สารบัญ6 หัวข้อหลัก
บทที่ 1 จากข้อมูลสู่สัญญาณและเครือข่าย
ระบบเครือข่ายคือการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์ปลายทาง อุปกรณ์ส่งต่อ สื่อกลาง ซอฟต์แวร์ และ Protocol เพื่อให้ข้อมูลเดินทางจาก Source ไปยัง Destination ได้อย่างมีความหมาย กระบวนการเริ่มจาก Message ถูก Encode หรือ Packetize ก่อนส่งผ่าน Channel จากนั้นอุปกรณ์ระหว่างทางจึง Forward หรือ Route ไปยังผู้รับซึ่งตรวจ ประกอบ และส่งให้ Application การมีสายหรือสัญญาณเพียงอย่างเดียวไม่ทำให้สื่อสารสำเร็จ เพราะ Address ต้องชี้ปลายทางถูก กติกาต้องเข้ากัน คุณภาพช่องทางต้องเพียงพอ และระบบปลายทางต้องตีความข้อมูลแบบเดียวกับต้นทาง
ทิศทางการสื่อสารมีผลต่อการใช้ทรัพยากร Simplex ส่งได้ทางเดียว Half-duplex ส่งสองทิศแต่ต้องผลัดกัน ส่วน Full-duplex ส่งพร้อมกันทั้งสองทิศ Serial ส่ง Bit ต่อเนื่องบนช่องทางและนิยมในระบบระยะไกลหรือความเร็วสูง ขณะที่ Parallel ใช้หลายเส้นพร้อมกันและอาจเกิด Skew เมื่อระยะหรือความเร็วเพิ่ม Circuit switching จองทรัพยากรตลอด Session จึงคาดการณ์ Delay ได้ง่ายแต่สูญเปล่าเมื่อไม่มีข้อมูล ส่วน Packet switching แบ่งข้อมูลเป็น Packet ใช้เครือข่ายร่วมอย่างคุ้มค่า แลกกับ Delay, Jitter และ Loss ที่แปรผันตามภาระงาน
ข้อมูลดิจิทัลกับสัญญาณดิจิทัลไม่ใช่สิ่งเดียวกัน Bit เป็นค่าตรรกะ แต่การส่งจริงยังอาศัยแรงดัน แสง หรือคลื่นวิทยุ Line coding แปลง Bit เป็นรูปคลื่นที่เหมาะกับ Clock และ Bandwidth ส่วนสัญญาณอนาล็อกเปลี่ยนต่อเนื่องตาม Amplitude, Frequency และ Phase การแปลง Analog-to-digital ต้อง Sampling และ Quantization ขณะที่ Modulation อย่าง ASK, FSK, PSK และ QAM นำข้อมูลไปเปลี่ยนคุณสมบัติของ Carrier การแบ่งทรัพยากรด้วย FDM, TDM, WDM หรือ OFDMA ช่วยให้หลายช่องหรือหลายผู้ใช้ร่วมสื่อเดียวกันโดยมีกติกาแยกส่วน
คำว่า Bandwidth ต้องอ่านตามบริบท ในทฤษฎีสัญญาณอาจหมายถึงช่วงความถี่หน่วยเฮิรตซ์ ส่วนงานเครือข่ายมักใช้เรียก Capacity หน่วยบิตต่อวินาที Throughput คืออัตราที่ส่งสำเร็จจริงรวม Overhead และ Goodput เหลือเฉพาะ Payload ที่ Application ใช้ Latency วัดเวลาเดินทาง Jitter วัดความแปรปรวน Packet loss กับ Error rate วัดการสูญหรือผิด และ Utilization บอกสัดส่วนทรัพยากรที่ใช้ ลิงก์ที่โฆษณา 1 Gbps จึงไม่รับประกันว่าไฟล์จะเคลื่อนด้วยอัตรานั้น เพราะ Protocol, Retransmission, Contention และระบบปลายทางล้วนลดผลลัพธ์จริง
