เครือข่ายคอมพิวเตอร์

ตัวอย่างแผนผังการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์แบบ Token Ring

เครือข่ายคอมพิวเตอร์ หรือ คอมพิวเตอร์เน็ตเวิร์ก (อังกฤษ: computer network; ศัพท์บัญญัติว่า ข่ายงานคอมพิวเตอร์) คือเครือข่ายการสื่อสารโทรคมนาคมระหว่างคอมพิวเตอร์จำนวนตั้งแต่สองเครื่องขึ้นไปสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกันได้ การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ต่าง ๆ ในเครือข่าย (โหนดเครือข่าย) จะใช้สื่อที่เป็นสายเคเบิลหรือสื่อไร้สาย เครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่รู้จักกันดีคือ อินเทอร์เน็ต

การที่ระบบเครือข่ายมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในปัจจุบัน เพราะมีการใช้งานคอมพิวเตอร์อย่างแพร่หลาย จึงเกิดความต้องการที่จะเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เหล่านั้นถึงกัน เพื่อเพิ่มความสามารถของระบบให้สูงขึ้น และลดต้นทุนของระบบโดยรวมลง

การโอนย้ายข้อมูลระหว่างกันในเครือข่าย ทำให้ระบบมีขีดความสามารถเพิ่มมากขึ้น การแบ่งการใช้ทรัพยากร เช่น หน่วยประมวลผล, หน่วยความจำ, หน่วยจัดเก็บข้อมูล, โปรแกรมคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่มีราคาแพงและไม่สามารถจัดหามาให้ทุกคนได้ เช่น เครื่องพิมพ์ เครื่องกราดภาพ (scanner) ทำให้ลดต้นทุนของระบบลงได้

อุปกรณ์เครือข่ายที่สร้างข้อมูล, ส่งมาตามเส้นทางและบรรจบข้อมูลจะเรียกว่าโหนดเครือข่าย โหนดประกอบด้วยโฮสต์เช่นเซิร์ฟเวอร์, คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและฮาร์ดแวร์ของระบบเครือข่าย อุปกรณ์สองตัวจะกล่าวว่าเป็นเครือข่ายได้ก็ต่อเมื่อกระบวนการในเครื่องหนึ่งสามารถที่จะแลกเปลี่ยนข้อมูลกับกระบวนการในอีกอุปกรณ์หนึ่งได้

เครือข่ายจะสนับสนุนแอปพลิเคชันเช่นการเข้าถึงเวิลด์ไวด์เว็บ, การใช้งานร่วมกันของแอปพลิเคชัน, การใช้เซิร์ฟเวอร์สำหรับเก็บข้อมูลร่วมกัน, การใช้เครื่องพิมพ์และเครื่องแฟ็กซ์ร่วมกันและการใช้อีเมลและโปรแกรมส่งข้อความโต้ตอบแบบทันทีร่วมกัน

การเชื่อมโยงเครือข่าย

สื่อกลางการสื่อสารที่ใช้ในการเชื่อมโยงอุปกรณ์เพื่อสร้างเป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยสายเคเบิลไฟฟ้า (HomePNA, สายไฟฟ้าสื่อสาร, G.hn), ใยแก้วนำแสง และคลื่นวิทยุ (เครือข่ายไร้สาย) ในโมเดล OSI สื่อเหล่านี้จะถูกกำหนดให้อยู่ในเลเยอร์ที่ 1 และที่ 2 หรือชั้นกายภาพและชั้นเชื่อมโยงข้อมูล

ครอบครัวของสื่อการสื่อสารที่ถูกพัฒนาอย่างกว้างขวางและถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีเครือข่ายท้องถิ่น (LAN) เรียกว่า อีเธอร์เน็ต มาตรฐานของสื่อกลางและของโพรโทคอลที่ช่วยในการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ในเครือข่ายอีเธอร์เน็ตถูกกำหนดโดยมาตรฐาน IEEE 802 อีเธอร์เน็ตในโลกไซเบอร์มีทั้งเทคโนโลยีของ LAN แบบใช้สายและแบบไร้สาย อุปกรณ์ของ LAN แบบใช้สายจะส่งสัญญาณผ่านสื่อกลางที่เป็นสายเคเบิล อุปกรณ์ LAN ไร้สายใช้คลื่นวิทยุหรือสัญญาณอินฟราเรดเป็นสื่อกลางในการส่งผ่านสํญญาณ

