ICT+ Introduction to Networks ดร. สุรศักดิ์ มังสิงห์ E-mail: surasak.mu@spu.ac.th mungsing@gmail.com URL: http://www.spu.ac.th/~surasak.mu

ICT+ Agenda SUN 06/07/51 (0900-1200): Overview (1300-1600): Network Topology and Basic Protocols SAT 12/07/51 (0900-1200): Principle of Data Communication SUN 13/07/51 (0900-1200): Guided and Wireless Networks (1300-1600): Networking Devices and Software SAT 19/07/51 (0900-1200): Switching and Routing and Internet SUN 20/07/51 (0900-1200): Network Security (1300-1600): Examination

The theoretical basis for data communication

การเปลี่ยนแปลงข่าวสาร ให้เป็น สัญญาณ การสื่อสารข้อมูล Information Transmission

สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Signals) รูปแบบของสัญญาณ สัญญาณซ้ำตามช่วงเวลา(Periodic Signal) สัญญาณไม่ซ้ำตามช่วงเวลา (Aperiodic Signal)

คุณลักษณะบางประการในหนึ่งคาบของสัญญาณ แอมปลิจูด (Amplitude): วัดจากค่าแรงดันไฟฟ้า (volt) ความถี่ (Frequency): จำนวนของไซเคิลต่อวินาที มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์ (Hz) คาบ (Period): ระยะเวลาที่สัญญาณเปลี่ยนแปลงครบหนึ่งรอบ T=1/f เฟส (Phase): การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณ วัดจากตำแหน่งมุมองศาของสัญญาณเมื่อเวลาเปลี่ยนไป

Amplitude Change Frequency Change

Phase Change

Time and Frequency Domains of different signals

Composite Signals คลื่น Periodic ส่วนใหญ่ ดูไม่เหมือนกับคลื่น Sine wave ปกติ แต่ถ้าความไม่ปกตินั้น เกิดขึ้นซ้ำกัน ก็ยังเป็นคลื่นที่เป็นแบบ Periodic คลื่นเหล่านี้ เกิดจากการรวมตัวกันของ คลื่น Sine หลายๆ คลื่น การแยกคลื่นเหล่านี้ออกมา โดยการใช้ Fourier Analysis

Composite waveform

Spectrum & Bandwidth Spectrum คือ ช่วงความถี่ของคลื่น

ความผิดเพี้ยนในการสื่อสารข้อมูลสำหรับตัวกลางแบบใช้สาย Attenuation พลังงานของสัญญาณลดลง เมื่อระยะทางเพิ่มมากขึ้น (Amplitude ลดลง) แก้ไขโดยใช้ Amplifier Distortion สัญญาณเปลี่ยนรูปร่าง หรือรูปแบบไปเนื่องจาก ความเร็วในการเดินทางของแต่ละความถี่ต่างกัน Noise สัญญาณรบกวน เช่น Thermal Noise , Induced Noise, Crosstalk, Impulse Noise

Attenuation Distortion

ประเภทของสัญญาณรบกวน Thermal: “white noise” เกิดจากอุปกรณ์เป็นแหล่งกำเนิดความร้อน มีลักษณะการแผ่กระจายคลื่นความร้อนรบกวน ในแบบคงที่ยากต่อการป้องกัน Induced Noise: เกิดจากการอุปกรณ์ที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น มอเตอร์ Crosstalk: เกิดจากการส่งสัญญาณไปในสายส่งที่อยู่ใกล้ชิดกัน Impulse noise: เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของระดับแรงดันกระแสไฟฟ้าอย่างกระทันหัน เช่น ฟ้าผ่า, อุปกรณ์มอเตอร์ไฟฟ้า

Channel Capacity อัตราในการส่งข้อมูลของช่องทางการสื่อสาร อยู่ภายใต้ข้อจำกัดในการสื่อสารต่างๆ ปริมาณในการส่งข้อมูลขึ้นอยู่กับ Data rate อัตราในการส่งข้อมูล มีหน่วยเป็น บิตต่อวินาที (bps) Bandwidth ความกว้างของช่องทางในการส่งข้อมูล ซึ่งขึ้นอยู่กับตัวส่งข้อมูล และตัวกลางในการส่งข้อมูล มีหน่วยเป็น Hertz Noise คลื่นสัญญาณรบกวน Error rate อัตราความผิดพลาดในการส่งข้อมูล

อัตราการส่งข้อมูล C = B log2 (1 + SNR) Shannon Equation Example: สายโทรศัพท์มี Bandwidth 3000 HZ (300 Hz to 3300 Hz), SNR = 3162 (35 dB) สายนี้มีอัตรการส่งข้อมูลเท่าไร? = 3000 log2 (3163) = 3000 * 11.62 = 34,860 bps C = B log2 (1 + SNR) B = Bandwidth C= Channel SNR = Signal-to-noise ratio

