเยอร์ที่สองของแบบอ้างอิง OST มีชื่อว่าชั้นเชื่อมโยงข้อมูล  ชั้นนี้ก็มีหน้าที่เหมือนกันชั้นอื่น ๆ  คือรับและส่งข้อมูล  ชั้งชั้นนี้จะรับผิดชอบในการรับส่งข้อมูลและมีการตรวจสอบครามถูกต้องข้อมูลด้วยทางด้านสถานีที่ส่งข้อมูลจะจัดข้อมูลให้เป็นเฟรม (Fram) ซึ่งในเฟรมจะมีข้อมูลที่ทำให้เฟรมสามารถส่งไปยังสถานีรับผ่านเครือข่ายท้องถิ่น (LAN) อย่างถูกต้องและสำเร็จ  การส่งข้อมูลสำเร็จในที่นี้หมายถึงการที่เฟรมข้อมูลส่งถึงปลายทางที่สถานีส่งต้องการโดยที่เฟรมข้อมูลไม่มีข้อผิดพลาด ดังนั้นในเฟรมต้องมีข้อมูลที่ใช้ในการตรวจสอบข้อผิดพลาดของเฟรมข้อมูลนั้นๆ ด้วย การส่งข้อมูลสำเร็จนั้นเหตุการณ์ต่อไปนี้ต้องเกิดขึ้น            

  - สถานีรับ เมื่อได้รับเฟรมแล้วต้องตรวจสอบข้อผิดพลาดของข้อมูลแล้วแจ้งให้สถานีส่งทราบ           

  - สถานีส่ง ต้องได้รับการตอบรับจากสถานีรับว่าได้รับเฟรมข้อมูลถูกต้องแล้ว

7. ชั้นกายภาพ  (Physical  Layer) เลเยอร์ที่อยู่ล่างสุดคือ  ชั้นกายภาพ  (Physical  Layer)  เลเยอร์นี้จะรับผิดชอบเกี่ยวกับการ่งข้อมูลที่เป็นบิต  หรือ 0 กับ 1 ในระบบเลขฐานสอง (Binasy) ชั้นนี้จะรับข้อมูลจากเลเยอร์ที่ 2 หรือชั้นเชื่อมโยงข้อมูล (Data Link Layer)    ซึ่งข้อมูลชุดหนึ่งจะเรียกว่า  “เฟรม  (Fram)”   และทำการส่งเฟรมของข้อมูลนี้ที่ละบิตแบบเรียงตามลำดับ  เหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้นทางฝั่งสถานีที่ส่งข้อมูล  ส่วนทางฝั่งสถานีรับข้อมูล  ชั้นกายภาพก็จะทำการรับข้อมูลที่ส่งมาทีละบิตและจัดส่งผ่านข้อมูลเป็นบิตนี้ต่อไปยังชั้นเชื่อมโยงข้อมูลเพื่อทำการโพรเซสส์ต่อไป


ที่มาhttp://www.kruchanpen.com/network/architecture.htm