เทคโนโลยีแบบใช้สาย

เทคโนโลยีแบบใช้สายต่อไปนี้เรียงลำดับตามความเร็วจากช้าไปเร็วอย่างหยาบ ๆ

รูปแสดงสาย UTP

สายคู่บิดเป็นสื่อที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการสื่อสารโทรคมนาคมทั้งหมด สายคู่บิดประกอบด้วยกลุ่มของสายทองแดงหุ้มฉนวนที่มีการบิดเป็นคู่ ๆ สายโทรศัพท์ธรรมดาที่ใช้ภายในบ้านทั่วไปประกอบด้วยสายทองแดงหุ้มฉนวนเพียงสองสายบิดเป็นคู่ สายเคเบิลเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (แบบใช้สายอีเธอร์เน็ตตามที่กำหนดโดยมาตรฐาน IEEE 802.3) จะเป็นสายคู่บิดจำนวน 4 คู่สายทองแดงที่สามารถใช้สำหรับการส่งทั้งเสียงและข้อมูล การใช้สายไฟสองเส้นบิดเป็นเกลียวจะช่วยลด crosstalk และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างสายภายในเคเบิลชุดเดียวกัน ความเร็วในการส่งอยู่ในช่วง 2 ล้านบิตต่อวินาทีถึง 10 พันล้านบิตต่อวินาที สายคู่บิดมาในสองรูปแบบคือคู่บิดไม่มีต้วนำป้องกัน (การรบกวนจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก) (unshielded twisted pair หรือ UTP) และคู่บิดมีตัวนำป้องกัน (shielded twisted pair หรือ STP) แต่ละรูปแบบออกแบบมาหลายอัตราความเร็วในการใช้งานในสถานการณ์ต่างกัน

รูปแสดง STP จะเห็น sheath ที่เป็นตัวนำป้องกันอยู่รอบนอก

สายโคแอคเชียลถูกใช้อย่างแพร่หลายสำหรับระบบเคเบิลทีวี, ในอาคารสำนักงานและสถานที่ทำงานอื่น ๆ ในเครือข่ายท้องถิ่น สายโคแอคประกอบด้วยลวดทองแดงหรืออะลูมิเนียมเส้นเดี่ยวที่ล้อมรอบด้วยชั้นฉนวน (โดยปกติจะเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นกับไดอิเล็กทริกคงที่สูง) และล้อมรอบทั้งหมดด้วยตัวนำอีกชั้นหนึ่งเพื่อป้องกันการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายนอก ฉนวนไดอิเล็กทริกจะช่วยลดสัญญาณรบกวนและความผิดเพี้ยน ความเร็วในการส่งข้อมูลอยู่ในช่วง 200 ล้านบิตต่อวินาทีจนถึงมากกว่า 500 ล้านบิตต่อวินาที

รูปแสดงสายโคแอคเชียล

'ITU-T G.hn เป็นเทคโนโลยีที่ใช้สายไฟที่มีอยู่ในบ้าน (สายโคแอค, สายโทรศัพท์และสายไฟฟ้า) เพื่อสร้างเครือข่ายท้องถิ่นความเร็วสูง (ถึง 1 Gb/s)

ใยแก้วนำแสง เป็นแก้วไฟเบอร์ จะใช้พัลส์ของแสงในการส่งข้อมูล ข้อดีบางประการของเส้นใยแสงที่เหนือกว่าสายโลหะก็คือมีการสูญเสียในการส่งน้อยและมีอิสรภาพจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและมีความเร็วในการส่งรวดเร็วมากถึงล้านล้านบิตต่อวินาที เราสามารถใช้ความยาวคลื่นที่แตกต่างของแสงที่จะเพิ่มจำนวนของข้อความที่ถูกส่งผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงพร้อมกันในเส้นเดียวกัน

เทคโนโลยีไร้สาย

ไมโครเวฟบนผิวโลก การสื่อสารไมโครเวฟบนผิวโลกจะใช้เครื่องส่งและเครื่องรับสัญญาณจากสถานีบนผิวโลกที่มีลักษณะคล้ายจานดาวเทียม ไมโครเวฟภาคพื้นดินอยู่ในช่วงกิกะเฮิรตซ์ที่ต่ำ ซึ่งจำกัดการสื่อสารทั้งหมดด้วยเส้นสายตาเท่านั้น สถานีทวนสัญญาณมีระยะห่างประมาณ 48 กิโลเมตร (30 ไมล์)

ดาวเทียมสื่อสาร การสื่อสารดาวเทียมผ่านทางคลื่นวิทยุไมโครเวฟที่ไม่ได้เบี่ยงเบนโดยชั้นบรรยากาศของโลก ดาวเทียมจะถูกส่งไปประจำการในอวกาศ ที่มักจะอยู่ในวงโคจร geosynchronous ที่ 35,400 กิโลเมตร (22,000 ไมล์) เหนือเส้นศูนย์สูตร ระบบการโคจรของโลกนี้มีความสามารถในการรับและถ่ายทอดสัญญาณเสียง, ข้อมูลและทีวี

