รูป แบบ การเชื่อม ต่อ เครือ ข่าย แบบ ใด ที่มี Concentrator

บทที่ 2
รูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่ายและส่วนประกอบของเครือข่ายท้องถิ่น
(Topologies and LAN Components)

วัตถุประสงค์

1. สามารถเปรียบเทียบและอธิบายโทโพโลยีแต่ละรูปแบบได้อย่างถูกต้อง
2. สามารถบอกข้อดีและข้อเสียของโทโพโลยีแต่ละรูปแบบได้
3. สามารถอธิบายรายละเอียดในส่วนประกอบของเครือข่ายท้องถิ่นได้
4. บอกหน้าที่การทำงานของอุปกรณ์ที่นำมาใช้เชื่อมต่อเครือข่ายได้อย่างถูกต้อง
5. อธิบายความแตกต่างระหว่างเทคโนโลยีเครือข่าย LAN, MAN และ WAN ได้อย่างถูกต้อง

รูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่ายหรือที่มักเรียกกันว่า โทโพโลยี เป็นลักษณะทั่วไปที่กล่าวถึงการเชื่อมต่อเครือข่ายเชิงกายภาพ (Physical Topology) ว่าเครือข่ายมีรูปร่างลักษณะอย่างไร
โทโพโลยี คือ ลักษณะการเชื่อมต่อเครือข่ายในเชิงกายภาพ

รูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่าย (Topologies)
โทโพโลยีเป็นการเชื่อมต่อเครือข่ายระหว่างโหนดในลักษณะเชิงกายภาพ โดยโทโพโลยียังสามารถแบ่งออกเป็น 4 รูปแบบด้วยกันคือ

1. โทโพโลยีแบบบัส (Bus Topology)
2. โทโพโลยีแบบดาว (Star Topology)
3. โทโพโลยีแบบวงแหวน (Ring Topology)
4. โทโพโลยีแบบเมช (Mesh Topology)

1.      โทโพโลยีแบบบัส (Bus Topology)
ลักษณะทางกายภาพของโทโพโลยีแบบบัสนั้น จัดเป็นรูปแบบที่ง่าย ซึ่งประกอบด้วยสายเคเบิลเส้นหนึ่งทีนำมาใช้เป็นสายแกนหลักที่เปรียบเสมือนเป็นกระดูกสันหลัง (Backbone) โดยทุก ๆ โหนดบนเครือข่ายจะต้องเชื่อมต่อเข้ากับสายเส้นนี้ จึงแลดูเหมือนกับราวที่มีไว้แขวนเสื้อผ้า
ข้อดี

• มีรูปแบบที่ไม่ซับซ้อน ติดตั้งง่าย
• เพิ่มจำนวนโหนดได้ง่าย โดยสามารถเชื่อมต่อเข้ากับสายแกนหลักได้ทันที
• ประหยัดสายสื่อสาร เนื่องจากใช้สายแกนหลักเพียงเส้นเดียว

ข้อเสีย

• หากสายเคเบิลที่เป็นสายแกนหลักเกิดชำรุดหรือขาด เครือข่ายจะหยุดชะงักในทันที
• กรณีเกิดข้อผิดพลาดบนเครือข่าย จะค้นหาจุดผิดพลาดยาก เนื่องจากทุกอุปกรณ์ต่างก็เชื่อมต่อเข้ากับสายแกนหลักทั้งหมด
• ระหว่างโหนดแต่ละโหนดจะต้องมีระยะห่างตามข้อกำหนด

2.      โทโพโลยีแบบดาว (Star Topology)
ในความเป็นจริงโทโพโลยีแบบดาวนั้น มีจุดเริ่มต้นจากการเชื่อมต่อเทอร์มินัลกับเมนเฟรมคอมพิวเตอร์ โดยเมนเฟรมคอมพิวเตอร์ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลาง และเทอร์มินัลทุกเครื่องจะเชื่อมต่อเข้ากับเมนเฟรมคอมพิวเตอร์
แต่ในยุคปัจจุบัน อุปกรณ์ที่นิยมนำมาใช้เป็นศูนย์กลางควบคุมของสายสื่อสารทั้งหมดก็คือ ฮับ (Hub) โดยทุก ๆ โหนดบนเครือข่ายจะต้องเชื่อมโยงสายสื่อสารผ่านฮับทั้งสิ้น ซึ่งฮับจะทำหน้าที่รับข้อมูลจากผู้ส่ง เพื่อส่งไปยังโหนดปลายทางที่ต้องการ
ข้อดี

