Chapter 2 สถาปัตยกรรมเครือข่าย (Network Architecture)

สถาปัตยกรรมเครือข่ายที่นิยมใช้ได้แก่ : TCP/IP: มีการนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากเหมาะกับเครือข่าย internet OSI: เหมาะกับการเรียนเป็นโมเดลในอุดมคติ มีประโยชน์ สำหรับนำมาเป็นแบบจำลองเพื่ออธิบายแนวทางการทำงานของ โปรโตคอลในปัจจุบัน

1. สถาปัตยกรรมเครือข่าย ทำขึ้นมาเพื่อสร้างมาตรฐานการสื่อสารเครือข่าย มีแนวคิดเป็นแบบ layer (แบ่งเป็นระบบเป็นชั้นๆ) ในแต่ละ layer จะมีหน้าที่การทำงานที่ต่างกัน มี component , protocol ใน layer โมเดลในที่นี้มีสองประเภทคือ OSI และ Internet model

2. Reference Model of Open Systems Interconnection (OSI) กำหนดโดย International Standard Organization (ISO) เป็น รูปแบบโครงสร้างมาตรฐานสากลสำหรับการติดต่อสื่อสาร ระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ซึ่งมีอยู่ทั้งหมด 7 ชั้น ตัวโครงสร้างเน้นความสำคัญของรูปแบบการสื่อสารระหว่าง ระบบเปิด(open system) กับระบบเปิด

ความเป็นมา ในปี ค.ศ.1977  องค์กร ISO  (International Organization for Standard)  ได้จัดตั้งคณะกรรมการขึ้นกลุ่มหนึ่ง  เพื่อทำการศึกษา จัดรูปแบบมาตรฐาน  และพัฒนาสถาปัตยกรรมเครือข่าย และในปี ค.ศ.1983  องค์กร ISO  ก็ได้ออกประกาศรูปแบบของสถาปัตยกรรม เครือข่ายมาตรฐานในชื่อของ "รูปแบบ OSI"   (Open Systems Interconnection Model)  เพื่อใช้เป็นรูปแบบมาตรฐานในการ เชื่อมต่อระบบคอมพิวเตอร์ อักษร "O"  หรือ " Open" ก็หมายถึง การ ที่คอมพิวเตอร์หรือระบบคอมพิวเตอร์หนึ่งสามารถ  "เปิด" กว้างให้ คอมพิวเตอร์หรือระบบคอมพิวเตอร์อื่นที่ใช้มาตรฐาน  OSI เหมือนกันสามารถติดต่อไปมาหาสู่ระหว่างกันได้

แนวความคิดชั้นสื่อสาร (Layers) ชั้นสื่อสารแต่ละชั้นถูกกำหนดขึ้นมาตามบทบาทที่แตกต่างกัน แต่ละชั้นต้องทำหน้าที่ตามที่ได้รับมอบหมายอย่างดียิ่ง ฟังก์ชันแต่ละอย่างในชั้นสื่อสารใดๆจะต้องกำหนดขึ้นมาโดย ใช้แนวความคิดในระดับสากลเป็นวัตถุประสงค์หลัก ขอบเขตความรับผิดชอบของแต่ละชั้นฯจะต้องกำหนดขึ้นมา เพื่อจำกัดปริมาณการแลกเปลี่ยนข้อมูลและผลกระทบ ข้างเคียงระหว่างการติดต่อให้น้อยที่สุด จำนวนชั้นสื่อสารจะต้องมีมากพอที่จะแยกฟังก์ชันการทำงาน ที่แตกต่างกันให้อยู่คนละชั้นฯแต่จะต้องไม่มีมากกินความ จำเป็น

OSI LAYER แอพพลิเคชันเลเยอร์ : Application Layer พรีเซนเตชันเลเยอร์ : Presentation Layer เซสชันเลเยอร์ : Session Layer ทรานสปอตร์เลเยอร์ : Transport Layer เน็ตเวิร์กเลเยอร์ : Network Layer ด้าตาลิงค์เลเยอร์ : Data Link Layer ฟิสิคัลเลเยอร์ : Physical Layer

7 Layer Layer 1: Physical Layer ทำหน้าที่เชื่อมต่อผ่าน Physical Medium รับผิดชอบแปลงบิต เป็นสัญญาณ เรื่องของการ Interface, สายนำสัญญาณ , มองเห็นข้อมูลในลักษณะ Bit Stream Layer 2: Data Link Layer ประกอบข้อมูลเป็น Frame, รับผิดชอบในการสื่อสารผ่าน แต่ ละ Link ทำ Error Control, Flow Control ผ่าน Link Layer 3: Network Layer รับผิดชอบในการส่งข้อมูลผ่าน Network, หาทิศทางข้อมูล, เชื่อมต่อกับ Layer บนเข้ากับ Network หลายๆแบบ มองเห็น ข้อมูลในลักษณะ Packet

7 Layer Layer 4: Transport Layer รับผิดชอบการส่งข้อมูลให้ถูกต้องจากต้นทางถึงปลายทาง (End-to-End), จัดการในเรื่อง Error และ Flow Control ใน ระดับต้นทางถึงปลายทาง ข้อมูลที่ส่งจะถูกแบ่งเป็น Segment Layer 5: Session Layer ทำหน้าที่จัดตั้ง ดูแล การเชื่อมต่อ(Connection) ระหว่าง Applicationต้นทางและปลายทาง แบ่งการเชื่อมต่อสื่อสาร ออกเป็น Session

7 Layer Layer 6: Presentation Layer รับผิดชอบในเรื่องรูปแบบและ Format ของข้อมูล การทำ Encryption รวมถึงการทำ Data Compression ให้อยู่ใน รูปแบบที่สื่อสารได้ Layer 7: Application Layer ทำหน้าที่เชื่อมต่อกับ Application และผู้ใช้

3. สถาปัตยกรรมโปรโตคอลรูปแบบ TCP/IP TCP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) เกิดขึ้นประมาณปี 1969 จากการค้นคว้าวิจัยของ Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) เป็น ผู้พัฒนาเครือข่ายประเภท Packet Switching เครือข่ายแรกที่ พัฒนาขึ้นมาชื่อว่า ARPANET ซึ่งเป็นรากฐานของเครือข่าย Internet ในปัจจุบันนี้ ไม่มีหน่วยงานใดเป็นเจ้าของในการกำหนดความเป็นมาตรฐาน การนำมาใช้

TCP/IP Layer Application Layer Transport Layer Internet Layer หรือ Network Layer Network Access Layer

The OSI vs TCP/IP

Protocol suite in TCP/IP

TCP : (Tranmission Control Protocol) - อยู่ใน Transport Layer ทำหน้าที่จัดการและควบคุมการรับส่งข้อมูล และมีกลไกความคุมการ รับส่งข้อมูลให้มีความถูกต้อง (reliable) และมีการสื่อสารอย่างเป็น กระบวนการ (connection-orient) UDP : (User Datagram Protocol) - อยู่ใน Transport Layer ทำ หน้าที่จัดการและควบคุมการรับส่งข้อมูล แต่ไม่มีกลไกความคุมการ รับ ส่งข้อมูลให้มีเสถียรภาพและเชื่อถือได้ (unreliable,connectionless) โดยปล่อยให้เป็นหน้าที่ของ แอพพลิเคชั่นเลเยอร์ แต่ UDP มีข้อได้เปรียบในการส่งข้อมูลได้ทั้ง แบบ unicast, multicast และ broadcast อีกทั้งยังทำการ ติดต่อสื่อสารได้เร็วกว่า TCP เนื่องจาก TCP ต้องเสีย overhead ให้กับขั้นตอนการสื่อสารที่ทำให้ TCP มีความน่าเชื่อถือในการรับส่ง ข้อมูลนั่นเอง IP : (Internet Protocol) - อยู่ใน Internetwork Layer เป็นโปรโตคอล หลักในการสื่อสารข้อมูล มีหน้าที่ค้นหาเส้นทางระว่างผู้รับและผู้ส่ง โดยใช้ IP Address ซึ่งมีลักษณะเป็นเลขสี่ชุด แต่ละชุดมีค่าตั้งแต่ 0- 255 เช่น 172.17.3.12 ในการอ้างอิงโฮสต์ต่างๆ และกลไกการ Route เพื่อส่งต่อข้อมูลไปจนถึงจุดหมายปลายทาง

ICMP : (Internet Control Message Protocol) - อยู่ใน Internetwork Layer มีหน้าที่ส่งข่าวสารและแจ้งข้อผิดพลาดให้แก่ IP IGMP : (Internet Group Management Protocol) อยู่ในเน็ตเวิร์กเล เยอร์ ทำหน้าที่ในการส่ง UDP ดาต้าแกรมไปยัง กลุ่มของโฮสต์ หรือ โฮสต์หลายๆตัวพร้อมกัน ARP : (Address Resolution Protocol) - อยู่ใน Link Layer ทำ หน้าที่เปลี่ยนระหว่าง IP แอดเดรส ให้เป็นแอดเดรสของ Network Interface เรียกว่า MAC Address ในการติดต่อระหว่างกัน MAC Address คือหมายเลขประจำของ Hardware Interface ซึ่งในโลกนี้ จะไม่มี MAC Address ที่ซ้ำกัน มีลักษณะเป็นเลขฐาน 16 ยาว 6 ไบต์ เช่น 23:43:45:AF:3D:78 โดย 3 ไบต์แรกจะเป็นรหัสของผู้ผลิต และ 3 ไบต์หลังจะเป็นรหัสของผลิตภัณฑ์ RARP : (Reverse ARP) - อยู่ในลิงค์เลเยอร์เช่นกัน แต่ทำหน้าที่ กลับกันกับ ARP คือเปลี่ยนระหว่างแอดเดรสของ Network Interface ให้ เป็นแอดเดรสที่ใช้โดย IP Address

เฟรมการส่งข้อมูล TCP/IP

ข้อมูลที่ผ่านการ Encapsulate ในแต่ละระดับมีชื่อเรียกแตกต่างกัน ข้อมูลที่มาจาก User หรือก็คือข้อมูลที่ User เป็นผู้ป้อนให้กับ Application เรียกว่า User Data เมื่อ Application ได้รับข้อมูลจาก user ก็จะนำมาประกอบกับส่วนหัวของ Appliction เรียกว่า Application Data และส่งต่อไปยังโปรโตคอล TCPเมื่อโปรโตคอล TCP ได้รับ Application Data ก็จะนำมารวมกับ Header ของ โปรโตคอล TCP เรียกว่า TCP Segment และส่งต่อไปยังโปรโตคอล IP เมื่อโปรโตคอล IP ได้รับ TCP Segment ก็จะนำมารวมกับ Header ของ โปรโตคอล IP เรียกว่า IP Datagram และส่งต่อไปยังเลเยอร์ Datalink Layer ในระดับ Datalink จะนำ IP Datagram มาเพิ่มส่วน Error Correction และ flag เรียกว่า Ethernet Frame ก่อนจะแปลงข้อมูล เป็นสัญญาณไฟฟ้า ส่งผ่านสายสัญญาณที่เชื่อมโยงอยู่ต่อไป

4. Protocols & Standard 4.1 Protocol เป็นเซตของกฎ ที่ทำการจัดการให้ระบบ สามารถสื่อสารซึ่งกันและกันได้ 4.2 Standard เป็นมาตรฐานการรับรอง ผลิตภัณฑ์หรือ ส่วนประกอบอื่นๆ

4.1 Protocols เกิดได้จากสิ่งเหล่านี้รวมกัน ดังนี้ Syntax คือมีไวยกรณ์ Semantics คือ มีความหมาย Timing คือ กำหนดอัตรา และเวลาได้

4.2 มาตรฐานของระบบเครือข่าย การกำหนดมาตรฐานเกิดขึ้นได้ 2 ลักษณะคือ de facto และ de jure de facto (มาจากภาษาลาตินแปลว่า จากความจริงที่ปรากฏ) - โดยพฤตินัย หมายถึงมาตรฐานที่เกิดขึ้นโดยไม่มีการเตรียมการหรือวางแผน ล่วงหน้า e.g. IBM PC, Unix de jure (มาจากภาษาลาตินแปลว่า ตามกฎหมาย) –โดยนิตินัย หมายถึงมาตรฐานที่เกิดขึ้นโดยมีการเตรียมการหรือวางแผนอย่างเป็น ทางการ มีการจัดตั้งคณะกรรมการรับผิดชอบและมีการยอมรับอย่าง เป็นทางการในระดับภูมิภาคหรือระดับระหว่างประเทศ แบ่งออกเป็นมาตรฐานที่กำหนดตามสนธิสัญญาและที่ให้การยอมรับ โดยสมัครใจ

ผู้รับผิดชอบด้านการจัดมาตรฐานสากล ISO (International Standard Organization) ก่อตั้งเมื่อ 1955 เป็นหน่วยงานอาสาสมัคร ไม่มีสนธิสัญญาใดบังคับ มีกรรมการ ด้านเทคนิคซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านสาขาต่างๆประมาณ 200 คน คณะทำงานอาสาสมัครประมาณ 1 แสนคน มีองค์กรควบคุมมาตรฐานของประเทศต่างๆเป็นสมาชิก 89 ประเทศ เช่น ANSI, BSI, AFNOR, DIN ได้ออกมาตรฐานเกี่ยวกับเรื่องต่างๆไปแล้วมากกว่า 5000 รายการ

จบบท