LAN โปรโตคอล

                  จากเรื่องสถาปัตยกรรมเครือข่าย ซึ่งได้กล่าวถึงชั้นหรือเลเยอร์ในระดับต่าง ๆ กัน 7 เลเยอร์ตาม มาตราฐาน ISO รูปแบบ OSI มาแล้ว และยังได้กล่าวถึงหน้าที่การทำงานของโปรโตคอลของแต่ละเลเยอร์ว่า มีหน้าที่การทำงานกันอย่างไร ซึ่งสำหรับโปรโตคอลที่ใช้ในการสื่อสารข้อมูลในเครือข่ายท้องถิ่นจะเป็น โปรโตคอลที่ทำงานอยู่ในเลเยอร์ตั้งแต่ชั้นที่ 5 ลงมาจนถึงเลเยอร์ชั้นล่างสุด ในรูปด้านล่างเป็นการแสดงส่วน การทำงานของโปรโตคอลในเครือข่ายท้องถิ่นเมื่อเทียบกับรูปแบบ OSI

7. Application   ไฟล์เซิร์ฟเวอร์ โปรแกรมเซิร์ฟเวอร์
  Windows NT , Windows 98 , Shell
6. Presentation
5. Session   NETBIOS (NETwork Basic Input/Output System)
4. Transport
3. Network
2. Data Link   Medium Access Control (MAC)
  Logical Link Control (LLC)
1. Physical   ฮาร์ดแวร์ , สายสื่อสาร
                  
รูปเปรียบเทียบการใช้โปรโตคอลในเครือข่ายท้องถิ่นกับรูปแบบ OSI
                   ในรูปด้านบนจะเห็นว่าโปรโตคอลสำหรับเครือข่าย LAN จะทำงานอยู่ในเลเยอร์ชั้น Data Link และชั้น Physical โดยในเลเยอร์ชั้น Data Link ยังแบ่งชั้นการทำงานออกเป็นเลเยอร์ย่อยได้อีก 2 เลเยอร์คือ เลเยอร์ LLC (Logical Link Control) และเลเยอร์ MAC (Medium Access Control)
                   หน้าที่ของ LAN โปรโตคอล
                   - โปรโตคอลในเลเยอร์ชั้น Physical จะทำหน้าที่เข้ารหัส หรือถอดรหัส (Encode หรือ Decode) ของสัญญาณข้อมูล หรืออีกนัยหนึ่งก็คือมีหน้าที่มอดูเลตและดีมอดูเลตสัญญาณข้อมูลนั่นเองนอก จากนี้ยังทำหน้าที่ซิงโครนัสสัญญาณ และเป็นจุดรับ-ส่งสัญญาณข้อมูลเข้า หรือออกจากสเตชั่น อุปกรณ์สำคัญที่ ใช้ในเลเยอร์ชั้น Physical ได้แก่ โมเด็มและคอนเวอร์เตอร์
                   - โปรโตคอลในเลเยอร์ชั้น LLC มีหน้าที่จัดหาเส้นทาง หรือเป็นจุดติดต่อการบริการ (Service Access Point,SAP) 1 จุด หรือ มากกว่าสำหรับการสื่อสารในเครือข่าย รวมทั้งทำหน้าที่รวม หรือกระจาย เส้นทางการติดต่อ (มัลติเพล็กซ์และดีมัลติเพล็กซ์) ตรวจสอบความผิดพลาดของข้อมูล อุปกรณ์สำคัญที่ใช้ใน เลเยอร์นี้ ได้แก่ มัลติเพล็กซ์เซอร์ หรือ คอนเซนเตรเตอร์
                   - โปรโตคอลในเลเยอร์ชั้น MAC มีหน้าที่จัดระบบการติดต่อสื่อสารกับเลเยอร์ชั้น Network รวมทั้งจัดการการเข้าถึงต้นทางและปลายทางต่าง ๆ (Multiple Source/Destination Access) ซึ่ง โปรโตคอลในเลเยอร์ชั้นที่ 2 ของรูปแบบ OSI จะไม่มีหน้าที่นี้
                   สำหรับโปรโตคอลในเครือข่าย LAN แล้วเราให้ความสำคัญกับโปรโตคอลในเลเยอร์ชั้น MAC มากที่สุด ดังนั้นเนื้อหาในส่วนนี้จะเน้นที่โปรโตคอลในเลเยอร์ชั้น MAC เป็นสำคัญ
                   ชนิดของ LAN โปรโตคอล
                   โปรโตคอลสำหรับ LAN คือวิธีการในการควบคุมกำหนดการส่ง-รับ หรือแลกเปลี่ยนข่าวสาร ระหว่างผู้ส่งและผู้รับในเครือข่าย บางครั้งเราเรียกว่า "แอสเซสโปรโตคอล" (Access Protocol) แอสเซส โปรโตคอลที่นิยมใช้ในเครือข่าย LAN ได้แก่
                   โปรโตคอลแบบแบ่งช่องตามเวลา (Time-Division Slot)
รูป
                 รูปแสดง โปรโตคอลแบบแบ่งช่องตามเวลา
                  สำหรับโปรโตคอลแบบนี้จะใช้วิธีแบ่งวงแหวนของการสื่อสารออกเป็นช่อง หรือ Slot ขนาดคงที่ ในแต่ละสล็อตจะมีส่วนหัวของข่าวสาร ซึ่งจะบ่วบอกว่าสล็อตนั้นมีข้อมูลเต็ม(Full , F) หรือว่าไม่มีข้อมูล (Empty,E) เมื่อวงแหวนหรือสล็อตหมุนผ่านไปยังโหนดที่ต้องการส่งข้อมูลเข้าสู่ในเครือข่าย ถ้าสล็อตนั้นว่าง (E) โหนดก็จะส่งข้อมูลเข้าไปเก็บในสล็อตนั้น สล็อตนั้นก็จะแสดงตัวเองว่าไม่ว่าง (F) และเมื่อสล็อตที่บรรจุข้อ มูลนั้นหมุนวนต่อไปจนถึงโหนดปลายทางตามที่กำหนดตำแหน่งมาในสล็อต โหนดปลายทางก็จะคัดลอกข้อมูล นั้นเข้ามาเก็บ สล็อตนั้นก็จะกลับไปมีสถานะว่างอีกครั้งด้เวยวิธีการเช่นนี้จะทำให้โหนดต่าง ๆ ในเครือข่าย สามารถส่งข้อมูลได้พร้อมกันมากกว่า 1 โหนดโดยไม่มีการชนกันของสัญญาณข้อมูล
                   โปรโตคอลแบบแบ่งช่องตามเวลาที่นิยมใช้กันในปัจจุบันมีชื่อเรียกว่า Slotted ALOHA
                  