ระบบเซลลูลาร์และ PCS ใช้เทคโนโลยีการสื่อสารวิทยุหลายเทคโนโลยี ระบบแบ่งภูมิภาคที่ครอบคลุมออกเป็นพื้นที่ทางภูมิศาสตร์หลายพื้นที่ แต่ละพื้นที่มีเครื่องส่งหรืออุปกรณ์เสาอากาศถ่ายทอดสัญญาณวิทยุพลังงานต่ำเพื่อถ่ายทอดสัญญาณเรียกจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกพื้นที่หนึ่งข้างหน้า

เทคโนโลยีวิทยุและการแพร่กระจายสเปกตรัม เครือข่ายท้องถิ่นไร้สายจะใช้เทคโนโลยีวิทยุความถี่สูงคล้ายกับโทรศัพท์มือถือดิจิทัลและเทคโนโลยีวิทยุความถี่ต่ำ LAN ไร้สายใช้เทคโนโลยีการแพร่กระจายคลื่นความถี่เพื่อการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์หลายชนิดในพื้นที่จำกัด IEEE 802.11 กำหนดคุณสมบัติทั่วไปของเทคโนโลยีคลื่นวิทยุไร้สายมาตรฐานเปิดที่รู้จักกันคือ Wifi

การสื่อสารอินฟราเรด สามารถส่งสัญญาณระยะทางสั้น ๆ มักไม่เกิน 10 เมตร ในหลายกรณีส่วนใหญ่ การส่งแสงจะใช้แบบเส้นสายตา ซึ่งจำกัดตำแหน่งการติดตั้งของอุปกรณ์การสื่อสาร

เครือข่ายทั่วโลก (global area network หรือ GAN) เป็นเครือข่ายที่ใช้สำหรับการสนับสนุนการใช้งานมือถือข้ามหลาย ๆ LAN ไร้สาย หรือในพื้นที่ที่ดาวเทียมครอบคลุมถึง ฯลฯ ความท้าทายที่สำคัญในการสื่อสารเคลื่อนที่คือการส่งมอบการสื่อสารของผู้ใช้จากพื้นที่หนึ่งไปอีกพื้นที่หนึ่ง ใน IEEE 802 การส่งมอบนี้เกี่ยวข้องกับความต่อเนื่องของ LAN ไร้สายบนผิวโลก

เทคโนโลยีที่แปลกใหม่

มีความพยายามต่าง ๆ ที่ขนส่งข้อมูลผ่านสื่อที่แปลกใหม่ ได้แก่:

• IP over Avian Carriers เป็นอารมณ์ขันของ April's fool เป็น RFC 1149 มันถูกนำมาใช้ในชีวิตจริงในปี 2001
• ขยายอินเทอร์เน็ตเพื่อมิติอวกาศผ่านทางคลื่นวิทยุ

ทั้งสองกรณีมีการหน่วงเวลาสูงอันเนื่องมาจากสัญญาณต้องเดินทางไปกลับ ซึ่งจะทำให้การสื่อสารสองทางล่าช้ามาก แต่ก็ไม่ได้ขัดขวางการส่งข้อมูลจำนวนมาก

ชนิดของเครือข่าย

ระบบเครือข่ายจะถูกแบ่งออกตามขนาดของเครือข่าย ซึ่งปัจจุบันเครือข่ายที่รู้จักกันดีมีอยู่ 6 แบบ ได้แก่

• เครือข่ายภายใน หรือ แลน (Local Area Network: LAN) เป็นเครือข่ายที่ใช้ในการ เชื่อมโยงกันในพื้นที่ใกล้เคียงกัน เช่นอยู่ในห้อง หรือภายในอาคารเดียวกัน
• เครือข่ายวงกว้าง หรือ แวน (Wide Area Network: WAN) เป็นเครือข่ายที่ใช้ในการ เชื่อมโยงกัน ในระยะทางที่ห่างไกล อาจจะเป็น กิโลเมตร หรือ หลาย ๆ กิโลเมตร
• เครือข่ายงานบริเวณนครหลวง หรือ แมน (Metropolitan area network : MAN)
• เครือข่ายของการติดต่อระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือ แคน (Controller area network) : CAN) เป็นเครือข่ายที่ใช้ติดต่อกันระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์ (Micro Controller unit: MCU)
• เครือข่ายส่วนบุคคล หรือ แพน (Personal area network) : PAN) เป็นเครือข่ายระหว่างอุปกรณ์เคลื่อนที่ส่วนบุคคล เช่น โน้ตบุ๊ก มือถือ อาจมีสายหรือไร้สายก็ได้
• เครือข่ายข้อมูล หรือ แซน (Storage area network) : SAN) เป็นเครือข่าย (หรือเครือข่ายย่อย) ความเร็วสูงวัตถุประสงค์เฉพาะที่เชื่อมต่อภายในกับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลชนิดต่างกันด้วยแม่ข่ายข้อมูลสัมพันธ์กันบนคัวแทนเครือข่ายขนาดใหญ่ของผู้ใช้