• มีความคงทนสูง กล่าวคือหากสายเคเบิลบางโหนดเกิดชำรุดหรือขาด จะส่งผลต่อโหนดนั้นเท่านั้น ไม่ส่งผลกระทบต่อระบบโดยรวม โหนดอื่น ๆ ยังคงใช้งานได้ตามปกติ
• เนื่องจากมีจุดศูนย์กลางควบคุมอยู่ที่ฮับ ทำให้การจัดการดูแลง่ายและสะดวก

ข้อเสีย

• สิ้นเปลืองสายเคเบิล ซึ่งต้องใช้จำนวนสายเท่ากับจำนวนเครื่องที่เชื่อมต่อ
• กรณีต้องการเพิ่มโหนด อุปกรณ์ฮับจะต้องมีพอร์ตว่างให้เชื่อมต่อ และจะต้องลากสายเชื่อมต่อระหว่างฮับไปยังโหนดปลายทาง
• เนื่องจากมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ฮับ หากฮับเกิดชำรุดใช้งานไม่ได้ คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับฮับดังกล่าวก็จะใช้งานไม่ได้ทั้งหมด

3.      โทโพโลยีแบบวงแหวน (Ring Topology)
การเชื่อมต่อแบบวงแหวนนั้น โหนดต่าง ๆ จะมีการเชื่อมต่อกันด้วยสายสัญญาณจากฆนดหนึ่งไปยังโหนดหนึ่งต่อกันไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งโหนดแรกและโหนดสุดท้ายได้เชื่อมโยงถึงกัน จึงเกิดเป็นลูปวงกลมหรือวงแหวนขึ้นมา
ข้อดี

• แต่ละโหนดในวงแหวนมีโอกาสส่งข้อมูลได้เท่าเทียมกัน
• ประหยัดสายสัญญาณ โดยจะใช้สายสัญญาณเท่ากับจำนวนโหนดที่เชื่อมต่อ
• ง่ายต่อการติดตั้งและการเพิ่ม/ลบจำนวนโหนด

ข้อเสีย

• หากวงแหวนชำรุดหรือขาด จะส่งผลกระทบต่อระบบทั้งหมด
• ตรวจสอบได้ยาก ในกรณีที่มีโหนดใดโหนดหนึ่งเกิดข้อขัดข้อง เนื่องจากต้องตรวสอบทีละจุดว่าเกิดข้อขัดข้องอย่างไร

4.      โทโพโลยีแบบเมช (Mesh Topology)
การเชื่อมต่อเครือข่ายด้วยโทโพโลยีแบบเมช จัดเป็นการเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุดอย่างแท้จริง ที่แต่ละโหนดจะมีลิงก์สื่อสารระหว่างกันเป็นของตนเอง
ข้อดี

• เนื่องจากเป็นการเชื่อมต่อกันโดยตรงระหว่างโหนด ดังนั้นแบนด์วิดธ์บนสายสื่อสารสามารถนำมาใช้ได้อย่างเต็มที่ ไม่มีโหนดใดมาแชร์ใช้งาน
• มีความปลอดภัย และความเป็นส่วนตัวในข้อมูลที่สื่อสารกันระหว่างโหนด
• ระบบมีความทนทานต่อความผิดพลาด (Fault-Tolerant) เนื่องจากหากมีลิงก์ใดชำรุดเสียหาย ก็สามารถเลี่ยงไปใช้งานลิงก์อื่นทดแทนได้

ข้อเสีย

• เป็นรูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่ายที่สิ้นเปลืองสายสื่อสารมากที่สุด

ส่วนประกอบของเครือข่ายท้องถิ่น (LAN Components)
การสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์ขึ้นมาใช้งาน จำเป็นต้องมีส่วนประกอบหลายส่วนด้วยกันเพื่อให้คอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เชื่อมต่อกันสามารถสื่อสารแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกันได้ โดยส่วนประกอบของเครือข่ายท้องถิ่นประกอบด้วย

1. เครื่องศูนย์บริการ (Servers)
2. เครื่องลูกข่าย (Clients/Workstation)
3. การ์ดเครือข่าย (Network Interface Cards)
4. สายเคเบิล (Network Cables)
5. อุปกรณ์ฮับ (Network Hubs)
6. ระบบปฏิบัติการเครือข่าย (Network Operating System)

1.      เครื่องศูนย์บริการข้อมูล (Servers)
เครื่องศูนย์บริการข้อมูล มักเรียกว่าเครื่อง เซิร์ฟเวอร์ เป็นคอมพิวเตอร์ที่ทำหน้าที่บริการทรัพยากรให้กับเครื่องลูกข่ายบนเครือข่าย เช่น บริการไฟล์ (File Server) บริการงานพิมพ์ (Print Server) เป็นต้น เครื่องเซิร์ฟเวอร์อาจเป็นคอมพิวเตอร์ระดับเมนเฟรม มินิคอมพิวเตอร์ หรือไมโครคอมพิวเตอร์ก็ได้ โดยคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานเป็นเซิร์ฟเวอร์นี้มักมีสมรรถนะสูง เนื่องจากถูกออกแบบมาเพื่อทนทานต่อความผิดพลาด  (Fault Tolerance) และทำงานหนักด้วยการรองรับงานตลอด 24 ชั่วโมง ดังนั้นเครื่องเซิร์ฟเวอร์จึงมีราคาที่สูงมากเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานทั่วไป อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อเครือข่ายยังสามารถพิจารณาจากขนาดของเครือข่ายที่ใช้งาน ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับงบประมาณการติดตั้งด้วย
2.      เครื่องลูกข่าย (Clients/Workstation)
เครื่องลูกข่ายเป็นคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับระบบเครือข่าย สำหรับเครือข่ายแบบไคลเอนต์เซิร์ฟเวอร์ เครื่องลูกข่ายจะต้องล็อกออนเข้าระบบเพื่อติดต่อกับเครื่องเซิร์ฟเวอร์ให้ได้ก่อน จึงสามารถขอใช้บริการทรัพยากรจากเซิร์ฟเวอร์ได้ อย่างไรก็ตาม เครื่องลูกข่ายอาจเป็นคอมพิวเตอร์ที่ไม่จำเป็นต้องมีสมรรถนะสูง ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นพีซีคอมพิวเตอร์ทั่วไป แต่ในกรณีที่เป็นการเชื่อมต่อเครือข่ายแบบเพียร์ทูเพียร์ คอมพิวเตอร์บนเครือข่ายสามารถเป็นได้ทั้งเซิร์ฟเวอร์ และไคลเอนต์ในขณะเดียวกัน
3.      การ์ดเครือข่าย (Network Interface Card: NIC)
การ์ดเครือข่ายเป็นแผงวงจรที่ติดตั้งอยู่ภายในคอมพิวเตอร์ทั้งเครื่องเซิร์ฟเวอร์และเครื่องลูกข่าย หน้าที่สำคัญของการ์ดเครือข่ายก็คือ จะใช้เชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เข้ากับสายเคเบิลเครือข่าย และถือเป็นส่วนหนึ่งของการเชื่อมต่อทางกายภาพบนชั้นสื่อสารฟิสิคัล ที่ใช้เชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์เข้ากับเครือข่าย คอมพิวเตอร์ในยุคปัจจุบันส่วนใหญ่ได้บรรจุพอร์ตเครือข่ายชนิด RJ-45 ลงบนบอร์ดมาให้เบ็ดเสร็จ แต่สำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ไม่มีการ์ดเครือข่าย ก็สามารถใช้แผงวงจรเครือข่ายติดตั้งลงในเครื่องเพิ่มเติมได้
4.      สายเคเบิล (Network Cables)
คอมพิวเตอร์บนเครือข่ายจะสามารถเชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายได้ จำเป็นต้องมีสายเคเบิลที่ใช้ลำเลียงสัญญาณไฟฟ้าจากต้นทางไปยังปลายทาง เครือข่ายส่วนใหญ่ในปัจจุบันมักใช้สาย UTP เนื่องจากมีราคาถูก แต่หากต้องการเชื่อมโยงระยะไกลโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ทวนสัญญาณ ก็จะต้องใช้สายไฟเบอร์ออปติกเนื่องจากสามารถเชื่อมโยงได้ไกลเป็นกิโลเมตร ในขณะที่สาย UTP เชื่อมโยงได้ไกลสุดเพียง 100 เมตรเท่านั้น นอกจากสายเคเบิลแล้ว ก็ยังสามารถใช้คลื่นวิทยุในการสื่อสารได้ ซึ่งถือเป็นทางเลือกหนึ่งที่สร้างความสะดวกในการเชื่อมต่อเครือข่ายแลนแบบไร้สาย
5.      อุปกรณ์ฮับ (Network Hubs)
ฮับที่นำมาใช้งานบนเครือข่ายมีจุดประสงค์อยู่ 2 ประการด้วยกันคือ ประการแรกเป็นศูนย์รวมของสายเคเบิลทั้งหมดที่จะต้องนำมาเสียบเข้ากับพอร์ดบนฮับ ซึ่งปกติฮับจะมีจำนวนพอร์ตให้เลือกใช้งานั้งแต่ 4, 8, 16 และ 24 พอร์ต โดยปกติจะเป็นพอร์ตชนิด RJ-45 ที่ใช้งานกับสาย UTP แต่ก็มีฮับบางรุ่นที่มีพอร์ตชนิดอื่นเตรียมไว้เพื่อการเชื่อมต่อสายเคเบิลประเภทอื่น ๆ ที่นอกจากสาย UTP เช่น สายโคแอกเชียบหรือสายไฟเบอร์ออปติก เป็นต้น ส่วนจุดประสงค์ประการที่สองก็คือ ฮับจะนำมาใช้เป็นอุปกรณืทวนสัญญาณ (Repeater) ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วสัญญาณไฟฟ้าทีส่งผ่านสื่อกลาง จะถูกลดทอนลงเมื่อมีการส่งไปในระยะไกล ๆ ดังนั้นฮับจึงนำมาใช้เพื่อเป็นอุปกรณ์ทวนสัญญาณ เพื่อให้สัญญาณสามารถส่งทอดออกไปไกลได้อีก แต่ทั้งนี้การส่งสัญญาณฮับจะส่งกระจายไปยังพอร์ตทุกพอร์ตที่เชื่อมต่อ
6.      ระบบปฏิบัติการเครือข่าย (Network Operating System: NOS)ระบบปฏิบัติการเครือข่ายคือซอฟต์แวร์ที่นำมาใช้สำหรับควบคุมเครือข่าย ปกติแล้วชุดระบบปฏิบัติการเครือข่ายจะมีอยู่ 2 ชุดด้วยกัน โดยชุดแรกคือกลุ่มซอฟต์แวร์ที่นำมาใช้บนเครื่องเซิร์ฟเวอร์ และชุดที่สองคือกลุ่มของซอฟต์แวร์ที่นำมาใช้บนเครื่องไคลเอนต์ ที่นำมาใช้เพื่อให้เครื่องลูกข่ายสามารถเข้าถึงเซิร์ฟเวอร์ได้ ตัวอย่างระบบปฏิบัติการเครือข่ย เช่น Novell NetWare, Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Unix, Linix

อุปกรณ์สำหรับเชื่อมต่อเครือข่าย (Connecting Devices)
เครือข่ายท้องถิ่นอาจจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อในระยะทางที่ไกลขึ้น เช่น การเชื่อมต่อระหว่างชั้น ระหว่างตึกหรืออาคาร และรวมถึงการเพิ่มจำนวนสถานีเพื่อใช้งานบนเครือข่าย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพึ่งพออุปกรณ์เครือข่ายที่นำมาใช้เพื่อการเชื่อมต่อเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม เครือข่ายท้องถิ่นจะมีข้อจำกัดด้านระยะทางเป็นสำคัญ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพึ่งพาอุปกรณ์เชื่อมต่อเครือข่ายเพิ่มเติม ซึ่งในที่นี้ได้มีการแบ่งอุปกรณ์เครือข่ายที่ประกอบด้วยรีพีตเตอร์ และบริดจ์ที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างเครือข่าย ในขณะที่เร้าเตอร์และเกตเวย์จะเป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อเครือข่ายระดับสากล

รีพีตเตอร์/ฮับ (Repeaters/Hub)
อุปกรณ์ฮับหรือรีพีตเตอร์จะทำงานอยู่บนชั้นสื่อสารฟิสิคัลบนแบบจำลอง OSI โดยที่รีพีตเตอร์มักจะบรรจุพอร์ตมาให้เพียง 2 พอร์ตด้วยกัน เพื่อนำมาใช้เชื่อมต่อระหว่างเครือข่าย ซึ่งการเชื่อมต่อระหว่างเครือข่ายด้วยรีพีตเตอร์ อาจเชื่อมต่อด้วยสายสัญญาณชนิดเดียวกัน หรือคนละชนิดก็ได้ ในขณะที่ฮับก็เหมือนกับรีพีตเตอร์ กล่าวคือฮับก็คือรีพีตเตอร์ที่มีหลาย ๆ พอร์ตนั่นเอง โดยฮับนอกจากสามารถนำมาใช้เป็นศูนย์กลางการรับส่งข้อมูลแล้วยังเป็นอุปกรณ์ทวนสัญญาณในตัว

