เครือข่ายคอมพิวเตอร์ Computer Network เครือข่ายคอมพิวเตอร์ TCP/IP ประวิทย์ พิมพิศาล http://prawitp.reru.ac.th

ชุดโปรโตคอล TCP/IP ปัจจุบันโปรโตคอล TCP/IP นิยมใช้กับเครือข่ายมากที่สุด เนื่องจาก TPC/IP เป็นโปรโตคอลพื้นฐานของระบบเครือข่าย Internet ซึ่งเป็นเครือข่ายที่ใหญ่ที่สุดในโลก และเป็นเครือข่ายที่ทำให้คอมพิวเตอร์กลายเป็นส่วนที่สำคัญในชีวิตประจำวันของสังคมมนุษย์ในปัจจุบัน ชุดโปรโตคอล TCP/IP ถูกพัฒนามาแล้วกกว่า 40 ปี โดยเริ่มมาจากกระทรวงกลาโหมสหรัฐอเมริกา มีจุดประสงค์เพื่อเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ที่ต่างระบบกัน สามารถสื่อสารกันผ่านเครือข่ายได้

ชุดโปรโตคอล TCP/IP อุปกรณ์เครือข่ายถูกผลิตจากหลากหลายบริษัท แต่สามารถทำงานร่วมกันได้ เนื่องจากอุปกรณ์แต่ละชิ้นผลิตตามมาตรฐานที่กำหนดโดยองค์กรกลาง โปรโตคอล TCP/IP เป็นมาตรฐานที่ได้รับความนิยมมากที่สุด สำหรับเครือข่ายในปัจจุบัน เนื่องจากเหตุผลดังนี้ เป็นโปรโตคอลระบบเปิด ที่ไม่มีบริษัทใดเป็นเจ้าของ เป็นโปรโตคอลที่ถูกออกแบบมาให้แพลทฟอร์มต่างกัน สามารถสื่อสารกันได้ เป็นโปรโตคอลที่ทดสอบให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพสูง และมีความสามารถในการขยายตัวสูง ด้วยการใช้งานใน Internet ซึ่งเป็นเครือข่ายที่ใหญ่ที่สุดในโลก โปรโตคอลนี้เป็นมาตรฐานกลางในการสื่อสารข้อมูลของคอมพิวเตอร์ เนื่องจากเป็นภาษาที่ใช้ใน Internet

TCP/IP และแบบอ้างอิง OSI OSI Reference Model TCP/IP 1 Application FTP, Telnet, HTTP, SMTP, DNS, etc 2 Presentation 3 Session Host-to-Host TCP UDP 4 Transport 5 Network Internet ICMP, IGMP ARP, RARP IP 6 Data Link Network Access Not Specified 7 Physical

TCP/IP และแบบอ้างอิง OSI OSI model นั้นนิยามหน้าที่ของแต่ละ layer ไว้อย่างชัดเจนและเจาะจง แต่สำหรับ TCP/IP แล้ว ได้นิยามแต่ละ layer ไว้อย่างกว้างๆ TCP/IP ชั้นบนสุดจะเกี่ยวกับ Process และ Application ต่างๆที่ทำงานอยู่บนเน็ทเวิร์กซึ่งครอบคลุมทั้ง 3 ชั้นบนสุดของ OSI Layer โปรโตคอลที่รู้จักกันดีในชั้นนี้ได้แก่ FTP, HTTP, SMTP, POP3 ในระดับชั้น Transport ได้กำหนดให้มีโปรโตคอลอยู่ 2 ประเภทคือ TCP และ UDP ในระดับชั้น Network จะมีโปรโตคอล IP ที่ดูแลในเรื่องการรับส่งแพ็กเก็ตไปบนเน็ทเวิร์กโดยตรง ในชุดโปรโตคอล TCP/IP นั้นประกอบด้วยโปรโตคอลย่อยที่ทำงานในเลเยอร์ต่างๆหลายโปรโตคอล