อุปกรณ์เครือข่าย

• เซิร์ฟเวอร์ (Server) หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เครื่องแม่ข่าย เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์หลักในเครือข่าย ที่ทำหน้าที่จัดเก็บและให้บริการไฟล์ข้อมูลและทรัพยากรอื่น ๆ กับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น ๆ ใน เครือข่าย โดยปกติคอมพิวเตอร์ที่นำมาใช้เป็นเซิร์ฟเวอร์มักจะเป็นเครื่องที่มีสมรรถนะสูง และมีฮาร์ดดิสก์ความจำสูงกว่าคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น ๆ ในเครือข่าย
• ไคลเอนต์ (Client) หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า เครื่องลูกข่าย เป็นคอมพิวเตอร์ในเครือข่ายที่ร้องขอ บริการและเข้าถึงไฟล์ข้อมูลที่จัดเก็บในเซิร์ฟเวอร์ หรือพูดง่าย ๆ ก็คือ ไคลเอนต์ เป็นคอมพิวเตอร์ ของผู้ใช้แต่ละคนในระบบเครือข่าย
• ฮับ (HUB) หรือ เรียก รีพีตเตอร์ (Repeater) คืออุปกรณ์ที่ใช้เชื่อมต่อกลุ่มคอมพิวเตอร์ ฮับ มีหน้าที่รับส่งเฟรมข้อมูลทุกเฟรมที่ได้รับจากพอร์ตใดพอร์ตหนึ่ง ไปยังพอร์ตที่เหลือ คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับฮับจะแชร์แบนด์วิธหรืออัตราข้อมูลของเครือข่าย เพราะฉะนั้นถ้ามีคอมพิวเตอร์เชื่อมต่อมากจะทำให้อัตราการส่งข้อมูลลดลง
• เนทเวิร์ค สวิตช์ (Switch) คืออุปกรณ์เครือข่ายที่ทำหน้าที่ในเลเยอร์ที่ 2 และทำหน้าที่ส่งข้อมูลที่ได้รับมาจากพอร์ตหนึ่งไปยังพอร์ตเฉพาะที่เป็นปลายทางเท่านั้น และทำให้คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกับพอร์ตที่เหลือส่งข้อมูลถึงกันในเวลาเดียวกัน ดังนั้น อัตราการรับส่งข้อมูลหรือแบนด์วิธจึงไม่ขึ้นอยู่กับคอมพิวเตอร์ ปัจจุบันนิยมเชื่อมต่อแบบนี้มากกว่าฮับเพราะลดปัญหาการชนกันของข้อมูล
• เราต์เตอร์ (Router) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในเลเยอร์ที่ 3 เราท์เตอร์จะอ่านที่อยู่ (Address) ของสถานีปลายทางที่ส่วนหัว (Header) ข้อแพ็กเก็ตข้อมูล เพื่อที่จะกำหนดและส่งแพ็กเก็ตต่อไป เราท์เตอร์จะมีตัวจัดเส้นทางในแพ็กเก็ต เรียกว่า เราติ้งเทเบิ้ล (Routing Table) หรือตารางจัดเส้นทางนอกจากนี้ยังส่งข้อมูลไปยังเครือข่ายที่ให้โพรโทคอลต่างกันได้ เช่น IP (Internet Protocol) , IPX (Internet Package Exchange) และ AppleTalk นอกจากนี้ยังเชื่อมต่อกับเครือข่ายอื่นได้ เช่น เครือข่ายอินเทอร์เน็ต
• บริดจ์ (Bridge) เป็นอุปกรณ์ที่มักจะใช้ในการเชื่อมต่อวงแลน (LAN Segments) เข้าด้วยกัน ทำให้สามารถขยายขอบเขตของ LAN ออกไปได้เรื่อย ๆ โดยที่ประสิทธิภาพรวมของระบบ ไม่ลดลงมากนัก เนื่องจากการติดต่อของเครื่องที่อยู่ในเซกเมนต์เดียวกันจะไม่ถูกส่งผ่าน ไปรบกวนการจราจรของเซกเมนต์อื่น และเนื่องจากบริดจ์เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานอยู่ในระดับ Data Link Layer จึงทำให้สามารถใช้ในการเชื่อมต่อเครือข่ายที่แตกต่างกันในระดับ Physical และ Data Link ได้ เช่น ระหว่าง Eternet กับ Token Ring เป็นต้น

บริดจ์ มักจะถูกใช้ในการเชื่อมเครือข่ายย่อย ๆ ในองค์กรเข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายใหญ่ เพียงเครือข่ายเดียว เพื่อให้เครือข่ายย่อย ๆ เหล่านั้นสามารถติดต่อกับเครือข่ายย่อยอื่น ๆ ได้

• เกตเวย์ (Gateway) เป็นอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ที่เชื่อมต่อเครือข่ายต่างประเภทเข้าด้วยกัน เช่น การใช้เกตเวย์ในการเชื่อมต่อเครือข่าย ที่เป็นคอมพิวเตอร์ประเภทพีซี (PC) เข้ากับคอมพิวเตอร์ประเภทแมคอินทอช (MAC) เป็นต้น

