แบบจำลองเครือข่าย

แบบจำลองเครือข่าย (Network Models)

องค์กร ISO และแบบจำลอง OSI

          องค์กรกำหนดมาตรฐานสากลหรือ ISO จัดเป็นองค์กรหนึ่งที่ได้รับการยอมรับทั่วโลกเกี่ยวกับการกำหนดมาตรฐานสากล โดยในปี ค.ศ. 1970 ทาง ISO ได้มีการจัดตั้งคณะกรรมการขึ้นมาเพื่อสร้างแบบจำลองสถาปัตยกรรมเครือข่ายขึ้น เพื่อใช้เป็นรูปแบบมาตรฐานในการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า แบบจำลอง OSI (Open Systems Interconnection) และในปี ค.ศ. 1984 ก็ได้มีการประกาศใช้แบบจำลอง OSI อย่างเป็นทางการเพื่อใช้เป็นแบบอ้างอิงเครือข่ายมาตรฐานสากล

        คำว่า Open Systems ก็คือ ระบบเปิด ซึ่งหมายความว่าอนุญาตให้ระบบสามารถสื่อสารกันได้ถึงแม้ว่าอุปกรณ์จะมีรูปแบบทางสถาปัตยกรรมระบบที่แตกต่างกัน กล่าวคือมาตรฐานแบบจำลอง OSI ที่จัดทำขึ้นมานั้น มีจุดประสงค์เพื่อให้ระบบที่แตกต่างกันสามารถสื่อสารร่วมกันได้ ด้วยมาตรฐานการสื่อสารที่เป็นสากล โดยไม่มีความจำเป็นที่จะต้องเข้าไปเปลี่ยนแปลงตรรกใด ๆ บนอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์

         แบบจำลอง OSI หมายถึง แบบจำลองสถาปัตยกรรมเครือข่าย เพื่อใช้เป็นรูปแบบมาตรฐานในการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์ จุดประสงค์เพื่อให้ระบบที่แตกต่งกันสามารถสื่อสารร่วมกันได้ ด้วยมาตรฐานการสื่อสารที่เป็นสากล อย่างไรก็ตาม  แบบจำลอง OSI มิใช่โพรโทคอล แต่เป็นเพียงแบบจำลองแนวคิด ซึ่งเป็นเพียงทฤษฎีที่ช่วยสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานของแต่ละชั้นสื่อสาร เพื่ออำนวยความสะดวกต่อผู้ออกแบบระบบสื่อสาร ทั้งนี้แบบจำลอง OSI ยังถูกสร้างขึ้นมาบนพื้นฐานความยืดหยุ่นและคงทนต่อการนำไปประยุกต์ใช้งาน โดยแต่ละชั้นสื่อสารยังสามารถปฏิบัติงานร่วมกันได้อย่างเหมาะสม

   

      แบบจำลอง OSI มีกรอบการทำงานด้วยการแบ่งเป็นชั้นสื่อสารที่เรียกว่าเลเยอร์ (Layer) แต่ละเลเยอร์จะมีชื่อเรียกที่แตกต่างกัน รวมถึงฟังก์ชันหน้าที่ที่รับมอบหมายในเลเยอร์นั้น ๆ โดยเฉพาะ ชั้นสื่อสารต่าง ๆ ที่กำหนดขึ้นจะถือเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการสื่อสารร่วมกัน ซึ่งมีทั้งหมด 7 ชั้นด้วยกันกคือ

ชั้นสื่อสารฟิสิคัล (Physical Layer)

ชั้นสื่อสารดาต้าลิงก์ (Data Link Layer)

ชั้นสื่อสารเน็ตเวิร์ก (Network Layer)

ชั้นสื่อสารทรานสปอร์ต (Transport Layer)

ชั้นสื่อสารเซสชั่น (Session Layer)

ชั้นสื่อสารพรีเซนเตชั่น (Presentation Layer)

ชั้นสื่อสารแอปพลิเคชั่น (Application Layer)

แต่ก็ใช่ว่าเทคโนโลยีเครือข่ายทั้งหมดจะต้องอ้างอิงชั้นสื่อสารบนแบบจำลอง OSI ครบทั้งเจ็ด เนื่องจากบางเทคโนโลยีอาจรวบชั้นสื่อสารบางชั้นมาเป็นเลเยอร์เดียวกัน หรืออาจข้ามการทำงานบางเลเยอร์กรณีเลเยอร์นั้นไม่จำเป็นต่อการใช้งาน

แนวความคิดในการแบ่งชั้นสื่อสาร

เพื่อลดความซ้ำซ้อน ทำให้เรียนรู้และทำความเข้าใจได้ง่ายขึ้น

เพื่อให้แต่ละชั้นสื่อสารมีบทบาทหน้าที่ที่ชัดเจนและแตกต่างกัน

เพื่อให้แต่ละชั้นสื่อสารปฏิบัติงานตามฟังก์ชันหน้าที่ที่ได้รับมอบหมาย และสอดคล้องกับมาตรฐานสากล

จากขอบเขตความรับผิดชอบในแต่ละชั้นสื่อสาร ทำให้การสื่อสารเกิดความคล่องตัว และเป็นการป้องกันกรณีเกิดการเปลี่ยนแปลงบนชั้นสื่อสารหนึ่ง ๆ แล้วส่งผลกระทบต่อชั้นสื่อสารอื่น ๆ

จำนวนชั้นสื่อสารจะต้องมีจำนวนมากเพียงพอ และเหมาะสมต่อการจำแนกหน้าที่การทำงานให้กับแต่ละชั้นสื่อสาร และไม่ควรมีมากจนดูเทอะทะ เกินความจำเป็น

ชั้นสื่อสารในแบบจำลอง OSI (Layers in The OSI Model)

1.      ชั้นสื่อสารฟิสิคัล (Physical Layer)

        ชั้นสื่อสารฟิสิคับจะทำหน้าที่ประสานการทำงานในเรื่องของการส่งกระแสบิต (Bit Stream) บนสื่อกลางที่เกี่ยวข้องกับข้อกำหนดทางกลไก และทางไฟฟ้าของการอินเตอร์เฟซและสื่อส่งข้อมูล รวมถึงข้อกำหนดด้านฟังก์ชันการทำงาน และขั้นตอนการทำงานของอุปกรณ์ที่จะนำมาอินเตอร์เฟซเพื่อการส่งข้อมูล

2.      ชั้นสื่อสารดาต้าลิงก์ (Data Link Layer)

      ชั้นสื่อสารดาต้าลิงก์มีหน้าที่ส่งมอบข้อมูลในลักษณะ Hop-to-Hop (Node-to-Node) สำหรับหน่วยข้อมูลในชั้นนี้จะถูกจัดเก็บในรูปแบบของเฟรม (Frame) รับหน้าที่ว่าจะจัดส่งเฟรมไปยังเครือข่ายได้อย่างไร เนื่องจากข้อมูลที่ได้รับมาจากชั้นสื่อสารฟิสิคัลนั้น อาจมีสัญญาณรบกวนหรือข้อผิดพลาดปะปนมาพร้อมกับสัญญาณข้อมูล ดังนั้นชั้นสื่อสารดาต้าลิงก์จึงต้องมีกระบวนการตรวจจับ และแก้ไขข้อผิดพลาดเหล่านั้น เพื่อบริการแก่ชั้นสื่อสารเน็ตเวิร์กที่อยู่สูงถัดไป

3.      ชั้นสื่อสารเน็ตเวิร์ก (Network Layer)

   สำหรับชั้นสื่อสารเน็ตเวิร์กจะรับผิดชอบเกี่ยวกับการส่งแพ็กเก็ตจากต้นทางไปยังปลายทางผ่านเครือข่ายหลาย ๆ เครือข่ายด้วยกัน ความแตกต่างระหว่างชั้นสื่อสารดาต้าลิงก์และเน็ตเวิร์กก็คือ หน่วยข้อมูลบนชั้นสื่อสารเน็ตเวิร์กจะถูกแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ที่เรียกว่า แพ็กเก็ต (Packet) แต่ละแพ็กเก็ตจะถูกส่งไปยังปลายทาง ซึ่งระหว่างทางอาจมีเครือข่ายย่อยที่ลิงก์เชื่อมต่อมากมายรวมถึงการส่งข้ามเครือข่ายต่างชนิดกัน ในขณะที่ชั้นสื่อสารดาต้าลิงก์จะมีหน่วยข้อมูลในรูปแบบของเฟรม ที่จัดส่งไปยังโหนดปลายทางภายในลิงก์เดียวกันเท่านั้น

4.      ชั้นสื่อสารทรานสปอร์ต (Transport Layer)

      ชั้นสื่อสารทรานสปอร์ตจะทำหน้าที่ส่งมอบข้อมูลในลักษณะ Process-to-Process คำว่าโพรเซสในที่นี้ก็คือโปรแกรมประยุกต์ใด ๆ ที่รันอยู่บนเครื่องโฮสต์ ดังนั้นหากมีโปรแกรมรันอนู่บนเครื่องโฮสต์หลาย ๆ โปรแกรม นั่นหมายถึงมีหลายโปรเซสรันอยู่ในขณะนั้น โดยการส่งข้อมูลแบบ Source-to-Destination บนชั้นส่อสารเน็ตเวิร์กซึ่งปกติจะรับส่งข้อมูลเพียงโพรเซสเดียว คงไม่สามารถรองรับการส่งมอบข้อมูลหลาย ๆ โพรเซสนี้ได้ ดังนั้นชั้นสื่อสารทรานสปอร์ตจึงต้องรับหน้าที่ในการส่งมอบข้อมูลระหว่างโพรเซสจากต้นทางไปยังปลายทางได้อย่างถูกต้อง

5.      ชั้นสื่อสารเซสชัน (Session Layer)

     การบริการบน 3 ชั้นสื่อสารแรก (ฟิสิคัล ดาต้าลิงก์ และเน็ตเวิร์ก) อาจไม่เพียงพอสำหรับบางโพรเซส ดังนั้นชั้นสื่อสารเซสชันขึ้นไปจึงทำหน้าที่บริการและอำนวยความสะดวกแก่ผู้ใช้

   ชั้นสื่อสารเซสชันมีหน้าที่ควบคุมการสื่อสาร การจัดการแลกเปลี่ยนข่าวสารที่เกิดขึ้นระหว่างโฮสต์ โดยการสื่อสารที่กำลังดำเนินการอยู่ ณ ขณะใดขณะหนึ่งจะเรียกว่า เซสชัน ทั้งนี้หลาย ๆ เซสชันที่เกิดขึ้นอาจเกิดจากการทำงานของคนเพียงคนเดียวหรือหลายคนก็ได้ ตัวอย่างเช่น การล็อกอินแบบระยะไกลของเทอร์มินับเพื่อเข้าใช้บริการบนเครื่องโฮสต์ในแต่ละครั้ง ก็ถือเป็นเซสชั่นหนึ่งที่ประกอบด้วยขั้นตอนดังนี้

การล็อกอิน > การกรอกรหัสผ่าน > การใช้โฮสต์ > การออกจากระบบ

หรือเซสชั่นของการสนทนาที่ประกอบด้วยขั้นตอน

การเริ่มสนทนา > การสนทนาเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูล > การจบการสนทนา

โดยหลังจากที่ได้สร้างเซสชันเรียบร้อยแล้ว การรับส่งข้อมูลก็จะเป็นหน้าที่ของชั้นสื่อสารทรานสปอร์ต

6.      ชั้นสื่อสารพรีเซสเตชัน (Presentation Layer)

    เป็นชั้นสื่อสารที่นำเสนอเกี่ยวกับการแปลงข้อมูลให้มีรูปแบบและความหมายเดียวกัน กล่าวคือระบบคอมพิวเตอร์แต่ละระดับ อาจใช้รหัสแทนข้อมูลที่แตกต่างกันได้ เช่น บนพีซีคอมพิวเตอร์ก็จะใช้รหัส ACSII หรือ Unicode ในขณะที่เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ก็จะใช้รหัส EBCDIC ดังนั้นด้วยหน้าที่รับผิดชอบของชั้นสื่อสารพรีเซนเตชั่น จะทำให้ทั้งสองระบบที่ถึงแม้จะใช้รหัสแทนข้อมูลที่แตกต่างกันสามารถนำเสนอข้อมูลได้อย่างเข้าใจทั้งสองฝ่าย โดยจะมีกระบวนการแปลงข้อมูล (Translation) ให้สามารถนำเสนอได้อย่างถูกต้อง กล่าวคือ ฝั่งส่งจะส่งข้อมูลอะไรไปก็ตาม ฝั่งรับก็จะได้รับข้อมูลตามนั้นด้วย

7.      ชั้นสื่อสารแอปพลิเคชัน (Application Layer)

   เป็นชั้นสื่อสารระดับประยุกต์ที่มุ่งเน้นการติดต่อกับผู้ใช้ ที่อนุญาตให้ผู้ใช้ซึ่งอาจเป็นบุคคลหรือซอฟต์แวร์สามารถเข้าถึงเครือข่ายได้ โดยจะมียูสเซอร์อินเทอร์เฟซเพื่อสนับสนุนงานบริการต่าง ๆ เช่น การส่งจดหมายอิเล็กทรอนิกส์ การติดต่อเครือข่ายแบบระยะไกลเพื่อเข้าถึงข้อมูลและถ่ายโอนข้อมูล การแชร์ฐานข้อมูลและการบริการอื่น ๆ เป็นต้น

