บทที่ 4 ระบบเครือข่ายและการสื่อสาร

4.1 บทบาทของการสื่อสารข้อมูลและเครือข่ายคอมพิวเตอร์

      การติดต่อสื่อสารข้อมูลสมัยใหม่นี้ มีรากฐานมาจากความพยายามในการเชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์กับคอมพิวเตอร์ โดยอาศัยระบบสื่อสารที่มีอยู่แล้ว เช่น โทรศัพท์ ดังนั้นการสื่อสารข้อมูลจึงอยู่ในขอบเขตที่จำกัด ต่อมาเมื่อมีการใช้คอมพิวเตอร์มากขึ้น ความต้องการในการติดต่อระหว่างคอมพิวเตอร์หลายเครื่องในเวลาเดียวกัน ที่เรียกว่า ระบบเครื่อข่าย (Network) ได้รับการพัฒนาให้ดีขึ้นเป็นลำดับ

      ในตอนเริ่มต้นของยุคสื่อสาร เมื่อประมาณ พ.ศ. 2513-2515 ความต้องการใช้คอมพิวเตอร์ร่วมกันมีมากขึ้น แต่คอมพิวเตอร์ยังมีราคาสูงมาก เมื่อเทียบกับอุปกรณ์สื่อสารที่มีอยู่แล้วบางอย่าง การสื่อสารด้วยระบบเครือข่ายในระยะนั้นจึงเน้นการใช้คอมพิวเตอร์ที่ศูนย์คอมพิวเตอร์เป็นผู้ให้บริการแก่ผู้ใช้ปลายทางหลายคน เพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายของระบบ

       ต่อมาเมื่อถึงยุคสมัยของไมโครคอมพิวเตอร์ พบว่าขีดความสามารถในด้านความเร็วของการทำงานของเมนเฟรม มีความเร็วมากกว่า 10 เท่า เมื่อเทียบกับไมโครคอมพิวเตอร์ตัวที่ดีที่สุด แต่ราคาของเมนเฟรมแพงกว่าไมโครคอมพิวเตอร์หลายพันเท่า การใช้ไมโครคอมพิวเตอร์จึงแพร่หลายและกระจายออกไป การสื่อสารจึงกลายเป็นระบบเครือข่ายแบบกระจาย กล่าวคือ แทนที่จะออกแบบให้เครื่องคอมพิวเตอร์ปลายทางต่อกับเมนเฟรม ก็เปลี่ยนเป็นระบบเครือข่ายที่ใช้คอมพิวเตอร์ต่อกับเครื่องคอมพิวเตอร์แทน

       ลักษณะของเครือข่ายจึงเริ่มจากจุดเล็ก ๆ อาจจะอยู่บนแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์เดียวกัน ขยายตัวใหญ่ขึ้นเป็นระบบที่ทำงานร่วมกันในห้องทำงาน ในตึก ระหว่างตึก ระหว่างสถาบัน ระหว่างเมือง ระหว่างประเทศ การจัดแบ่งรูปแบบของเครือข่ายคอมพิวเตอร์จึงแยกตามขนาดของเครือข่าย ดังตารางดังต่อไปนี้

ตาราง การแบ่งแยกลักษณะของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ตามระยะทางระหว่างโพรเซสเซอร์

ระยะทางระหว่าง

 โพรเซสเซอร์ ลักษณะที่ตั้งของ

 โพรเซสเซอร์ ชื่อเรียกเครือข่าย

0.1 เมตร แผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องจักรชนิดดาต้าโฟลว์