โพรโทคอลการสื่อสาร

คือชุดของกฎหรือข้อกำหนดต่าง ๆ สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลในเครือข่าย ในโพรโทคอลสแต็ค (ระดับชั้นของโพรโทคอล ดูแบบจำลองโอเอสไอ) แต่ละโพรโทคอลยกระดับการให้บริการของโพรโทตคลที่อยู่ในชั้นล่าง ตัวอย่างที่สำคัญในโพรโทคอลสแต็คได้แก่ HTTP ที่ทำงานบน TCP over IP ผ่านข้อกำหนด IEEE 802.11 (TCP และ IP ที่เป็นสมาชิกของชุดโพรโทคอลอินเทอร์เน็ต IEEE 802.11 เป็นสมาชิกของชุดอีเธอร์เน็ตโพรโทคอล) สแต็คนี้จะถูกใช้ระหว่างเราต์เตอร์ไร้สายกับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลของผู้ใช้ตามบ้านเมื่อผู้ใช้จะท่องเว็บ

โพรโทคอลการสื่อสารมีลักษณะต่าง ๆ กัน ซึ่งอาจจะเชื่อมต่อแบบ connection หรือ connectionless, หรืออาจจะใช้ circuit mode หรือแพ็กเกตสวิตชิง, หรืออาจใช้การ addressing ตามลำดับชั้นหรือแบบ flat

มีโพรโทคอลการสื่อสารมากมาย บางส่วนได้อธิบายไว้ด้านล่างนี้

อีเธอร์เน็ต

อีเธอร์เน็ตเป็นครอบครัวของโพรโทคอลที่ใช้ในระบบ LAN, ตามที่อธิบายอยู่ในชุดของมาตรฐานที่เรียกว่า IEEE 802 เผยแพร่โดยสถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีวิธีการ addressing แบบ flat และจะดำเนินการส่วนใหญ่ที่ระดับ 1 และ 2 ของแบบจำลอง OSI สำหรับผู้ใช้ที่บ้านในวันนี้ สมาชิกส่วนใหญ่ของครอบครัวของโพรโทคอลที่รู้จักกันดีนี้คือ IEEE 802.11 หรือที่เรียกว่า Wireless LAN (WLAN). IEEE 802 โพรโทคอลชุดสมบูรณ์จัดให้มีความหลากหลายของความสามารถเครือข่าย ตัวอย่างเช่น MAC bridging (IEEE 802.1D) ทำงานเกี่ยวกับการ forwarding ของแพ็กเกตอีเธอร์เน็ตโดยใช้โพรโทคอล Spanning tree, IEEE 802.1Q อธิบาย VLANs และ IEEE 802.1X กำหนดโพรโทคอลที่ใช้ควบคุมการเข้าถึงเครือข่ายแบบพอร์ตซึ่งฟอร์มตัวเป็นพื้นฐานสำหรับกลไกการตรวจสอบที่ใช้ใน VLANs (แต่ก็ยังพบในเครือข่าย WLANs อีกด้วย) - มันเป็นสิ่งที่ผู้ใช้ตามบ้านเห็นเมื่อผู้ใช้จะต้องใส่ "wireless access key"

Internet protocol suite

อินเทอร์เน็ตโพรโทคอลสวืท, หรือที่เรียกว่า TCP / IP, เป็นรากฐานของระบบการเชื่อมโยงเครือข่ายที่ทันสมัย ทำให้มีการเชื่อมต่อแบบ connection-less เช่นเดียวกับ connection-oriented ผ่านเครือข่ายที่ไม่น่าเชื่อถือโดยการส่งดาต้าแกรม (ข้อมูลที่ถูกแบ่งเป็นชิ้นเล็ก ๆ ) ที่เลเยอร์โพรโทคอลอินเทอร์เน็ต (IP) ที่แกนกลางของมัน ชุดโพรโทคอลกำหนด address, การระบุตัวตน, และคุณสมบัติของการเราต์ติงสำหรับ Internet Protocol Version 4 (IPv4) และ IPv6 ซึ่งรุ่นต่อไปที่มีความสามารถในการขยายระบบ addressing อย่างมาก

SONET/SDH

Synchronous optical networking (SONET) และ Synchronous Digital Hierarchy (SDH) เป็นโพรโทคอลมาตรฐานสำหรับการ multiplexing ที่ทำการถ่ายโอนกระแสบิตดิจิทัลที่หลากหลายผ่านใยแก้วนำแสง พวกมันแต่เดิมถูกออกแบบมาเพื่อการขนส่งในการสื่อสารแบบ circuit mode จากแหล่งที่มาที่หลากหลายแตกต่างกัน, เบื้องต้นเพื่อสนับสนุนระบบเสียงที่เป็น circuit-switched ที่เข้ารหัสในฟอร์แมท PCM (Pulse-Code Modulation) ที่เป็นเรียลไทม์และ ถูกบีบอัด อย่างไรก็ตามเนื่องจากความเป็นกลางและคุณสมบัติที่เป็น transport-oriented, SONET/SDH ยังเป็นตัวเลือกที่ชัดเจนสำหรับการขนส่งเฟรมของ Asynchronous Transfer Mode (ATM)