ชุดโปรโตคอล TCP/IP Application Layer การทำงานของโปรโตคอลในชั้นนี้จะเป็นการเข้าใช้ทรัพยากรระยะไกล (Remote Access) และการแชร์ทรัพยากร (Resource Sharing) โปรโตคอลในชั้นนี้ได้แก่ HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) ใช้สำหรับการรับส่งไฟล์ Webpage ระหว่าง Web Browser กับ Web Server SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) ใช้สำหรับรับส่ง e-mail ระหว่าง mail server POP (Post Office Protocol) ใช้สำหรับการดาวน์โหลด e-mail จาก mail server FTP (File Transfer Protocol) ใช้สำหรับถ่ายโอนไฟล์ระหว่าง Host Telnet สำหรับ Login เข้า Host ในระยะไกล

ชุดโปรโตคอล TCP/IP Host-to-Host Layer คล้ายกับการทำงานในส่วนของ Session และ Transport รวมกัน ในชั้นนี้มี 2 โปรโตคอลรวมกันคือ TCP และ UDP TCP (Transmission Control Protocol) มีรูปแบบการสื่อสารแบบ Connection-Oriented ซึ่งจะมีการสร้างการเชื่อมต่อก่อนการส่งข้อมูล เพื่อให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลจะถูกส่งถึงปลายทางได้อย่างแน่นอน และเมื่อรับส่งข้อมูลเสร็จแล้วก็จะยกเลิกการเชื่อมต่อ UDP (User Datagram Protocol) มีรูปแบบการส่งแบบ Connectionless คือไม่มีการสร้างการเชื่อมต่อกับเครื่องปลายทางก่อนส่ง โดยข้อมูลจะถูกส่งออกไปโดยทันที และคาดหวังว่าเครื่องปลายทางจะได้รับข้อมูลอย่างถูกต้องครบถ้วน

ชุดโปรโตคอล TCP/IP Internet Layer เทียบเท่ากับการทำงานใน Network Layer ซึ่งชั้นนี้จะรับส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายต่างๆ ตามเส้นทางเพื่อให้ถึงจุดหมายปลายทาง ชุดข้อมูลที่อยู่ในชั้นนี้เรียกว่า Packet โดยโปรโตคอลหลักที่ทำงานในชั้นนี้คือ IP (Internet Protocol) โปรโตคอลที่ช่วยให้การทำงานของ IP ในชั้นนี้ราบรื่น คือ ICMP (Internet Control Message Protocol) รายงานข้อผิดพลาดระหว่างการส่ง Packet IGMP (Internet Group Message Protocol) รายงาน Host ที่เป็นสมาชิกในกลุ่ม Multicast ARP (Address Resolution Protocol) แปลงหมาย IP Addressให้อยู่ในรูปของ MAC Address ใน Layer 2 RARP (Reversed Resolution Protocol) ทำงานตรงข้ามกับ ARP

ชุดโปรโตคอล TCP/IP Network Access Layer ตามมาตรฐานแล้วชุดโปรโตคอล TCP/IP ไม่ได้มีการกำหนดมาตรฐานสำหรับชั้นนี้ อย่างไรก็ตาม TCP/IP สามารถใช้กับ Network หลายประเภท โดย Network ที่ใช้กันมากที่สุดคือ Ethernet นอกจากนี้ packet ของ TCP/IP ยังสามารถส่งผ่านเครือข่ายอื่นๆได้ เช่น FDDI, ATM, X.25, Frame Relay, PPP, SLIP และ ISDN

IP (Internet Protocol) โปรโตคอล IP ทำหน้าที่เปรียบเสมือนที่ทำการไปรษณีย์ คือจะทำหน้าที่เกี่ยวกับการจัดส่ง Packet หรือบางทีเรียกว่า Datagram ซึ่งคือหน่วยของข้อมูลที่ได้รับมาจาก Layer ที่อยู่สูงกว่า เช่น TCP และ UDP ถ้า Host ปลายทางอยู่คนละเครือข่าย IP จะรับผิดชอบในการจัดหาเส้นทางให้ Packet ถูกส่งไปยังเครือข่ายที่ Host นั้นอยู่ ซึ่งการส่งข้ามเครือข่ายจะต้องใช้ Router ในการเชื่อมต่อเครือข่ายเหล่านั้น โปรโตคอล IP เป็นโปรโตคอลที่ให้บริการแบบ Connectionless ซึ่งให้ความเชื่อถือน้อย เนื่องจากไม่มีโครงสร้างในการเชื่อมต่อกันก่อนที่จะส่งข้อมูล ถ้าหากต้องการส่งข้อมูล Host จะทำการส่งออกไปทันทีโดยคาดหวังว่าเครื่อง Host ปลายทางจะได้รับ Packet นั้นในที่สุด การแก้ปัญหานี้จะปล่อยให้เป็นหน้าที่ของ Layer ที่อยู่สูงกว่ารับผิดชอบ

IP (Internet Protocol) IP Header (Version 4)

IP (Internet Protocol) IP Header (Version 4) Version : บอก version ของ IP ที่ใช้ Header Length : ขนาดข้อมูลในส่วนของ Header Type of Service : Total Length : บอกถึงขนาดความยาวทั้งหมด มีหน่วยเป็น Byte Identification : เป็นหมายเลขที่ใช้ระบุให้แต่ละ Packet ในกรณีที่ประกอบด้วยหลาย Packet Flag : เป็นฟิวล์ที่ใช้ในการจัดการกับการแบ่ง Packet ย่อย Flagment Offset : ใช้กำหนดตำแหน่งข้อมูลในดาต้าแกรมที่มีการแยกส่วน เพื่อให้นำกลับมาเรียงต่อกันได้อย่างถูกต้อง TTL: บอกช่วงระยะเวลาที่ได้ในเครือข่าย โดยใช้จำนวน Hop (จำนวนครั้งที่ผ่าน Router) เป็นตัวนับ Protocol : เป็นค่าที่บอกถึง Protocol ในชั้นที่สูงกว่า Checksum : ใช้ตรวจข้อผิดพลาดของ Packet Source IP Address : หมายเลข IP เครื่องส่ง Destination IP Address : หมายเลข IP เครื่องปลายทาง Data : ข้อมูลของโปรโตคอลที่อยู่สูงกว่า มีความยาวไม่คงที่

ARP (Address Resolution Protocol) เมื่อคอมพิวเตอร์ที่อยู่บนเครือข่ายเดียวกันต้องการที่จะสื่อสารกันจำเป็นที่จะต้องทราบหมายเลข Network Card หรือ หมายเลข MAC Address ของกันและกัน และ Packet ของ IP จะถูกห่อหุ้มด้วยเฟรมในระดับ Data Link ซึ่งจะมีหมายเลข MAC Address ของเครื่องส่งและเครื่องรับใส่ไปด้วย ปัญหาคือ เครื่องรับอาจไม่ทราบ MAC Address ของเครื่องรับ โปรโตคอล ARP (Address Resolution Protocol) จะทำหน้าที่ในการค้นหาหมายเลข MAC Address ของเครื่องที่มี IP Address ตามที่ต้องการ หลักการทำงานของ ARP คือ โฮสต์ที่อยากจะทราบหมายเลข MAC Address ของเครื่องที่มี IP นั้นจะทำการ Broadcast ไปยังทุกเครื่องที่อยู่ในเครือข่ายเดียวกัน ถ้ามีเครื่องที่มีหมายเลข IP ดังกล่าวแล้ว เครื่องนั้นจะตอบกลับมาพร้อมกับ MAC Address ของเครื่องนั้น หลังจากนั้นเครื่องส่งจะสามารถสื่อสารกันได้โดยตรงโดยใช้ MAC Address

ICMP (Internet Control Message Protocol)

ICMP (Internet Control Message Protocol) ทำหน้าที่รายงานข้อผิดพลาดต่างๆที่เกิดขึ้นในระหว่างที่มีการส่ง Packet ในเครือข่าย ใช้การส่งแบบ Connectionless ที่หมายถึงฝ่ายรับและฝ่ายส่งไม่ได้ประสานกันก่อน ประกอบฟังก์ชั่นต่างๆ ที่สามารถใช้เพื่อการวิเคราะห์และคุ้นหาจุดเสียของระบบ