1 เมตร  ระบบเดียวกัน มัลติโพรเซสเซอร์

10 เมตร ห้อง มัลติโพรเซสเซอร์

100 เมตร ตัวอาคาร เครือข่ายท้องถิ่น

1 กิโลเมตร หน่วยงานเดียวกัน เครือข่ายท้องถิ่น

10 กิโลเมตร เมือง เครือข่ายท้องถิ่น

100 กิโลเมตร ประเทศ เครือข่ายระยะไกล

1000 กิโลเมตร ระหว่างประเทศ เครือข่ายระยะไกล

10000 กิโลเมตร ระหว่างดวงดาว เครือข่ายระยะไกลมาก

ข้อมูลในรูปของสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่เก็บในคอมพิวเตอร์สามารถส่งต่อ คัดลอก จัดพิมพ์ ทำสำเนาได้ง่าย เมื่อเทียบกับการคัดลอกด้วยมือซึ่งต้องใช้เวลามากและเสี่ยงต่อการทำข้อมูลผิดพลาดอีกด้วย วิธีการทางด้านการสื่อสารข้อมูล กำลังได้รับการนำมาประยุกต์ใช้ในระบบสำนักงานที่เรียกว่า ระบบสำนักงานอัตโนมัติ (office automation) ระบบดังกล่าวนี้มักเรียกย่อกันสั้น ๆ ว่าโอเอ (OA) เป็นระบบที่ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์มาช่วยในการทำงานที่เกี่ยวกับเอกสารทั่วไป แล้วส่งไปยังหน่วยงานต่าง ๆ ได้ด้วยไปรษณีย์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อโอนย้ายแลกเปลี่ยนข้อมูลที่เก็บรวบรวมไว้ระหว่างแผนก

 บทบาทที่สำคัญอีกบทบาทหนึ่ง คือ การให้บริการข้อมูล หลายประเทศจัดให้มีฐานข้อมูลไว้บริการ เช่น ฐานข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อม ฐานข้อมูลงานวิจัย ฐานข้อมูลทางเศษรกิจ ฐานข้อมูลของสินค้าเครื่องอุปโภคบริโภค ในมหาวิทยาลัยอาจมีข้อมูลเกี่ยวกับหนังสือและตำราวิชาการ หากผู้ใช้ต้องการข้อมูลใดก็สามารถติดต่อมายังศูนย์บริการข้อมูลนั้น การติดต่อจะผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ทำให้การได้ข้อมูลเป็นไปอย่างรวดเร็ว

 ความสำคัญของการสื่อสารข้อมูลผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ จึงเป็นสิ่งที่ตระหนักกันอยู่เสมอ ลองพิจารณาถึงประโยชน์ของการสื่อสารข้อมูลต่อไปนี้

1) การจัดเก็บข้อมูลได้ง่ายและสื่อสารได้รวดเร็ว การจัดเก็บข้อมูลซึ่งอยู่ในรูปของสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ สามารถจัดเก็บไว้ในแผ่นบันทึกที่มีความหนาแน่นสูง แผ่นบันทึกแผ่นหนึ่งสามารถบันทึกข้อมูลได้มากกว่า 1 ล้านตัวอักษร สำหรับการสื่อสารข้อมูลนั้น ถ้าข้อมูลผ่านสายโทรศัพท์ได้ด้วยอัตรา 120 ตัวอักษรต่อวินาทีแล้ว จะส่งข้อมูล 200 หน้าได้ในเวลา 40 นาที โดยที่ไม่ต้องเสียเวลามานั่งป้อนข้อมูลเหล่านั้นซ้ำใหม่อีก

2) ความถูกต้องของข้อมูล โดยปกติมีการส่งข้อมูลด้วยสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์จากจุดหนึ่งไปยังจุดอื่นด้วยระบบดิจิทัล วิธีการรับส่งนั้นจะมีการตรวจสอบสภาพของข้อมูลหากข้อมูลผิดพลาดก็จะมีการรับรู้และพยายามหาวิธีการแก้ไขให้ข้อมูลที่ได้รับมีความถูกต้อง โดยอาจให้ทำการส่งใหม่ หรือกรณีที่ผิดพลาดไม่มากนัก ฝ่ายผู้รับอาจใช้โปรแกรมของตนแก้ไขข้อมูลให้ถูกต้องได้

3) ความเร็วของการทำงาน โดยปกติสัญญาณของไฟฟ้าจะเดินทางด้วยความเร็วเท่าแสง ทำให้การใช้คอมพิวเตอร์ส่งข้อมูลจากซีกโลกหนึ่งไปยังอีกซีกโลกหนึ่งหรือค้นหาข้อมูลจากฐานข้อมูลขนาดใหญ่ สามารถทำได้รวดเร็ว ความรวดเร็วของระบบจะทำให้ผู้ใช้สะดวกสบายอย่างยิ่ง เช่น บริษัทสายการบินทุกแห่งสามารถทราบข้อมูลของทุกเที่ยวบินได้อย่างรวดเร็ว ทำให้การจองที่นั่งของสายการบินสามารถทำได้ทันที