Asynchronous Transfer Mode

เป็นเทคนิคการ switching สำหรับเครือข่ายการสื่อสารโทรคมนาคม ที่ใช้ asynchronous time-division multiplexing ATM จะเข้ารหัสข้อมูลที่เป็นเซลล์ขนาดเล็กคงที่ วิธีนี้จะแตกต่างจากโพรโทคอลอื่น ๆ เช่น Internet Protocol สวีทหรืออีเธอร์เน็ตที่ใช้แพ็กเกตหลายขนาด ATM มีความคล้ายคลึงกันกับ circuit switched และ packet switched networking. ATM จึงเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับเครือข่ายที่ต้องจัดการทั้งแบบการจราจรที่มีข้อมูล throughput สูงแบบดั้งเดิมและแบบเนื้อหา real-time, ความล่าช้าแฝงต่ำเช่นเสียงและวิดีโอ. ATM ใช้รูปแบบการเชื่อมต่อแบบ connection-oriented model ในที่ซึ่งวงจรเสมือนจะต้องจัดตั้งขึ้นระหว่างจุดสิ้นสุดสองจุดก่อนที่การแลกเปลี่ยนข้อมูลที่เกิดขึ้นจริงจะเริ่มขึ้น

ในขณะที่บทบาทของ ATM จะลดน้อยลงเนื่องจากความโปรดปรานของเครือข่ายรุ่นต่อไป มันยังคงมีบทบาทในการเป็นไมล์สุดท้ายซึ่งคือการเชื่อมต่อระหว่างผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตและผู้ใช้ตามบ้าน สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมของเทคโนโลยีและโพรโทคอลการสื่อสาร โปรดอ่านเพิ่มเติมในหัวข้อข้างท้าย

ขอบเขตของเครือข่าย

เครือข่ายโดยทั่วไปถูกจัดการโดยองค์กรที่เป็นเจ้าของ เครือข่ายองค์กรเอกชนอาจจะใช้รวมกันทั้งอินทราเน็ตและเอกซ์ทราเน็ต และยังอาจจัดให้มีการเข้าถึงเครือข่ายอินเทอร์เน็ตซึ่งไม่มีเจ้าของเดียวและให้การเชื่อมต่อทั่วโลกแทบไม่จำกัด

อินทราเน็ตและเอกซ์ทราเน็ต

อินทราเน็ตและเอกซ์ทราเน็ตเป็นส่วนหนึ่งหรือส่วนขยายของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่มักจะเป็น LAN

อินทราเน็ต เป็นชุดของเครือข่ายที่อยู่ภายใต้การควบคุมของหน่วยการบริหารเดียว อินทราเน็ตใช้โพรโทคอล IP และเครื่องมือที่เป็น IP-based เช่นเว็บเบราว์เซอร์และโปรแกรมการถ่ายโอนไฟล์ หน่วยการบริหารจำกัดการใช้อินทราเน็ตเฉพาะผู้ได้รับอนุญาตเท่านั้น ส่วนใหญ่แล้ว อินทราเน็ตจะเป็นเครือข่ายภายในองค์กร อินทราเน็ตขนาดใหญ่มักจะมีเว็บเซิร์ฟเวอร์อย่างน้อยหนึ่งตัวเพื่อให้ผู้ใช้เข้าถึงข้อมูลขององค์กรเอง

เอกซ์ทราเน็ต เป็นเครือข่ายที่ยังอยู่ภายใต้การควบคุมของผู้ดูแลระบบขององค์กรเดียว แต่สนับสนุนการเชื่อมต่อที่จำกัดเฉพาะเครือข่ายภายนอกที่เฉพาะเจาะจง ตัวอย่างเช่นองค์กรอาจจัดให้มีการเข้าถึงบางแง่มุมของอินทราเน็ตของบริษัทเพื่อแชร์ข้อมูลร่วมกับคู่ค้าทางธุรกิจหรือลูกค้า หน่วยงานอื่น ๆ เหล่านี้ไม่จำเป็นต้องได้รับความเชื่อถือจากมุมมองของการรักษาความปลอดภัย การเชื่อมต่อเครือข่ายเอกซ์ทราเน็ตมักจะเป็น, แต่ไม่เสมอไป, การดำเนินการผ่านทาง WAN เทคโนโลยี