สื่อกลางการสื่อสาร Transmission Media

สื่อกลางส่งผ่านข้อมูล (Transmission Media) เส้นทางที่แท้จริงทางกายภาพ (physical path) เกิดขึ้นระหว่างตัวส่ง (transmitter) กับตัวรับ (receiver) ในระบบสื่อสาร ปัจจัยที่มีผลกระทบการออกแบบ กระบวนการส่งผ่านข้อมูล Bandwidth:- แถบความกว้าง Attenuation: การลดทอนสัญญาณเมื่อเทียบกับระยะทาง Interference:- การแทรกสอด/การรบกวนสัญญาณ Number of receivers:- จำนวนของตัวรับ

สื่อกลางส่งผ่านข้อมูล (Transmission Media) แบ่งเป็น 2 ประเภท Guided Media or Wired:- ตัวกลางแบบสาย/ตัวกลางนำทาง วัสดุเป็นตัวกลางนำสัญญาณ มีลักษณะเป็นสายหรือเส้น เช่น สายทองแดง สายเส้นใยแก้วนำแสง (fiber optic cable) Unguided media or Wireless:- ตัวกลางไร้สาย ตัวกลางอยู่ในรูปคลื่น ในย่านความถี่ต่างๆกัน เช่นคลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ ซึ่งไม่ต้องการตัวพาหะในลักษณะของสายสำหรับการส่งสัญญาณ

Guided Transmission Media Types of Cables Twisted-Pair Unshielded (UTP) Shielded (STP) 10BaseT Coaxial ThinNet ThickNet 10Base2, 10Base5 Fiber-Optic

Twisted-Pair Cable ประกอบด้วยสายทองแดงสองเส้นบิดพันเป็นเกลียว 4 คู่เพื่อลดการแทรกสอดของสัญญาณจากคู่สายสัญญาณที่อยู่ชิดกัน ผู้ใช้มักนำสายประเภทนี้ไปเป็นสายนำสัญญาณกับระบบโทรศัพท์เพื่อให้ได้ระยะทางการเดินสายที่ไกลขึ้น สัญญาณที่ใช้อยู่ในช่วงคลื่นความถี่ต่ำ 100 Hz – 5 MHz

ประเภทของสายคู่บิดเกลียว Shielded Twisted-Pair (STP) Unshielded Twisted-Pair (UTP)

ข้อดีของสายคู่บิดเกลียว ข้อด้อยของสายคู่บิดเกลียว มีราคาไม่แพงและหาได้ง่าย น้ำหนักเบา ติดตั้งง่าย มีคุณสมบัติด้านการปกป้องการแทรกสอด และการรบกวนของสัญญาณจากภายนอกได้น้อย ปัญหาด้านการลดทอนสัญญาณ สัญญาณอะนาล็อก : จำเป็นต้องตั้งอุปกรณ์ทวนสัญญาณ (repeater) ทุกๆ 5-6 กม. สัญญาณดิจิตอล : จำเป็นต้องตั้งอุปกรณ์ทวนสัญญาณ ทุกๆ 2-3 กม. เป็นตัวกลางที่มีแถบความกว้างการส่งผ่านสัญญาณต่ำ (3000Hz)

Coaxial Cable ตัวโลหะนำสัญญาณถูกพันรอบด้วยร่างแหโลหะอีกชั้นหนึ่ง

Coax Layers

ข้อด้อย สายโคแอกเชียล ข้อดี สายโคแอกเชียล สามารถดัก(ดึง)สัญญาณออกไปจากสายหลักได้ง่าย (เป็นทั้งข้อดีและข้อเสีย) มีคุณสมบัติด้านการปกป้องสัญญาณแทรกสอดและสัญญาณรบกวนได้ดีกว่า สายคู่บิดเกลียว ข้อด้อย สายโคแอกเชียล ค่าการลดทอนของสัญญาณจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางที่มากขึ้น สายมีขนาดใหญ่(เมื่อเทียบกับสายคู่บิดเกลียว) เมื่อนำมาเดินสายสัญญาณพร้อมกันหลายเส้น ทำให้เกิดเป็นท่อสายขนาดใหญ่ ไม่สะดวกต่อการติดตั้ง

Fiber Optic Cable

Fiber Optic Cable สัมพันธ์โดยตรงกับการใช้เป็นสื่อกลางส่งสัญญาณสมัยใหม่ เช่นนำไปใช้ในการส่งสัญญาณในธุรกิจการสื่อสาร ระบบโทรศัพท์ระยะไกล บางบริษัทอาจนำไปใช้กับงานเดินสายสัญญาณเครือข่ายภายในบริษัท ต้องใช้อุปกรณ์กำเนิดแสงในแบบเดียวกับเลเซอร์ : injection laser diode (ILD) หรือ light-emitting diode (LED)

ข้อเสีย ไฟเบอร์ออปติก ข้อดี ไฟเบอร์ออปติก มีความสามารถในการส่งสัญญาณ(ข้อมูล)ได้คราวละมากๆ เพราะมีแถบความกว้างสัญญาณถึง 2 Mbps มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา มีค่าการลดทอนสัญญาณต่ำ มีคุณสมบัติการปกป้องการแทรกสอดจากสัญญาณภายนอก มีความปลอดภัยจากการดักสัญญาณ เพราะทำได้ยาก ซึ่งเป็นสมบัติทางกายภาพของวัสดุนี้ มีราคาแพง เมื่อใช้กับระยะทางสั้น ต้องการความชำนาญอย่างมากสำหรับผู้ติดตั้ง การเพิ่มจำนวนโหนดอุปกรณ์ ทำได้ยาก