4) ต้นทุนประหยัด การเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ต่อเข้าหากันเป็นเครือข่ายเพื่อส่งหรือสำเนาข้อมูลทำให้ราคาต้นทุนของการใช้ข้อมูลไม่แพง เมื่อเทียบกับการจัดส่งแบบวิธีอื่น นักคอมพิวเตอร์บางคนสามารถส่งโปรแกรมให้กันและกันผ่านทางสายโทรศัพท์ได้

4.2 การสื่อสารข้อมูล

4.2 การสื่อสารข้อมูล

     การสื่อสารข้อมูล (Data Communications) หมายถึง กระบวนการถ่ายโอนหรือแลกเปลี่ยนข้อมูลกันระหว่างผู้ส่งและผู้รับ โดยผ่านช่องทางสื่อสาร เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หรือคอมพิวเตอร์เป็นตัวกลางในการส่งข้อมูล เพื่อให้ผู้ส่งและผู้รับเกิดความเข้าใจซึ่งกันและกัน

    เมื่อกล่าวถึงการติดต่อสื่อสาร ในอดีตอาจหมายถึงการพูดคุยกันของมนุษย์ซึ่งอาจเป็นการแสดงออกด้วยท่าทาง การใช้ภาษาพูดหรือผ่านทางตัวอักษร โดยเป็นการสื่อสารในระยะใกล้ๆ ต่อมา เมื่อ เทคโนโลยีก้าวหน้าได้มีการพัฒนาการสื่อสารเข้ากับการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทำให้สามารถสื่อสารได้ในระยะไกลขึ้นและสะดวกรวดเร็วมากขึ้น เช่น การใช้โทรเลข โทรศัพท์ โทรสาร อีกทั้งตัวอุปกรณ์ที่ใช้ในการสื่อสารเองก็ได้รับการพัฒนาความสามารถขึ้นมาเป็นลำดับ และเข้ามามีบทบาทในทุกวงการ ดังนั้น ในยุคสารสนเทศนี้ การสื่อสารข้อมูลจึงหมายถึงการแลกเปลี่ยนข้อมูลข่าวสารซึ่งอาจอยู่ในรูปของตัวอักษร ตัวเลข รูปภาพ เสียงหรือวิดีทัศน์ ระหว่างอุปกรณ์สื่อสาร โดยผ่านทางสื่อกลางในการสื่อสารซึ่งอาจเป็นสื่อกลางประเภทที่มีสายหรือไร้สายก็ได้ โดยปกติ องค์ประกอบหลักของระบบสื่อสารข้อมูลมีอยู่ 5 อย่าง ได้แก่

1. ข่าวสารหรือข้อมูล (message)

2. ผู้ส่ง (sender)

3. ผู้รับ (receiver)

4. สื่อกลาง (media)

5. โพรโทคอล (protocol

     1. ผู้ส่งข่าวสารหรือแหล่งกำเนิดข่าวสาร (source) อาจจะเป็นสัญญาณต่างๆ เช่นสัญญาณภาพ ข้อมูลและสียงเป็นต้น ในการติดต่อสื่อสารสมัยก่อนอาจจะใช้แสงไฟ ควันไฟ หรือท่าทางต่าง ๆ ก็นับว่าเป็นแหล่งกำเนิดข่าวสาร จัดอยู่ในหมวดหมู่นี้เช่นกัน

    2. ผู้รับข่าวสารหรือจุดหมายปลายทางของข่าวสาร (sink) ซึ่งจะรับรู้จากสิ่งที่ผู้ส่งข่าวสาร หรือแหล่งกำเนิดข่าวสารส่งผ่านมาให้ตราบใด ที่การติดต่อสื่อสารบรรลุวัตถุประสงค์ ผู้รับสารหรือจุดหมายปลายทางของข่าวสารก็จะได้รับข่าวสารนั้น ๆ ถ้าผู้รับสารหรือ จุดหมายปลายทางไม่ได้รับข่าวสาร ก็แสดงว่าการสื่อสารนั้นไม่ประสบความสำเร็จ กล่าวคือไม่มีการสื่อสารเกิดขึ้นนั่นเอง

    3. ช่องสัญญาณ (channel) ในที่นี้อาจจะหมายถึงสื่อกลางหรือตัวกลางที่ข่าวสารเดินทางผ่าน อาจจะเป็นอากาศ สายนำสัญญาณต่าง ๆ หรือแม้กระทั่งของเหลว เช่น น้ำ น้ำมัน เป็นต้น เปรียบเสมือนเป็นสะพานที่จะให้ข่าวสารข้ามจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่ง