 แบบจำลองอินเทอร์เน็ต (Internet Model)

      แบบจำลองอินเทอร์เน็ต หรือชุดโพรโทคอล TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาก่อนแบบบจำลอง OSI ดังนั้น ชั้นสื่อสารของแบบจำลองอินเทอร์เน็ตจึงไม่ตรงกับแบบจำลอง OSI แต่ก็นับว่าเป็นความโชคดีที่แบบจำลองทั้งสองต่างก็มีหลักการทำงานที่คล้ายคลึงกันมาก

สำหรับต้นฉบับของแบบจำลองอินเทอร์เน็ต ประกอบด้วย 4 ชั้นสื่อสาร คือ

ชั้นสื่อสารโฮสต์ทูเน็ตเวิร์ก (Host-to-Network Layer)

ชั้นสื่อสารอินเทอร์เน็ต (Internet Layer)

ชั้นสื่อสารทรานสปอร์ต (Transport Layer)

ชั้นสื่อสารแอปพลิเคชั่น (Application Layer)

โดยที่ชั้นสื่อสารโฮสต์ทูเน็ตเวิร์กเป็นการรวบชั้นสื่อสารฟิสิคัลและดาต้าลิงก์เข้าด้วยกัน ชั้นสื่อสารอินเทอร์เน็ตก็คือชั้นสื่อสารเน็ตเวิร์ก และชั้นสื่อสารแอปพลิเคชั่นก็จะรวบชั้นสื่สารเซสชั่น พรีเซนเตชั่นและแอปพลิเคชั่นเข้าด้วยกัน อย่างไรก็ตาม หนังสือเล่มนี้จะอ้างอิงแบบจำลองอินเทอร์เน็ตที่ประกอบด้วย 5 ชั้นสื่อสารด้วยกันคือ ชั้นสื่อสารฟิสิคัล ดาต้าลิงก์ เน็ตเวิร์ก ทรานสปอร์ต และแอปพลิเคชั่น

สรุป

    การบวนการสื่อสารที่เริ่มจากฝั่งส่ง ที่มีการเคลื่อนย้ายข้อมูลจากเลเยอร์หนึ่งไปยังเลเยอร์ถัดไปด้านล่างในรูปแบบ 7-6-5-4-3-2-1 ซึ่งแต่ละเลเยอร์จะเตรียมเฮดเดอร์เพื่อนำไปปะเพิ่มกับหน่วยข้อมูล เราเรียกกระบวนการนี้ว่า เอนแคปซูเลชัน (Encapsulation)

   เมื่อสัญญาณถูกส่งผ่านลิงค์จะไปถึงจุดหมายปลายทาง หน่วยข้อมูลก็จะเคลื่อนย้ายย้อนกลับขึ้นไปตามลำดับ 1-2-3-4-5-6-7 จากนั้นแต่ละเลเยอร์ก็จะถอดเฮดเดอร์เฉพาะส่วนที่เป็นของตนออก เราเรียกกระบวนการนี้ว่า ดีแคปซูเลชัน (Decapsulation)

ชั้นสื่อสารฟิสิคัล (Physical Layer) มีหน้าที่เคลื่อนย้ายข้อมูลระดับบิตจากโหนดหนึ่งไปยังโหนดถัดไป

ชั้นสื่อสารดาต้าลิงก์ (Data Link Layer) มีหน้าที่เคลื่อนย้ายเฟรมจากโหนดหนึ่งไปยังโหนดถัดไป

ชั้นสื่อสารเน็ตเวิร์ก (Network Layer) มีหน้าที่ส่งมอบแพ็กเก็ตจากโฮสต์ต้นทางไปยังโฮสต์ปลายทาง

ชั้นสื่อสารทรานสปอร์ต (Transport Layer) มีหน้าที่ส่งมอบข่าวสารจากโพรเซสต้นทางไปยัง

โพรเซสปลายทาง

ชั้นสื่อสารเซสชั่น (Session Layer) มีหน้าที่ควบคุมการสื่อสารและการซิงโครไนซ์

ชั้นสื่อสารพรีเซนเตชั่น (Presentation Layer) มีหน้าที่แปลงข้อมูล เข้ารหัสข้อมูล และบีบอัดข้อมูล

ชั้นสื่อสารแอปพลิเคชั่น (Application Layer) มีหน้าที่จัดการงานบริการให้แก่ผู้ใช้