Wireless Transmission การส่งผ่านและการรับสัญญาณใช้อุปกรณ์ เรียกว่า antenna ซึ่งการแพร่สัญญาณกระทำได้ 2 แบบ Directional - แบบกำหนดทิศทาง สัญญาณที่ส่งออกจาก antenna จะถูกรวมที่จุดศูนย์กลางแล้วส่งไปเป็นแนวเส้นตรง อุปกรณ์ตัวส่งและตัวรับ จะต้องอยู่ในแนวทิศทางเดียวกัน Omnidirectional - แบบไม่กำหนดทิศทาง สัญญาณจะกระจายออกไปทุกทิศทุกทาง การรับสัญญาณสามารถรับได้จากหลาย antenna ในที่ต่างๆกัน

Terrestrial Microwave

การรับ-ส่งคลื่นสัญญาณไมโครเวฟภาคพื้นดิน ใช้ความถี่ที่อยู่ในย่านความถี่วิทยุระหว่าง 2 to 40 Ghz อุปกรณ์ตัวส่งมีลักษณะเป็นจานพาราโบล่า ติดตั้งไว้ในบริเวณที่สูงเท่าที่จะทำได้ ปกติใช้ร่วมกับระบบเครื่อข่ายส่วนบุคคล (private network) เช่น LAN ต้องไม่มีสิ่งกีดขวางระหว่างแนวเส้นทางที่มีการรับ-ส่งสัญญาณ ส่วนโค้งของโลกอาจเป็นอุปสรรคต่อการรับ-ส่งสัญญาณ จึงต้องตั้งสถานีทวนสัญญาณในทุกๆระยะทางประมาณ 40 กม. แต่ก็สามารถแก้ไขปัญหาเรื่องระยะทางได้ โดยการตั้งเสาสัญญาณให้มีความสูงขึ้น

ข้อดี การใช้ระบบสื่อสารแบบไมโครเวฟ ไม่ต้องเดินสายสัญญาณ มีค่าแถบความกว้างขนาดใหญ่ สามารถแบ่งออกเป็นหลายช่องการสื่อสาร(multi-channel transmissions) ข้อเสีย การใช้ระบบสื่อสารแบบไมโครเวฟ การกำหนดแนวเส้นทางการรับ-ส่ง สัญญาณ เป็นสิ่งสำคัญ ค่าใช้จ่ายสำหรับพื้นที่ติดตั้งอุปกรณ์บนยอดอาคารมีราคาแพง การรบกวนอาจเกิดขึ้นได้ง่าย เช่นแนวสัญญาณทับซ้อนกับแนวทิศทางการบินของเครื่องบิน, การเกิดฝุ่นละอองและไอน้ำจากฝนตก

การรับส่งสัญญาณผ่านระบบดาวเทียม ต้องมีสถานีส่งทอดสัญญาณอยู่ในอวกาศ สามารถส่งทอดสัญญาณเป็นบริเวณพื้นที่ขนาดใหญ่ เช่น ดาวเทียม (geostationary satellites) ลอยอยู่เหนือพื้นโลกขึ้นไปที่ระดับความสูง 22,300 ไมล์ ด้วยอัตราเร็วเท่ากับที่โลกหมุนรอบตัวเอง

การใช้งานสื่อสาร ด้วยระบบดาวเทียม การแพร่สัญญาณภาพและเสียงในระบบโทรทัศน์ สถานีเครือข่ายจัดรายการโปรแกรม จะอยู่บริเวณศูนย์กลางของพื้นที่บริการ ตั้งจานรับสัญญาณในทิศทางเดียวกับตำแหน่งดาวเทียม (direct broadcast satellite : DBS) ระบบโทรศัพท์ทางไกล (long-distance telephone transmission) มักจะใช้งานกับศูนย์โทรคมนาคม เพื่อส่งทอดสัญญาณ ใช้กับงานการเชื่อมโยงระบบเครือข่ายของธุรกิจเอกชน

ข้อดี-ข้อด้อย ของการใช้ระบบสื่อสารดาวเทียม ครอบคลุ่มพื้นที่บริการระบบสื่อสารเป็นบริเวณขนาดใหญ่ มีแถบความกว้างของสัญญาณขนาดใหญ่ มีต้นทุนการสื่อสารต่ำ เมื่อเทียบกับระยะทางไกลๆ คุ้มค่า ข้อด้อย มีค่าใช้จ่ายเริ่มต้นสูง (Installation Cost) ถูกรบกวนและแทรกสอดสัญญาณได้ง่าย เช่น จากการแปรปวน ของสภาพดินฟ้าอากาศ มีความล่าช้า(เวลา) ในการส่งทอดสัญญาณ (Propagation Delay)