บริดจ์ (Bridges)
ความสามารถในการทำงานของบริดจ์จะเหนือกว่าการทำงานของรีพีตเตอร์ โดยที่บริดจ์สามารถแบ่งเครือข่ายขนาดใหญ่ออกเป็นเครือข่ายย่อยหรือเป็นเซกเมนต์ย่อย ๆ ได้ ซึ่งไม่เหมือนกับรีพีตเตอร์ตรงที่เซกเมนต์ย่อยต่าง ๆ ที่เชื่อมต่อด้วยบริดจ์นั้นจะถือว่าเป็นเครือข่ายคนละวงกัน กล่าวคือมิได้อยู่บน Collision Domain เดียวกัน ดังนั้นบริดจ์จึงสามารถลดความคับคั่งของข้อมูลบนเครือข่ายได้ โดยเครือข่ายแต่ละวงนอกจากจะรับส่งข้อมูลภายในวงแลนตัวเองแล้ว หากต้องการส่งข้อมูลข้ามเครือข่ายก็สามารถกระทำได้ ซึ่งแตกต่างกับฮับที่ทำหน้าที่เพียงแพร่ข่าวสาร หรือข้อมูลออกไปยังทุกพอร์ตหรือทุกเซกเมนต์ที่เชื่อมต่อ

สวิตช์ (Switch)
อุปกรณ์สวิตช์จะมีลักษณะการทำงานเช่นเดียวกับบริดจ์ แต่สวิตช์จะมีความแตกต่างกับบริดจ์ตรงที่สวิตช์นั้นจะมีพอร์ตหลายพอร์ตด้วยกัน ในขณะที่บริดจ์นั้นจะมีเพียงสองพอร์ตเท่านั้น ปัจจุบันสวิตช์ที่ทำงานเช่นเดียวกับบริดจ์จะเรียกว่า สวิตช์เลเลอร์ 2 และสวิตช์ที่ทำงานเทียบชั้นเร้าเตอร์ก็จะเรียกว่า สวิตช์เลเยอร์ 3 อย่างไรก็ตาม หากมองอย่างผิวเผินแล้ว สวิตช์กับฮับจะมีความคล้ายคลึงกันมาก

เร้าเตอร์ (Routers)
เร้าเตอร์ถูกนำมาใช้เพื่อการเชื่อมต่อเครือข่ายหลาย ๆ กลุ่มเข้าด้วยกัน ไม่ว่าจะเป็นเครือข่ายแลนด้วยกัน หรือระหว่างเครือข่ายแลนกับแวน โดยฟังก์ชันการทำงานที่สำคัญของเร้าเตอร์ก็คือ การเลือกเส้นทางเพื่อส่งแพ็กเก็ตข้อมูลไปยังปลายทางได้อย่างถูกต้องและเหมาะสม รวมถึงความสามารถในการเปลี่ยนเส้นทางเดินของข้อมูลในกรณีที่เส้นทางเดิมที่ใช้งานอยู่เกิดข้อขัดข้อง

เกตเวย์ (Gateways)
เกตเวย์สามารถปฏิบัติงานได้ในทุกชั้นสื่อสารบนแบบจำลอง OSI โดยเกตเวย์อนุญาติให้คอมพิวเตอร์บนเครือข่าย ที่เชื่อมต่อกันที่ใช้โปรโตคอลแตกต่างกัน รวมถึงสถาปัตยกรรมของคอมพิวเตอร์ที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง เช่น พีซีคอมพิวเตอร์ และเมนเฟรมคอมพิวเตอร์ให้สามารถสื่อสารกันได้ กล่าวคือเกตเวย์จะอนุญาตให้เครือข่ายต่างแพลตฟอร์ม ไม่ว่าจะเป็นด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ให้สามารถเชื่อมโยงสื่อสารกันได้ เช่น การเชื่อมต่อเครือข่ายทั้งอีเทอร์เน็ต โทเค็นริง และเมนเฟรมคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกัน ด้วยอุปกรณ์เกตย์เวย์