    4. การเข้ารหัส (encoding) เป็นการช่วยให้ผู้ส่งข่าวสารและผู้รับข่าวสารมีความเข้าใจตรงกันในการสื่อความหมาย จึงมีความจำเป็นต้องแปลงความหมายนี้ การเข้ารหัสจึงหมายถึงการแปลงข่าวสารให้อยู่ในรูปพลังงาน ที่พร้อมจะส่งไปในสื่อกลาง ทางผู้ส่งมีความเข้าใจต้องตรงกันระหว่าง ผู้ส่งและผู้รับ หรือมีรหัสเดียวกัน การสื่อสารจึงเกิดขึ้นได้

   5. การถอดรหัส (decoding) หมายถึงการที่ผู้รับข่าวสารแปลงพลังงานจากสื่อกลางให้กลับไปอยู่ในรูปข่าวสารที่ส่งมาจากผู้ส่งข่าวสาร โดยมีความเข้าในหรือรหัสตรงกัน

   6. สัญญาณรบกวน (noise) เป็นสิ่งที่มีอยู่ในธรรมชาติ มักจะลดทอนหรือรบกวนระบบ อาจจะเกิดขึ้นได้ทั้งทางด้านผู้ส่งข่าวสาร ผู้รับข่าวสาร และช่องสัญญาณ แต่ในการศึกษาขั้นพื้นฐานมักจะสมมติให้ทางด้านผู้ส่งข่าวสารและผู้รับข่าวสารไม่มีความผิดพลาด ตำแหน่งที่ใช้วิเคราะห์ มักจะเป็นที่ตัวกลางหรือช่องสัญญาณ เมื่อไรที่รวมสัญญาณรบกวนด้านผู้ส่งข่าวสารและด้านผู้รับข่าวสาร ในทางปฎิบัติมักจะใช้ วงจรกรอง (filter) กรองสัญญาณแต่ต้นทาง เพื่อให้การสื่อสารมีคุณภาพดียิ่งขึ้นแล้วค่อยดำเนินการ เช่น การเข้ารหัสแหล่ง

4.2.1การสื่อสาร-วิธีการถ่ายโอนข้อมูล1

4.2.1การสื่อสาร-วิธีการถ่ายโอนข้อมูล1

          1. การถ่ายโอนข้อมูลแบบขนานการถ่ายโอนข้อมูลแบบขนาน ทำได้โดยการส่งข้อมูลออกทีละ 1 ไบต์ หรือ 8 บิตจากอุปกรณ์ส่งไปยังอุปกรณ์รับ อุปกรณ์ตัวกลางระหว่างสองเครื่องจึงต้องมีช่องทางให้ข้อมูลเดินทางอย่างน้อย 8 ช่องทาง เพื่อให้กระแสไฟฟ้าผ่านโดยมากจะเป็นสายสัญญาณแบบขนาน ระยะทางของสายสัญญาณแบบขนานระหว่างสองเครื่องไม่ควรยาวเกิน 100 ฟุต เพราะอาจทำให้เกิดปัญหาสัญญาณสูญหายไปกับความต้านทานของสาย นอกจากนี้อาจมีปัญหาที่เกิดจากระดับไฟฟ้าสายดินที่จุดรับผิดไปจากจุดส่ง ทำให้เกิดการผิดพลาดในการรับสัญญาณทางฝ่ายรับ

        นอกจากแกนหลักแล้วอาจจะมีทางเดินของสัญญาณควบคุมอื่น ๆ อีก เช่น บิตพาริตี ที่ใช้ในการตรวจสอบความผิดพลาดของการรับสัญญาณที่ปลายทางหรือสายที่ควบคุมการโต้ตอบ (hand-shake)