Internetwork

Internetwork คือการเชื่อมต่อของหลายเครือข่ายคอมพิวเตอร์ผ่านทางเทคโนโลยีการกำหนดเส้นทางร่วมกันโดยใช้เราต์เตอร์

อินเทอร์เน็ต

อินเทอร์เน็ตเป็นตัวอย่างที่ใหญ่ที่สุดของ Internetwork มันเป็นระบบที่เชื่อมต่อกันทั่วโลกของภาครัฐ, นักวิชาการ, องค์กรของรัฐและเอกชน, และเครือข่ายคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล มันขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีระบบเครือข่ายของ Internet Protocol สวีท ซึ่งสืบทอดมาจากโครงการวิจัยขั้นสูงของหน่วยงานเครือข่าย (ARPANET) พัฒนาโดย DARPA ของกระทรวงกลาโหมสหรัฐอเมริกา อินเทอร์เน็ตยังเป็นแกนนำการสื่อสารพื้นฐานเวิลด์ไวด์เว็บ (WWW)

ผู้เข้าร่วมใน Internet ใช้ความหลากหลายของวิธีการหลายร้อยโพรโทคอลที่ถูกทำเป็นเอกสารและเป็นมาตรฐานไว้แล้ว โพรโทคอลดังกล่าวมักจะเข้ากันได้ดีกับ Internet Protocol Suite และระบบ addressing (ที่อยู่ IP) ที่ถูกบริหารงานโดยหน่วยงานกำหนดหมายเลขอินเทอร์เน็ตและทะเบียน address ผู้ให้บริการและองค์กรขนาดใหญ่ทำการแลกเปลี่ยนข้อมูลเกี่ยวกับความสามารถในการเข้าถึงพื้นที่ที่เป็น address ของพวกเขาผ่าน Border Gateway Protocol (BGP) ทำให้เป็นเส้นทางการส่งที่ซ้ำซ้อนของตาข่ายทั่วโลก

โทโพโลยีเครือข่าย

Network Topologies

โทโพโลยีเครือข่ายเป็นรูปแบบหรือลำดับชั้นของโหนดที่เชื่อมต่อกันของเครือข่ายคอมพิวเตอร์

รูปแบบสามัญ

รูปแบบที่พบบ่อยคือ:

• เครือข่ายแบบบัส: ทุกโหนดจะถูกเชื่อมต่อกับสื่อกลางไปตลอดทั้งตัวสื่อนี้ รูปแบบนี้ใช้ในต้นฉบับอีเธอร์เน็ตที่เรียกว่า 10BASE5 และ 10Base2

• เครือข่ายรูปดาว: ทุกโหนดจะเชื่อมต่อกับโหนดกลางพิเศษ รูปแบบนี้พบโดยทั่วไปใน LAN ไร้สายที่ลูกค้าแต่ละรายเชื่อมต่อแบบไร้สายกับจุดการเข้าถึง (Wireless access point)

• เครือข่ายวงแหวน: แต่ละโหนดมีการเชื่อมต่อไปยังโหนดข้างเคียงด้านซ้ายและด้านขวา เพื่อที่ว่าทุกโหนดมีการเชื่อมต่อและแต่ละโหนดสามารถเข้าถึงโหนดอื่น โดยเข้าหาทางโหนดด้านซ้ายหรือโหนดด้านขวาก็ได้ ไฟเบอร์การเชื่อมต่อข้อมูลแบบกระจาย (Fiber Distributed Data Interface หรือ FDDI) ใช้โทโพโลยีแบบนี้

• เครือข่ายตาข่าย: แต่ละโหนดจะเชื่อมต่อกับโหนดอื่น ๆ ได้เกือบทั้งหมดในลักษณะที่มีอยู่อย่างน้อยหนึ่งเส้นทางไปยังโหนดใด ๆ แต่อาจต้องผ่านโหนดอื่นไป

• เครือข่ายที่เชื่อมต่ออย่างเต็มที่: ในแต่ละโหนดจะเชื่อมต่อกับทุกโหนดอื่น ๆ ในเครือข่าย

• ต้นไม้: ในกรณีนี้โหนดทั้งหมดมีการจัดลำดับชั้น

โปรดสังเกตว่ารูปแบบทางกายภาพของโหนดในเครือข่ายอาจไม่จำเป็นต้องสะท้อนให้เห็นถึงโทโพโลยีเครือข่าย ตัวอย่างเช่น, FDDI มีโทโพโลยีเครือข่ายเป็นวงแหวน (ที่จริงสองวงหมุนสวนทางกัน) แต่โครงสร้างทางกายภาพอาจเป็นรูปดาวเพราะทุกการเชื่อมต่อกับโหนดที่อยู่ใกล้เคียงจะถูกส่งผ่านโหนดที่อยู่ตรงกลาง

