สถาปัตยกรรมเครือข่ายเบื้องต้น

สถาปัตยกรรมเครือข่าย

(Network Architecture)

เมื่อมีการสื่อสารข้อมูลกัน นั่นคือย่อมต้องมีอุปกรณ์คอมพิวเตอร์มากกว่า 1 เครื่องเข้ามาเกี่ยวข้อง

ติดต่อกันต้องมีการเพิ่มอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์และซอฟแวร์ เพื่อให้การสื่อสารข้อมูลนั้นสำเร็จไปได้ด้วยดี ใน การ ใช้อุปกรณ์ที่ได้มาตราฐานก็คงดูเหมือนไม่มีปัญหาอะไรในการสื่อสารข้อมูล แต่อย่างไรก็ตามใน การ สื่อสาร ข้อมูลกันระหว่างอุปกรณ์ที่ต่างผู้ผลิต หรือต่างรุ่น ก็อาจจะทำให้เกิดความแตกต่าง ในการกำหนด รูปแบบ ของข้อมูล และรูปแบบการส่งรับข้อมูล ดังนั้นจึงจำเป็นจะต้องคิดหาซอฟต์แวร์ที่มีความสามารถในการ เชื่อมโยง ความแตกต่างกันนั้นให้สามารถเข้าใจกันได้ แล้วลองนึกดูเล่นๆว่าถ้าในเครือข่ายการสื่อสาร ข้อมูลหนึ่งมี อุปกรณคอมพิวเตอร์ที่แตกต่างกัน 50 แบบ เชื่อมต่อกันเข้าเป็นเครือข่ายเดียวกัน จะต้องใช้ ซอฟแวร์ที่พัฒนา มาระดับใดจะทำให้ทำงานได้อย่างราบรื่น

ด้วยปัญหาดังกล่าว ทำให้องค์กรอิสระ หรือกลุ่มผู้ผลิตต่างๆ ได้พยายามพัฒนามาตราฐานการ

สื่อสารข้อมูลแบบต่าง ๆ เพื่อให้ผู้ผลิตอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ต่าง ๆ ยึดเป็นแบบในการผลิตสินค้า และพัฒนาสินค้า ของตนให้เป็นระเบียบและเป็นระบบเดียวกัน หรือสามารถใช้ร่วมกันได้ แต่ก่อนที่จะกำหนดมาตราฐานหนึ่ง ขึ้นมา ก็จำเป็นที่จะต้องมีการกำหนดโครงสร้าง หรือสถาปัตยกรรมของการสื่อสารข้อมูลขึ้นมาก่อน และก่อนที่ เราจะเริ่มทำการศึกษาถึงโครงสร้าง หรือ สถาปัตยกรรมการติดต่อสื่อสารข้อมูล เราจะมาทำการรู้จักคุ้นเคย กับศัพท์เทคนิค หรือนิยามที่สำคัญในการศึกษาเรื่องของสถาปัตยกรรมเครือข่ายกันก่อน

นิยาม

เลเยอร์ (Layer) เพื่อลดปัญหาความยุ่งยาก และสับสนในการจัดการติดต่อสื่อสารข้อมูล โครง

สร้างของการสื่อสารข้อมูลภายในอุปกรร์คอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่จะถูกแบ่งออกเป็นชั้นๆ (level) เรียกว่า เลเยอร์ (Layer) ซึ่งแต่ละเลเยอร์จะมีขบวนการลำดับการทำงานของตนเอง และในแต่ละเลเยอร์จะมีหมายเลขลำดับ (N) ชื่อ รายละเอียด และหน้าที่การทำงานของตนแตกต่างกันออกไป

โปรโตคอล (Protocol) ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์คอมพิวเตอร์เข้าเป็นเครือข่ายมีคำศัพท์ที่มี

ความหมายใกล้เคียงอยู่ 2 คำ คือ เอนทิตี้ (Entity) และระบบ (System) อธิบายอย่างง่าย ๆ เอนทิตี้นั้น ได้แก่ แอปพลิเคชั่นโปรแกรมระบบจัดการฐานข้อมูล ไฟล์ข้อมูล เป็นต้น ส่วนระบบก็ได้แก่ คอมพิวเตอร์ เทอร์มินัล หรือรีโมทเซนเซอร์ เป็นต้น ในการที่เอนทิตี้จาก 2 แหล่งจะสามารถส่อสารกันได้นั้น เอนทิตี้ทั้งสอง ต้อง "พูดจาภาษาเดียวกัน" ซึ่งหมายถึงจะต้องมีการกำหนดลักษณะการสื่อสาร รูปแบบและวิธีการสื่อสาร ดังนั้น คำ จำกัดความของโปรโตคอลก็คือ กลุ่มหรือเซ็ตของขั้นตอน รูปแบบ ลักษณะหรือวิธีการสื่อสารในการทำให้ ้เอนทิตี้สามารถสื่อสารกันได้

ในสถาปัตยกรรมเครือข่าย การสื่อสารกันระหว่างระบบหรือระหว่างคอมพิวเตอร์กับคอมพิวเตอร์

โปรโตคอลแบบหนึ่งจะใช้สำหรับการสื่อสารระหว่างเลเยอร์ชั้นที่ N ของเครื่องหนึ่งกับเลเยอร์ชั้นที่ N เดียวกัน ของเครื่องคอมพิวเตอร์ อีกเครืองหนึ่ง ซึ่งในระหว่างการสื่อสารข้อมูลกันจริง ๆ นั้น เลเยอร์ชั้น N ของอุปกรณ์ ทั้งสองจะทำการสื่อสารผ่านเลเยอร์ชั้นล่าง ซึ่งเป็นการสื่อสารแบบ "กายภาพ" ผ่านสื่อกลางในการสื่อสาร แต่ ด้วยแนวคิดแล้วจะเป็นสื่อสารกันโดยตรง ในแต่ละชั้น จะเรยกการวื่อสารแบบนี้ว่า "การสื่อสารแบบเสมือนจริง" (Virtual Communication)

อินเตอร์เฟซ (Interface) ในการอินเตอร์เฟซหรือการติดต่อสื่อสารระหว่างเลเยอร์ชั้น N และ

ชั้น N+1 หรือชั้นที่ N-1 โดยทั่วไปเลเยอร์ที่อยู่ชั้นล่างจะเป็นผู้ทำงานให้กับเลเยอร์ที่อยู่ชั้นบน ถ้าหากมีการ เปลี่ยนแปลงขึ้นในเลเยอร์ชั้นใด เลเยอร์ในชั้นอื่นๆ จะไม่มีผลกระทบกระเทือนเลยตราบใดที่อินเตอร์เฟซ ระหว่างเลเยอร์นั้นยังคงเหมือนเดิม

เซ็ต หรือกลุ่มของเลเยอร์ และโปรโตคอล และอินเตอร์เฟซรวมกันเรียกว่า

สถาปัตยกรรมเครือข่าย (Network Architecture)ซึ่งมีรูปแบบของสถาปัตยกรรมเป็นดังรูป

ในการสื่อสารข้อมูลระหว่าง Host A ไป Host B โดยผ่านระบบเครือข่าย ดูเสมือนว่า Host A

นั้นส่งข้อมูลไปยัง Host B แบบเลเยอร์ต่อเลเยอร์กันโดยตรง ซึ่งในความเป็นจริงแล้วขั้นตอนการส่งข้อมูลจาก Host A ไปยัง Host B จะทำเป็นลำดับดังรูปต่อไปนี้

M = Message ข่าวสารหรือข้อมูล H = Header ส่วนหัวของเฟรมข้อมูล T = Tailer ส่วนท้ายของเฟรมข้อมูล
รูป การส่งการรับข้อมูลผ่านชั้นเลเยอร์ของสถาปัตยกรรมเครือข่าย

จากภาพแสดงให้เห็นขั้นตอนการทำงานที่แท้จริงของการสื่อสารข้อมูลระหว่าง ผู้ส่ง (Host A)

และผู้รับ (Host B) จะเป็นลำดับขั้นตอนดังนี้

1. ข่าวสาร M ซึ่งอาจจะเป็นไฟล์ข้อมูล จะเริ่มต้นการสื่อสารจากเลเยอรืชั้นบนสุดคือเลเยอร์ 7 โดย

ข่าวสาร M จะถูกส่งจากเลเยอร์ 7 ให้กับเลเยอร์ 6 โดยผ่านทางอินเตอร์เฟซ 6/7

2. เมื่อเลเยอร์ 6 ได้รับข่าวสาร M มาแล้ว จะทำการเปลี่ยนแปลงรหัสของข่าวสาร แล้วส่งต่อไปยัง

เลเยอร์ 5 โดยผ่านอินเตอร์เฟซ 5/6

3. เลเยอร์ 5 จะไม่ทำการเปลี่ยนแปลงอะไรกับข่าวสาร M เพียงแต่จะช่วยควบคุมการสื่อสาร หรือ

การไหลของข้อมูล เช่น ถ้าเลเยอร์ 6ของเครื่องผู้รับยังไม่พร้อมที่จะรับข่าวสารจากผู้ส่งก็จะบกให้เลเยอร์ 5 ของเครื่องผู้ส่งให้หยุดรอ หรือ อาจจะให้ยกเลิกการส่งข่าวสารนั้น

4. เมื่อข่าวสารผ่านอินเตอร์เฟซ 4/5 จากเลเยอร์ 5 มายังเลเยอร์ 4 ก็จะแบ่งข่าวสาร M ออกเป็น

แพ็กเกจ M1 และ M2 เพื่อเตรียมส่งต่อให้กับเลเยอร์ 3 เพราะเลเยอร์ 3 ต้องการข้อมูลที่มีขนาดจำกัด นอก จากนั้นในเลเยอร 4 ยังมีการเพิ่มส่วนหัวของแพ็กเกจ(H) เพื่อกำหนดลำดับที่มาของแพ็กเกจเพื่ออำนวย ความสะดวกให้แก่ เลเยอร์ 4 ของเครื่องผู้รับในการจำแนกว่าแพ็กเกจใดมาก่อนมาหลัง เพื่อป้องกัน ความ ผิดพลาดในการรวมแพ็กเกจต่างๆ นั้นกลับมาเป็นข่าวสาร M ได้อย่างถูกต้อง

5. สำหรับเลเยอร์ 3 เมื่อรับแพ็กเกจข้อมูลมาจากเลเยอร์ 4 แล้วจะทำหน้าที่ตัดสินใจว่าแพ็กเกจ

ใดควรจะออกไปทางช่องทางสื่อสารไหน หรือเส้นทางใด และจะใส่บิตส่วนหัว H ของเลเยอร์ 3 เข้าไปกับ แพ็กเกจข้อมูลด้วย

6. เลเยอร์ 2 เมื่อรับแพ็กเกจข้อมูลจากเลเยอร์ 3 แล้วก็มีหน้าที่ในการควบคุมการส่งข้อมูลจาก

ต้นทางไปยังปลายทางให้ถูกต้องแน่นอน โดยเลเยอร์ 2 จะเพิ่มบิตส่วนหัว H และบิตปิดท้าย T ของตนเข้าไปกับ ข่าวสารเพื่อในการทำการตรวจสอบความผิดพลาดที่อาจจะเกิดขึ้นในระหว่างการส่งข้อมูล โดยเลเยอร์ 2 ของ เครื่องผู้รับจะเป็นผู้ตรวจสอบ

7. เลเยอร์ 1 คือ เลเยอร์ที่ผู้ส่งจะทำการส่งข้อมูลออกจากเครื่องส่งไปจริงๆ จากต้นทางไปยังอีก

ปลายทางโดยผ่านทางสื่อกลางสื่อสาร

8. เมื่อข้อมูลต่าง ๆ ได้ส่งไปเครื่องผู้รับแล้ว ขั้นตอนการทำงานในแต่ละเลเยอร์ของเครื่องผู้รับก็จะ

ทำงานย้อนกลับกันกับการทำงานในเลเยอร์ชั้นเดียวกันของเครื่องผู้ส่งจากชั้นล่างสุดขึ้นไปชั้นบนสุด

แม้ว่าโครงสร้างของเครือข่ายจะแบ่งออกเป็นหลายเลเยอร์ แต่ในแต่ละเลเยอร์ก็จะมีปัญหาเกิดขึ้น

ในลักษณะคล้ายคลึงกันคือ

- ปัญหาการเชื่อมโยงการสื่อสาร และการเชื่อมโยงเทอร์มินัล

- ปัญหาการส่ง - รับข้อมูลไม่ว่าจะเป้นในการเชื่อมโยงแบบ simplex, half-duplex,full-duplex

ซึ่งจะต้องกำหนดว่าจะใช้กี่ช่องทางการสื่อสารสำหรับ 1 เส้นทางการเชื่อมโยง

- ปัญหาการควบคุมการเกิดความผิดพลาด

- ปัญหาอัตราเร็วของการส่ง และรับข้อมูลไม่เท่ากัน

- ปัญหาการมัลติเพล็กซ์หลายช่องทางเข้าสู่ทางสื่อสารเดียว

ในการแบ่งโครงสร้างเครือข่ายออกเป็นเลเยอร์ และกำหนดหน้าที่การทำงานให้ ในแต่ละเลเยอร์

นั้นมีหลายองค์กรอิสระ และหลายบริษัทผู้ผลิตได้พยายามกำหนดรูปแบบมาตราฐานขึ้นใช้กัน และรูปแบบของ สถาปัตยกรรมเครือข่ายที่ถือว่าเป็นมาตราฐานสำหรับระบบเปิดมากที่สุดก็เห็นจะได้แก่ สถาปัตยกรรมเครือข่าย รูปแบบ OSI ซึ่งกำหนดขึ้นโดยองค์กร ISO

สถาปัตยกรรมเครือข่าย OSI