การเลือกสื่อกลางต้องจับคู่ระยะ อัตรา สภาพแวดล้อม และความเสี่ยง สายทองแดงติดตั้งง่ายและจ่ายไฟแบบ PoE ได้ แต่ต้องคุมระยะ EMI และ Ground ใยแก้วนำแสงส่งไกล มี Capacity สูง และไม่รับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า ทว่า Connector ความสะอาด การโค้ง และ Transceiver ต้องเข้ากัน ระบบวิทยุต้องวิเคราะห์ Frequency, Channel width, กำลังส่ง Gain, Path loss, SNR, Fresnel zone และ Interference แล้วนำมาจัดทำ Link budget การเพิ่มกำลังส่งหรือความกว้างช่องไม่ใช่คำตอบทุกกรณี เพราะอาจเพิ่มการรบกวน ลดการนำ Channel กลับใช้ และทำให้ขากลับอ่อนกว่าขาไป
โครงสร้างทางกายภาพบอกว่าสายหรือวิทยุเชื่อมกันอย่างไร ส่วนโครงสร้างทางตรรกะบอกว่า Frame กับ Packet ไหลและแชร์ทรัพยากรอย่างไร Star แยกลิงก์และดูแลง่ายแต่ศูนย์กลางเป็น Failure domain หากไม่ทำสำรอง Mesh มีหลายเส้นทางและทนต่อความเสียหายแต่เพิ่มพอร์ต Route และภาระบริหาร Tree ช่วยแบ่ง Access, Distribution และ Core ส่วน Spine–leaf ทำให้เส้นทาง East–West คาดการณ์ได้ ชื่อ PAN, LAN, WLAN, MAN, WAN หรือ SAN จึงเป็นเพียงกรอบขอบเขต การออกแบบจริงยังต้องพิจารณาผู้ควบคุม SLA, Latency, Capacity, ความเชื่อถือ และเส้นทางขยายร่วมกัน
บทที่ 2 สถาปัตยกรรมแบบชั้นและเส้นทางของข้อมูล
OSI Model แบ่งการสื่อสารเป็นเจ็ดชั้น ได้แก่ Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation และ Application จากล่างขึ้นบน จุดประสงค์คือแยกหน้าที่และจุดติดต่อเพื่อให้ระบบต่างผู้ผลิตทำงานร่วมกันได้ ไม่ได้หมายความว่าอุปกรณ์หรือ Protocol จริงทุกชนิดอยู่ในชั้นเดียวอย่างบริสุทธิ์ TCP/IP ที่ใช้งานบนอินเทอร์เน็ตมักอธิบายเป็นสี่ชั้น คือ Link, Internet, Transport และ Application หรือห้าชั้นเมื่อแยก Physical ออกมา การเทียบสองโมเดลจึงควรจับหน้าที่ มากกว่าท่องว่าชื่อหนึ่งต้องตรงกับเลขชั้นใดเสมอ
Encapsulation ทำให้ข้อมูลของ Application ได้ Header เพิ่มตามลำดับ Transport สร้าง TCP Segment หรือ UDP Datagram และใช้ Port ระบุ Process ชั้น Internet ห่อเป็น IP Packet พร้อม Source กับ Destination IP ชั้น Link สร้าง Frame พร้อม MAC Address และ Trailer ตรวจ Error ก่อน Physical แปลงเป็น Bit หรือ Symbol บนสื่อ ปลายทาง Decapsulate ย้อนกลับทีละชั้น Router มักสร้าง Link frame ใหม่และลด TTL หรือ Hop Limit ทุกช่วง ขณะที่ IP โดยทั่วไปคงตลอดเส้นทาง เว้นแต่มี NAT, Tunnel หรือ Proxy เข้ามาเปลี่ยนหรือห่อข้อมูลเพิ่ม
Physical Layer รับผิดชอบสัญญาณ Connector, Bit timing และ Media ส่วน Data Link สร้าง Frame ควบคุมการเข้าถึงสื่อ และตรวจความผิดพลาดในลิงก์ Ethernet ใช้ MAC Address กับ FCS ขณะที่ Wi-Fi ใช้กลไกวิทยุและ CSMA/CA Switch หรือ Bridge เรียน Source MAC แล้ว Forward ตามตารางภายใน VLAN อุปกรณ์สมัยใหม่อาจทำมากกว่าหน้าที่พื้นฐาน เช่น Access Point มีทั้ง Radio, Bridging, Authentication และ Management จึงไม่ควรสรุปความสามารถทั้งหมดจากคำว่าอยู่ Layer ใดเพียงคำเดียว
Network Layer ใช้ Logical address และ Routing เพื่อพา Packet ข้าม Subnet Router เลือกเส้นจาก Prefix ที่เฉพาะที่สุดก่อนพิจารณาค่าของเส้นที่มี Prefix เดียวกัน Transport Layer สื่อสารระหว่าง Process ปลายทาง TCP สร้าง Connection เป็น Reliable ordered byte stream มี Sequence, Acknowledgment, Flow control และ Congestion control ส่วน UDP รักษาขอบเขต Datagram โดยไม่มีการจัดลำดับหรือส่งซ้ำในตัว Protocol แต่ Application สามารถเพิ่มกลไกเหล่านี้ได้ เช่น QUIC สร้าง Transport ที่เข้ารหัสและมีหลาย Stream บน UDP แล้ว HTTP/3 จึงใช้ QUIC เป็นฐาน
สามชั้นบนของ OSI อธิบาย Session รูปแบบข้อมูล การบีบอัด การเข้ารหัส และบริการที่ Application เรียกใช้ ในโลกจริงหน้าที่เหล่านี้มักถูกรวมไว้ใน Library หรือ Application protocol เช่น TLS จัดช่องทางเข้ารหัสและยืนยัน Server ด้วย Certificate, HTTP กำหนด Method, URI, Header และ Status, DNS แปลงชื่อเป็น Address และ SMTP, IMAP หรือ POP จัดเส้นทางอีเมล การเห็นชื่อบริการจึงต้องไล่ต่อว่าพึ่ง Transport, IP, Link และสื่อใด เพราะ Application ที่ผิดปกติอาจมีสาเหตุจาก DNS, Certificate, Route, MTU หรือสัญญาณได้เช่นกัน
Identifier แต่ละชั้นตอบคนละคำถาม Domain name หรือ URL ช่วยมนุษย์และ Application หา Service, Port ชี้ Process ใน Host, IP Address ชี้ Interface หรือจุดหมายเชิงเครือข่าย, MAC Address ใช้ส่งในลิงก์ และ Channel หรือพอร์ตทางกายภาพพาสัญญาณ การเห็น Traffic ที่ Port 443 ไม่พิสูจน์ว่าเป็นเว็บปกติหรือปลอดภัย การเห็น MAC เดิมไม่ยืนยันบุคคล และการที่ Ping ผ่านไม่ยืนยันว่า DNS, TLS หรือ Application สำเร็จ การวิเคราะห์ที่แม่นจึงต้องระบุชั้น จุดวัด และความหมายของหลักฐานทุกชิ้นก่อนลงความเห็น
การห่อหุ้มข้อมูลจากแอปพลิเคชันสู่สื่อกลาง
- 1Application dataชื่อบริการ เนื้อหา รูปแบบ และกติกาอย่าง HTTP, DNS หรือ Email
- 2Segment หรือ DatagramTransport เพิ่ม Port และกลไกของ TCP, UDP หรือ QUIC
- 3IP PacketInternet layer เพิ่ม Address และข้อมูลที่ Router ใช้เลือกเส้นทาง
- 4Link FrameEthernet หรือ Wi-Fi เพิ่มตัวระบุในลิงก์และข้อมูลตรวจความผิดพลาด
- 5Bits และ SymbolsPhysical layer แปลงเป็นไฟฟ้า แสง หรือคลื่นวิทยุบนสื่อจริง
เนื้อหาสรุปนี้จัดทำขึ้นเพื่อการศึกษาส่วนบุคคล ห้ามคัดลอก ทำซ้ำ หรือนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้าโดยไม่ได้รับอนุญาต