เครือข่ายซ้อนทับ

เครือข่ายซ้อนทับเป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์เสมือนที่ถูกสร้างขึ้นทับบนเครือข่ายอื่น โหนดในเครือข่ายซ้อนทับจะถูกลิงก์เข้าด้วยกันแบบเสมือนหรือแบบลอจิก ที่ซึ่งแต่ละลิงก์จะสอดคล้องกับเส้นทางในเครือข่ายหลักด้านล่าง ที่อาจจะผ่านการลิงก์ทางกายภาพหลายลิงก์ โทโพโลยีของเครือข่ายซ้อนทับอาจ (และมักจะ) แตกต่างจากของเครือข่ายด้านล่าง. เช่น เครือข่ายแบบ peer-to-peer หลายเครือข่ายเป็นเครื่อข่ายซ้อนทับ พวกมันจะถูกจัดให้เป็นโหนดของระบบเสมือนจริงของลิงก์ที่ทำงานบนอินเทอร์เน็ต อินเทอร์เน็ตถูกสร้างขึ้นครั้งแรกเป็นภาพซ้อนทับบนเครือข่ายโทรศัพท์

ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดของเครือข่ายซ้อนทับคือระบบของ Internet เอง ที่เลเยอร์เครือข่ายแต่ละโหนดสามารถเข้าถึงโหนดอื่น ๆ โดยการเชื่อมต่อโดยตรงไปยัง IP address ที่ต้องการ ทำให้เกิดการสร้างเครือข่ายที่ถูกเชื่อมต่ออย่างเต็มที่ อย่างไรก็ตาม เครือข่ายด้านล่างจะประกอบด้วยการเชื่อมต่อภายในเหมือนตาข่ายของเครือข่ายย่อยที่มี topologies (และเทคโนโลยี) ที่แตกต่างกัน การจำแนก address และการเราต์ติงค์เป็นวิธีที่ใช้ในการทำ mapping ของเครือข่ายซ้อนทับ (แบบ IP ที่ถูกเชื่อมต่ออย่างเต็มที่) ข้างบนกับเครือข่ายที่อยู่ข้างล่าง

เครือข่ายซ้อนทับเกิดขึ้นตั้งแต่มีการสร้างเครือข่ายเมื่อระบบคอมพิวเตอร์ถูกเชื่อมต่อผ่านสายโทรศัพท์โดยใช้โมเด็ม และเกิดขึ้นก่อนที่จะมีเครือข่ายข้อมูลเสียอีก

อีกตัวอย่างของเครือข่ายซ้อนทับก็คือตารางแฮชกระจายซึ่ง map คีย์ (keys) ไปยังโหนดในเครือข่าย ในกรณีนี้เครือข่ายข้างใต้เป็นเครือข่าย IP และเครือข่ายทับซ้อนเป็นตาราง (ที่จริงเป็นแผนที่) ที่ถูกทำดัชนีโดยคีย์

เครือข่ายซ้อนทับยังได้รับการเสนอให้เป็นวิธีการปรับปรุงการเราต์ติงค์ในอินเทอร์เน็ต เช่นการเราต์โดยการรับประกันคุณภาพการให้บริการเพื่อให้ได้สื่อกลางสตรีมมิ่งที่มีคุณภาพสูง ข้อเสนอก่อนหน้านี้เช่น IntServ, DiffServ และ IP Multicast ไม่ได้เห็นการยอมรับอย่างกว้างขวางเพราะข้อเสนอเหล่านี้จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนของเราต์เตอร์ทั้งหมดในเครือข่าย ในขณะที่เครือข่ายทับซ้อนถูกนำไปใช้งานเพิ่มขึ้นบน end-hosts ที่ run ซอฟแวร์โพรโทคอลทับซ้อนโดยไม่ต้องรับความร่วมมือจากผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต เครือข่ายซ้อนทับไม่มีการควบคุมวิธีการที่แพ็คเก็ตจะถูกเราต์ในเครือข่ายข้างล่างระหว่างสองโหนดที่ซ้อนทับกัน แต่มันสามารถควบคุม, ตัวอย่างเช่น, ลำดับของโหนดซ้อนทับที่ข้อความจะลัดเลาะไปก่อนที่จะถึงปลายทาง

ตัวอย่างเช่น Akamai เทคโนโลยีทำการบริหารจัดการเครือข่ายซ้อนทับที่ดำเนินการจัดส่งเนื้อหาอย่างมีประสิทธิภาพและน่าเชื่อถือ (ชนิดหนึ่งของ multicast) งานวิจัยที่เป็นวิชาการรวมถึงการ multicast ระบบปลาย, การเราต์ติงค์ที่มีความยืดหยุ่นและการศึกษาเรื่องคุณภาพของบริการ (quality of service), ระหว่างเครือข่ายซ้อนทับอื่น ๆ

ดูเพิ่ม

• โพรโทคอลอินเทอร์เน็ต
• อินเทอร์เน็ต

แหล่งข้อมูลอื่น

• ระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ เก็บถาวร 2010-02-12 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน