เครือข่ายแลนอีเทอร์เน็ต

เครือข่ายแลนอีเทอร์เน็ต (Wired LANs: Ethernet)

   โครงการหมายเลข 802 (Project 802)

          ในปี ค.ศ. 1985 ทางสถาบัน IEEE ได้ริเริ่มโครงการสำคัญโครงการหนึ่ง โดยตั้งชื่อโครงการนี้ว่า โครงการหมายเลข 802 หรือ Project 802 โดยโครงการดังกล่าวจัดตั้งขึ้นเพื่อต้องการให้ผลิตภัณฑ์อุปกรณ์สื่อสารที่มาจากแหล่งผู้ผลิตต่าง ๆ สามารถสื่อสารให้เป็นไปตามมาตรฐานเดียวกัน แต่โครงการนี้มิได้มีวัตถุประสงค์เพื่อนำมาใช้ทดแทนมาตรฐาน OSI โมเดลที่ทางหน่วยงาน ISO จัดตั้งขึ้นแต่อย่างใด เนื่องจากโครงการหมายเลข 802 มีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดหน้าที่และรายละเอียดของชั้นสื่อสารฟิสิคัล ดาต้าลิงก์ และมีส่วนขยายเพิ่มเติมบางส่วนอีกเล็กน้อย ที่นำมาใช้งานเพื่อการเชื่อมต่อเครือข่ายท้องถิ่นเป็นหลักสำคัญ

Name

Description

Note

IEEE 802.3 Ethernet

IEEE 802.4 Token bus disbanded

IEEE 802.5 Defines the MAC layer for a Token Ring inactive

IEEE 802.11 a/b/g/n Wireless LAN (WLAN) & Mesh (Wi-Fi certification)

IEEE 802.15.1 Bluetooth certification

IEEE 802.16 Broadband Wireless Access (WiMAX certification)

วิธีควบคุมเพื่อเข้าถึงสื่อกลาง (Medium Access Control: MAC Methods)

          เครือข่ายอีเทอร์เน็ตเป็นเครือข่ายที่ตั้องอยู่บนพื้นฐานเครือข่ายแบบบัส ที่ใช้วิธีการส่งข้อมูลแบบเบสแบนด์ และด้วยการมีช่องทางการสื่อสารเพียงช่องทางเดียว แต่อนุญาตให้คอมพิวเตอร์หลาย ๆ เครื่องบนเครือข่ายใช้สายส่งข้อมูลร่วมกันได้ ทั้งนี้หากโหนดใดมีการส่งข้อมูล โหนดอื่น ๆ ที่ต้องการส่งก็จะต้องรอ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการกำหนดว่า แล้วใครจะเป็นผู้ส่งข้อมูลได้ในลำดับถัดไป

เทคนิควิธี CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access/Collision Detection) เป็นกลไกจัดการกับสายส่งสัญญาณให้ว่าง โดย ในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ จะมีข้อมูลเพียงชุดเดียวเท่านั้นที่สามารถส่งผ่านสื่อกลางไปยังปลายทาง ดังนั้นจึงต้องมีกระบวนการจัดการเพื่อให้โหนดต่าง ๆ บนเครือข่ายสามารถส่งข้อมูลได้ ซึ่งประกอบด้วยกลไกต่อไปนี้

-          การตรวจฟังสัญญาณ (Carrier Sense)

-          การใช้สายส่งข้อมูลร่วมกัน (Multiple Access)

-          การตรวจสอบการชนกันของกลุ่มข้อมูล (Collision Detection)

การ์ดเครือข่ายและแมคแอดเดรส (Network Interface Card and MAC Address)

          การ์ดเครือข่ายมีลักษณะเป็นแผงวงจร ที่ใช้เสียบเข้ากับสล็อตภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ และถือเป็นส่วนสำคัญในการส่งแพ็กเก็ตจริง ๆ ผ่านสื่อกลาง ซึ่งเครือข่ายท้องถิ่นต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นอีเทอร์เน็ต โทเค็นริงหรือ FDDI จำเป็นต้องใช้การ์ดเครือข่ายทั้งสิ้น โดยการ์ดเครือข่ายจะมีหลายเลขแมคแอดเดรสที่ใช้อ้างอิงตำแหน่งที่อยู่เพื่อรับส่งข้อมูลบนเครือข่าย โดยชุดหมายเลขแมคแอดเดรสนี้จะถูกบรรจุไว้ในหน่วยความจำรอมบนการ์ดเครือข่ายที่ถูกบรรจุพร้อมเสร็จมาจากโรงงาน และเมื่อเริ่มต้นทำงาน ชุดหมายเลขแมคแอดเดรสนี้ก็จะถูกคัดลอกไว้ในหน่วยความจำหลัก เพื่อนำไปใช้อ้างอิงต่อไป

ตัวอย่างแมคแอดเดรส เช่น 00 E0 98 01 09 0E

อีเทอร์เน็ตมีจุดประสงค์เพื่อต้องการติดต่อกับคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องบนเครือข่ายให้ได้ และด้วยความจำเป็นต้องใช้สายเคเบิลเส้นเดียวเพื่อการสื่อสารร่วมกัน โดยอีเทอร์เน็ตเลือกใช้กลไกของ CSMA/CD นอกจากนี้คอมพิวเตอร์หรือโหนดแต่ละโหนด ภายในจะมีการ์ดเครือข่ายบรรจุอยู่ การ์ดเครือข่ายเหล่านี้ ทางโรงงานผู้ผลิตได้มีการบรรจุชุดหมายเลขที่ประกอบด้วยเลขฐานสองขนาด 48 บิต ที่เรียกว่า แมคแอดเดรส (MAC Address) มาให้พร้อม ซึ่งชุดหมายเลขดังกล่าวจะถูกบรรจุไว้บนรอมของการ์ดเครือข่ายทุกชิ้น และที่สำคัญ

อีเทอร์เน็ต (Ethernet)

ประวัติโดยย่อของอีเทอร์เน็ต

   ในราวปี ค.ศ. 1973 Robert Metcalfe และบริษัทซีร็อกซ์ ได้ท้าทายความสามารถด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีเครือข่าย ที่ตั้งอยู่บนพื้นฐานบนเทคโนโลยีแบบบัส โดยใช้ชื่อว่า “อีเทอร์เน็ต (Ethernet)” ในความจริงแล้วอีเทอร์เน็ตได้พัฒนามาจากรากฐานบนเครือข่าย Packet Radio ที่ใช้โพรโทคอลอะโลฮ่า (Aloha) โดยในช่วงแรกเริ่ม อีเทอร์เน็ตได้ใช้สายเคเบิลเส้นเดียวเพื่อเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์หลาย ๆ เครื่อง และมีความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุดเพียง 3 Mbps ซึ่งจัดได้ว่าช้ามากเมื่อเทียบกับมาตรฐานในปัจจุบัน โดย Robert Metcalfe ได้ร่างแบบเครือข่ายอีเทอร์เน็ตขึ้นมาครั้งแรก

    โทโพโลยีแบบบัส เป็นเครือข่ายที่นำคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่าง ๆ มาเชื่อมต่อบนเครือข่ายอยู่บนสายเคเบิลเส้นเดียวที่ใช้เป็นสายแกนหลัก โดยอีเทอร์เน็ตเป็นเทคโนโลยีเฉพาะที่ตั้งอยู่บนมาตรฐานเครือข่ายที่ใช้โทโพโลยีแบบบัส

    ในราวปี ค.ศ. 1997 เครือข่ายท้องถิ่นที่มีการติดตั้งทั่วโลกกว่า 85% คือเครือข่ายอีเทอร์เน็ต โดยคิดเป็นจำนวนถึง 118 ล้านเครื่องที่มีการเชื่อมต่อร่วมกันทั้งเครื่องพีซี เวิร์กสเตชัน และเซิร์ฟเวอร์ รวมถึงโปรแกรมระบบปฏิบัติการเครือข่ายที่นิยมใช้ ที่ประกอบด้วยชุดโพรโทคอล TCP/IP, IPX, NetBEUI เป็นต้น เครือข่ายอีเทอร์เน็ตมีความน่าเชื่อถือสูง และเป็นเทคโนโลยีที่มีการขยับขยายได้อย่างต่อเนื่อง (จาก 10 ถึง 100 และถึง 1000 Mbps) อีกทั้งยังเป็นเครือข่ายที่ใช้ต้นทุนการติดตั้งต่ำมากเมื่อเทียบกับเครือข่ายประเภทอื่น ๆ และตามท้องตลาดไอทีทั่วไป ก็มีอุปกรณ์และเครื่องมือสนับสนุนใช้งานอยู่มากมาย

อีเทอร์เน็ตทำงานอย่างไร

      ผู้ออกแบบอีเทอร์เน็ต ได้เผชิญกับความท้าทายเช่นเดียวกันกับผู้ออกแบบเครือข่ายทั่วไป โดยจะต้องตัดสินใจว่าจะทำการส่งข้อมูลผ่านสายนำสัญญาณอย่างไร และให้คอมพิวเตอร์รับส่งข้อมูลบนสายที่ใช้งานร่วมกันได้อย่างไร วิศวกรเครือข่ายจึงได้แก้ไขปัญหาด้วยการนำข้อมูลแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ที่เรียกว่าแพ็กเก็ตภายในแพ็กเก็ตจะบรรจุด้วยแมคแอดเดรส เพื่อเป็นตัวระบุตำแหน่งที่อยู่ของโหนดต่าง ๆ บนเครือข่าย โดยใช้กระบวนการส่งข้อมูลแบบ CSMA/CD

       หลักการแบ่งข้อมูลออกเป็นแพ็กเก็ต ทำให้ส่งผลดีต่อหลายด้านด้วยกัน เช่น หากข้อมูลที่ถ่ายโดอนมีขนาดใหญ่และไม่มีการแบ่งส่วนข้อมูลออกเป็นส่วนย่อย ๆ และด้วยขนาดของข้อมูลที่มีขนาดใหญ่ก็จะส่งผลต่อเวลาที่ใช้ถ่ายโอนข้อมูลนานเกินควร ควรถึงการจับจองการใช้ช่องทางการสื่อสารที่ต้องแชร์ใช้งานร่วมกัน ซึ่งโหนดอื่น ๆ รอการใช้งานอยู่ ดังนั้นการแบ่งข้อมูลออกเป็นแพ็กเก็ตจะทำให้ใช้เวลาในการรับส่งข้อมูลบนสายเคเบิลน้อย กล่าวคือ มีความรวดเร็วและใช้เวลาน้อย จึงทำให้การส่งข้อมูลสำเร็จได้เร็ว และยังเปิดโอกาสให้เครื่องคอมพิวเตอร์อื่น ๆ บนเครือข่ายสามารถส่งข้อมูลไปยังสายเคเบิลที่ใช้งานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การเชื่อมต่อเครือข่ายอีเทอร์เน็ต (Implementation of Ethernet)

      เป็นที่ทราบกันแล้วว่า อีเทอร์เน็ตนั้นใช้วิธีการส่งสัญญาณแบบแบสแบนด์ ซึ่งใช้ช่องทางการสื่อสารเพียงช่องทางเดียวด้วยเทคนิควิธี CSMA/CD เป็นกลไกในการจัดการกับสายส่งเพื่อให้แต่ละโหนดสามารถแชร์การใช้งานสายเคเบิลที่มีอยู่เส้นเดียวร่วมกันได้ ตามมาตรฐาน 802.3 หรืออีเทอร์เน็ตจะมีความเร็วในการส่งข้อมูลที่ 10 Mbps โดยสามารถใช้สายเคเบิลหลายชนิดด้วยกันเพื่อการเชื่อมต่อ สำหรับรูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่ายอีเทอร์เน็ตแลนมีอยู่หลายรูปแบบด้วยกันคือ 10Base5, 10Base2, 10Base-T และ 10Base-F ซึ่งทั้ง 4 รูปแบบมีอัตราความเร็วในการส่งข้อมูลที่ 10 Mbps

เครือข่ายอีเทอร์เน็ตในรูปแบบอื่น ๆ (Other Ethernet Networks)

       จากรูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่ายอีเทอร์เน็ต ไม่ว่าจะเป็น 10Base5, 10Base2 หรือ 10Base-T นั้นเป็นอีเทอร์เน็ตแบบดั้งเดิม (Traditional Ethernet: IEEE 802.3) หรือในบางครั้งอาจเรียกว่าคลาสสิกอีเทอร์เน็ตซึ่งรองรับความเร็วที่ 10 Mbps เท่านั้นและกว่าทศวรรษที่ผานมา เทคโนโลยีอีเทอร์เน็ตได้พัฒนาอย่างต่อเนื่อง มีโครงการเกิดใหม่หลายโครงการที่ได้ทำการคิดค้น ประดิษฐ์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความเร็วของเครือข่ายอีเทอร์เน็ต ซึ่งประกอบด้วย

1)      สวิตช์อีเทอร์เน็ต (Switched Ethernet)

      ปัจจุบันอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ต่าง ๆ ที่นำมาใช้บนเครือข่ายได้มีการพัฒนาขึ้นมากทีเดียว อุปกรณ์เหล่านี้มีส่วนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้ทำงานสูงขึ้น โดยเฉพาะอุปกณ์ที่จะกล่าวถึงต่อไปนี้ก็คือ สวิตช์ (Switch)

อย่างไรก็ตาม หากมีการใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าสวิตช์แทนฮับ สวิตช์สามารถนำเฟรมข้อมูลจากสถานีส่ง (A) ไปยังสถานีปลายทาง (D) ได้โดยตรงโดยจะไม่ไปรบกวนพอร์ตอื่น ๆ เช่นเดียวกับฮับ นั่นหมายความว่าสวิตช์สามารถรับเฟรมข้อมูลจากสถานีอื่นในช่วงเวลาเดียวกันได้ นอกจากนี้สวิตช์ยังสามารถวางเส้นทางเฟรมข้อมูลเพื่อส่งไปยังปลายทางที่ต้องการได้ ซึ่งตามทฤษฎีดังกล่าว ก็จะไม่เกิดการชนกันของกลุ่มข้อมูลอีกต่อไป

2)      ฟาสต์อีเทอร์เน็ต (Fast Ethernet)

    ฟาสต์อีเทอร์เน็ตหรืออีเทอร์เน็ตความเร็วสูง จัดเป็นเวอร์ชั่นหนึ่งของอีเทอร์เน็ตที่มีความเร็ว 100 Mbps โดยยังคงรูปแบบเฟรมข้อมูลเดิม รวมทั้งวิธีเข้าถึงสื่อกลางแบบเดิม ฟาสต์อีเทอร์เน็ตจัดอยู่ในมาตรฐาน IEEE 802.3u โดยเป็นอีเทอร์เน็ตแลนที่มีความเร็วสูงกว่าอีเทอร์เน็ตแบบเดิม 10 Mbps ถึง 10 เท่า

โดยรายละเอียดของฟาสต์อีเทอร์เน็ต ประกอบด้วย

อัตราความเร็วในการส่งข้อมูล ปรับให้สูงขึ้นเป็น 100 Mbps

มีความเข้ากันได้กับเครือข่ายอีเทอร์เน็ตแบบดั้งเดิม

ยังคงใช้แอดเดรสขนาด 48 บิต เช่นเดิม

ยังคงใช้รูปแบบของเฟรมเช่นเดิม

ยังคงรูปแบบความยาวของเฟรมที่มีความยาวต่ำสุด และความยาวสูงสุดเช่นเดิม

มีระบบการเจรจาข้อตกลงด้านความเร็วในการส่งข้อมูลก่อนที่จะส่งข้อมูลจริงที่เรียกว่า Autonegotiation ทั้งนี้คุณสมบัติดังกล่าว จะอนุญาตให้อุปกรณ์ที่เข้ากันไม่ได้สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่นได้ ตัวอย่างเช่น อุปกรณืรองรับความเร็วสูงสุดอยู่ที่ 10 Mbps สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์ที่มีความเร็ว 100 Mbps ได้ แต่จะสามารถใช้งานได้บนอัตราความเร็วต่ำ ซึ่งก็คือ 10 Mbps นั่นเอง

3)      กิกะบิตอีเทอร์เน็ต (Gigabit Ethernet)

     การเปลี่ยนจาก 10 Mbps ไปเป็น 100 Mbps ได้ส่งผลให้ทางคณะทำงาน IEEE 802.3 ได้มีการออกแบบกิกะบิตอีเทอร์เน็ตที่รองรับความเร็ว 1000 Mbps หรือ 1 Gbps โดยใช้ยุทธศาสตร์เหมือนเดิม แต่จะมีเพียงบางสิ่งที่เปลี่ยนแปลง เช่น การลดขนาดของ Collision Domain ลงอีก รวมถึงการเปลี่ยนสื่อกลางส่งข้อมูล และการเข้ารหัสสัญญาณข้อมูล โดยกิกะบิตอีเทอร์เน็ตเป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 802.3z

โดยรายละเอียดของกิกะบิตอีเทอร์เน็ต ประกอบด้วย

อัตราความเร็วในการส่งข้อมูล ปรับให้สูงขึ้นเป็น 1 Gbps

มีความเข้ากันได้กับเครือข่ายตามมาตรฐานอีเทอร์เน็ต และฟาสต์อีเทอร์เน็ต

ยังคงใช้แอดเดรสขนาด 48 บิต เช่นเดิม

ยังคงใช้รูปแบบของเฟรมเช่นเดิม

ยังคงรูปแบบความยาวของเฟรมที่มีความยาวต่ำสุด และความยาวสูงสุดเช่นเดิม

สนับสนุนระบบ Autonegotiation เช่นเดียวกับฟาสต์อีเทอร์เน็ต

4)      10 กิกะบิตอีเทอร์เน็ต (Ten-Gigabit Ethernet)

10 กิกะบิตอีเทอร์เน็ต เป็นไปตามาตรฐานเครือข่าย 802.3ae ที่รองรับความเร็วสูงสุดที่ 10 Gbps ได้พัฒนาและประกาศใช้อย่างสมบูรณ์เมื่อเดือนมิถุนายน ปี ค.ศ.2002 โดยส่วนใหญ่ยังคงไม่มีการเปลี่ยนแปลงในรายละเอียด แต่จะทำงานในลักษณะฟูลดูเพล็กซ์บนเทคโนโลยีสายไฟเบอร์ออพติกเท่านั้น