            2. การถ่ายโอนข้อมูลแบบอนุกรมในการถ่ายโอนข้อมูลแบบอนุกรม ข้อมูลจะถูกส่งออกมาทีละบิต ระหว่างจุดส่งและจุดรับ การส่งข้อมูลแบบนี้จะช้ากว่าแบบขนาน การถ่ายโอนข้อมูลแบบอนุกรมต้องการตัวกลางสำหรับการสื่อสารเพียงช่องเดียวหรือสายเพียงคู่เดียว ค่าใช้จ่ายจะถูกกว่าแบบขนานสำหรับการส่งระยะทางไกลๆ โดยเฉพาะเมื่อเรามีระบบการสื่อสารทางโทรศัพท์ไว้ใช้งานอยู่แล้ว ย่อมจะเป็นการประหยัดกว่าที่จะทำการติดต่อสื่อสารทีละ 8 ช่อง เพื่อการถ่ายโอนข้อมูลแบบขนานการถ่ายโอนข้อมูลแบบอนุกรมจะเริ่มโดยข้อมูลจากจุดส่งจะถูกเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณอนุกรมเสียก่อน แล้วคอยทยอยส่งออกทีละบิตไปยังจุดรับ และที่จุดรับจะต้องมีกลไกในการเปลี่ยนข้อมูลที่ส่งมาทีละบิต ให้เป็นสัญญาณแบบขนานซึ่งลงตัวพอดี เช่น บิตที่ 1 ลงที่บัสข้อมูลที่ส่งมาทีละบิต ให้เป็นสัญญาณแบบขนานซึ่งลงตัวพอดี เช่น บิตที่ 1 ลงที่บัสข้อมูลเส้นที่ 1 ดังแสดงในรูป

4.2.2 การสื่อสาร : วิธีการถ่ายโอน2

 4.2.2 การสื่อสาร : วิธีการถ่ายโอน2

การติดต่อแบบอนุกรมอาจแบ่งตามรูปแบบการรับ-ส่งได้ 3 แบบ

       1. การสื่อสารแบบทางเดียว (simplex: SPX) เป็นการสื่อสารแบบทางเดียว มีทิศทางการไหลของสัญญาณเป็นทิศทางเดียวกัน กล่าวคือ มีเพียงอุปกรณ์ตัวเดียวเท่านั้นที่ทำหน้าที่ส่งข้อมูล อุปกรณ์ตัวอื่นทำหน้าที่รับข้อมูลอย่างเดียว ตัวอย่างเช่น แป้นพิมพ์และจอภาพ หรือสวิตซ์และหลอดไฟ หรือการออกอากาศวิทยุ โทรทัศน์ ที่ผู้รับและผู้ส่งไม่สามารถโต้ตอบกันได้

        2. การสื่อสารแบบสองทางครึ่งอัตรา (half duplex: HDX) เป็นการสื่อสารแบบสองทาง แต่ส่งได้ทีละทาง โดยแต่ละสถานีทำหน้าที่ได้ทั้งรับและส่งข้อมูล เมื่ออุปกรณ์ใดทำหน้าที่เป็นผู้ส่ง อุปกรณ์ตัวอื่นจะทำหน้าเป็นผู้รับ ไม่สามารถส่งข้อมูลสวนทางกันได้ ตัวอย่างของการส่งสัญญาณแบบนี้เช่น วิทยุสื่อสารของหน่วยงานราชการ หรือตำรวจซึ่งต้องผลัดกันพูด เมื่อฝ่ายหนึ่งเป็นผู้พูดต้องกดปุ่มแล้วจึงพูดได้ เมื่อพูดเสร็จเรามักจะได้ยินคำว่า "เปลี่ยน" นั่นคือ เป็นการบอกให้ผู้รับทราบว่า ผู้ส่งต้องการเปลี่ยนสถานะจากผู้ส่งเป็นผู้รับ และให้ผู้รับเปลี่ยนเป็นผู้ส่ง

        3. การสื่อสารแบบสองทางเต็มอัตรา (full duplex: FDX) เป็นการสื่อสารแบบสองทาง แต่รับส่งได้พร้อม ๆ กัน หมายความว่า สถานีทั้ง 2 สถานี สามารถส่งและรับข้อมูลได้พร้อม ๆ กัน และตัวกลางที่ใช้ทั้ง 2 ฝั่ง อาจใช้ร่วมกันหรือแบ่งแยกเป็นสายสำหรับรับ กับสายสำหรับส่งก็ได้ การสื่อสารแบบนี้มีประสิทธิภาพดีกว่าแบบอื่น ๆ เพราะไม่เกิดการหน่วงเวลาในช่วงการเปลี่ยนสถานะระหว่างผู้รับกับผู้ส่ง