                   โปรโตคอลแบบหยั่งเลือกผู้ส่ง (Polling Access Protocol)
                   โปรโตคอลแบบนี้มักจะใช้กับเครือข่าย LAN แบบ STAR ซึ่งมีศูนย์กลางควบคุมการสื่อสารข้อมูล ภายในเครือข่าย ศูนย์กลางจะทำการหยั่งเสียง (Polling) ถามไปยังโหนดต่าง ๆ ของเครือข่ายตามลำดับ ถ้า โหนดใดตอบรับว่าต้องการจะส่งข้อมูลเข้าสู่เครือข่าย ศูนย์กลางก็จะทำการเลือก (Select) ให้โหนดนั้นมีสิทธิ ในการส่งข้อมูลเข้าสู่เครือข่าย ทำให้โหนดอื่น ๆ ไม่สามารถส่งข้อมูลเข้าสู่เครือข่ายเพื่อเป็นการป้องกันการชน กันของขอ้มูล โปรโตคอลแบบหยั่งเลือกผู้ส่งนี้สิ้นเปลืองเวลามาก เพราะต้องเสียเวลาไปกับการหยั่งเสียงถาม โหนดที่ไม่ต้องการจะส่งข้อมูลด้วย

                   โปรโตคอลแบบสลับวงจร (Circuit-Switching Protocol)
                   โปรโตคอลแบบนี้ต้องการศูนย์กลางควบคุมการสื่อสารเช่นเดียวกับโปรโตคอลแบบหยั่งเลือกผู้ส่ง สิ่งที่ต่างกันก็คือแต่ละโหนดสามารถส่งข้อมูลเข้าสู่เครือข่ายได้ตามใจชอบ โดยศูนย์กลางจะทำหน้าที่จัดเส้นทาง ข้อมูลของโหนดผู้ส่งไปยังโหนดผู้รับให้ โดยอาศัยหลักการเดียวกับการสลับสายโทรศัพท์ในเครือข่ายโทรศัพท์ ซึ่งถ้าโหนดผู้รับกำลังติดต่อข้อมูลอยู่กับโหนดอื่น หรือไม่พร้อมจะรับข้อมูล ศูนย์กลางก็จะส่งสัญญาณแจ้งกลับ ไปยังโหนดที่ต้องการจะส่งข้อมูลว่าโหนดผู้รับ "ไม่ว่าง" จะรับข้อมูลและระงับการส่งข้อมูลของโหนดผู้ส่ง แต่ ถ้าโหนดผู้รับพร้อมจะรับข้อมูล ศูนย์กลางก็จะทำการเชื่อมโยงเส้นทางการสื่อสารให้แก่ผู้ส่งและผู้รับ
รูป
                   รูปแสดง การทำงานของโปรโตคอลแบบสลับวงจร

                   โปรโตคอลแบบใช้โทเคน (Token Passing Protocol)
รูป
                   รูปแสดง ขั้นตอนการทำงานของโปรโตคอลแบบใช้โทเคน