IGPM (Internet Group Message Protocol) ทำหน้าที่แจ้งให้ Router ทราบเกี่ยวกับกลุ่มของ IP Address ที่เป็น Multicast ซึ่งข้อมูลนี้จะถูกส่งต่อๆกันไปยัง Router ต่างๆที่อยู่ในเครือข่าย เพื่อให้เครือข่ายสามารถรองรับการทำงานแบบ Multicast ได้ โดยการส่ง Packet ของ IGMP จะส่งเป็น IP Datagram ซึ่งเป็นการส่งแบบ Connectionless

Host-to-Host Layer TCP (Transport Control Protocol) Protocol ที่ให้บริการแบบ Connection-Oriented เป็นการส่งข้อมูลที่เชื่อถือได้ จะส่งข้อมูลทั้งหมดจนสำเร็จ ถ้าข้อมูลมีขนาดใหญ่ก็จะแบ่งย่อยออกเป็นหลายๆ Packet TCP จะทำหน้าที่ควบคุมการรับส่งข้อมูลย่อยจนหมด

Host-to-Host Layer

Host-to-Host Layer Session เพราะ TCP มีการส่งข้อมูลแบบ Connection-Oriented ดังนั้นก่อนการส่งข้อมูลจะต้องมีการสร้าง Session เพื่อเชื่อมต่อกับ Host ปลายทางเสียก่อน เป็นการสร้างการสนทนาอย่างเป็นรูปแบบทั้งฝั่งรับและฝั่งส่ง เพื่อในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดระหว่างส่งจะสามารถกู้ข้อมูลคืนมาได้ โดยขั้นตอนการสร้าง Session ประกอบด้วย 3 ขั้นตอนที่เรียกว่า Three-Way Handshake 1. Host ต้นทางส่ง Packet ไปบอก Host ปลายทางว่าต้องการส่งข้อมูล 2. Host ปลายทางตอบกลับพร้อมรหัสที่ใช้ในการรับส่งข้อมูล 3. Host ต้นทางส่ง Packet พร้อมรหัสที่ได้รับเพื่อเป็นการยืนยันการเชื่อมต่อ

Host-to-Host Layer Three-Way Handshake

Host-to-Host Layer Session ข้อมูลจริงจะส่งหลังจากที่สร้าง Session สำเร็จ การรับส่งข้อมูลทุกครั้งจะมีการยืนยันการรับข้อมูลจาก Host ปลายทางทุกครั้ง หลังจากรับส่งข้อมูลเสร็จ จะเป็นการยกเลิก Session การตอบกลับจะต้องทำภายในเวลาที่กำหนด ถ้าฝ่ายรับตอบช้าเกินกำหนด ฝ่ายส่งจะส่งข้อมูลนั้นออกไปใหม่ ฝ่ายรับจะเช็คความถูกต้องของข้อมูลทุกครั้ง

Host-to-Host Layer Windows Size จำนวนขนาดของ Byte ที่ฝ่ายรับได้รับก่อนที่จะตอบกลับ จำนวนขนาดของ Byte ที่ฝ่ายส่งสามารถส่งได้ก่อนที่จะรอการตอบกลับ

Host-to-Host Layer UDP (User Datagram Protocol) Protocol ที่ให้บริการแบบ Connectionless บางครั้งเรียกว่า Datagram เป็นการส่งข้อมูลที่ไม่น่าเชื่อถือ ไม่มีการสร้าง Session และไม่มีการตอบกลับเหมือน TCP ใช้การการ Broadcast และ Multicast ใช้กับบาง Application ที่ไม่ต้องการการตอบรับ

Host-to-Host Layer UDP (User Datagram Protocol)

Port Number เพื่อรองรับหลายๆ Application ในเครื่องเดียว จึงได้ใช้ Port และ Socket เพื่อช่วยในการแยกแยะ Application Application ที่รันบนเครื่องเดียวกันจะต้องใช้หมายเลข Port แตกต่างกัน Application ที่ถูกเรียกใช้ทั่วไปจะถูกกำหนดให้ใช้ Port เรียกว่า Well-known Port

Windows Socket Interface Port Number FTP Server SMTP Server www Server DNS Server Application Port 20, 21 Port 25 Port 80 Port 53 Windows Socket Interface Port 0 … 65536 Port 0 … 65536 Host-to-Host TCP UDP UDP/TCP Internet Network