                   โทเคนหรือเฟรมควบคุมเป็นกลุ่มของบิตที่วิ่งวนไปตามโหนด หรือ สเตชั่นต่าง ๆ รอบเครือข่าย แต่ละโหนดจะคอยตรวจสอบดูสถานะของโทเคนเองว่าโทเคนที่ผ่านมาถึงโหนดของตนนั้นมีข่าวสารมาถึงตน บ้างหรือไม่ หรือตรวจสอบดูว่าโทเคนนั้นว่างให้ตนสามารถส่งข้อมูลฝากไปกับโทเคนไปยังโหนดอื่นในเครือข่าย ได้หรือไม่
                   ตัวอย่างการทำงานของโปรโตคอลแบบใช้โทเคน เช่น ถ้าโหนด A (ดูรูปที่ ) ต้องการจะส่งข้อมูลไป ให้กับโหนด C โหนด A ก็จะรอจับโทเคนว่างที่วิ่งผ่านโหนดตน จากนั้นจะเติมข้อมูลลงไปในโทเคน โดยกำหนด ตำแหน่งปลายทางว่าอยู่ที่โหนด C จากนั้นก็จะปล่อยโทเคนให้วิ่งวนต่อไปโหนด B (ดูรูป 2) เมื่อโหนด B จับ โทเคนนั้นไว้ก็จะตรวจสอบพบว่าโทเคนต่อไปให้กับโหนด C เมื่อโหนด C จับโทเคนไว้ตรวจพบว่ามีข้อมูลมาหา ตน โหนด C ก็จะคัดลอกข้อมูลไว้ จากนั้นก็จะกำหนดโทเคนให้เป็นโทเคนว่างแล้วปล่อยให้วิ่งวนต่อไปในเครือ ข่าย
                  เนื่องจากมีโทเคนเพียงโทเคนเดียวที่วิ่งวนอยู่ในเครือข่ายถ้ามีโหนดใดโหนดหนึ่งจับโทเคนไว้โหนด อื่น ๆ ที่ต้องการใช้โทเคนบ้างก็จะต้องรอจนกว่าโทเคนนั้นจะว่าง และวิ่งผ่านโหนดตน
                   โปรโตคอลแบบใช้โทเคนส่วนใหญ่ที่นิยมใช้กันในเครือข่าย LAN ได้แก่ โปรโตคอลแบบ Token Bus และ โปรโตคอลแบบ Token Ring ซึ่งจะกล่าวในรายละเอียดต่อไป

                   โปรโตคอลแบบช่วงชิงกันส่งข้อมูล (Contention)
                   ในกรณีของโปรโตคอลแบบช่วงชิงกันส่งข้อมูล ทุก ๆ โหนดในเครือข่ายที่ต้องการจะส่งข้อมูลจะต้อง คอย "ฟัง" (ตรวจสอบ) สายสื่อสารโดยการส่งสัญญาณสุ่มเข้าไปในสายสื่อสารดูก่อนว่าสายสื่อสารของเครือข่ายนั้น ว่าง หรือมีการส่ง-รับข้อมูลกันอยู่หรือไม่ ถ้าสายไม่ว่างโหนดก็จะต้องรอและคอยส่งสัญญาณสุ่มเข้าไปตรวจสอบ อยู่เรื่อย ๆ เมื่อมีสัญญาณตอบกลับมาว่าสายสื่อสารว่างแล้ว โหนดก็จะสามารถเริ่มส่งข้อมูลเข้าสู่เครือข่ายได้ ปัญหาที่สามารถเกิดขึ้นได้ก็คือถ้ามีโหนดมากกว่า 1 โหนดต้องการจะส่งข้อมูลในเวลาเดียวกัน และเมื่อได้รับ สัญญาณตอบกลับมาว่าสายสื่อสารนั้นว่างพร้อมที่จะส่งข้อมูลได้ แต่ละโหนดก็จะต้องช่วงชิงกันเป็นผู้ที่ได้ส่งโหนด แรก ซึ่งในกรณีนี้เองอาจจะมีโหนดมากกว่า 1 โหนดที่ส่งข้อมูลเข้าสายสื่อสารพร้อม ๆ กัน ซึ่งจะทำให้เกิดข้อมูล ชนกัน เมื่อข้อมูลเกิดชนกันโหนดที่ส่งข้อมูลนั้น ๆ จะหยุดส่งข้อมูลและรอเวลาที่จะถูกสุ่มขึ้นโดยแต่ละโหนดจะมี การสุ่มเวลาต่างกัน ซึ่งทำให้แต่ละโหนดมีความพร้อมที่จะส่งข้อมูลใหม่ต่างกัน โหนดใดที่สุ่มเวลาได้เร็วที่สุดก็จะ มีสิทธิแต่ผู้เดียวที่จะส่งข้อมุลเข้าสู่สายสื่อสารได้ วิธีการดังกล่าวนี้เรียกว่า "CSMA/CD"(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)
                   Carrier Sense หมายถึงว่าโหนดสามารถฟัง หรือรับรู้ถึงสัญญาณคลื่นพาห์ที่วิ่งวนอยู่ในเครือข่าย เพื่อบอกสถานะของสายสื่อสาร Multiple Access หมายถึงว่า โหนดต่าง ๆ สามารถติดต่อสื่อสาร หรือเข้าสู่ เครือข่ายได้ในเวลาเดียวกัน ส่วน Collision Detection ก็คือการป้องกันการชนกันของสัญญาณภายในเครือข่าย เรื่องของโปรโตคอล CSMA/CD จะนำมาเสนอรายละเอียดในส่วนถัดไป