วันพฤหัสบดีที่ 19 สิงหาคม พ.ศ. 2553

เทคโนโลยี packet switching

                                                         การสื่อสาร Packet Switching
          เครือข่ายคอมพิวเตอร์ เป็นการนำเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งแต่ 2 เครื่องขึ้นไปมาเชื่อมต่อกัน ถ้าเป็นเครือข่ายที่ครอบคลุมพื้นที่ที่จำกัด เรียกกว่า เครือข่าย LAN(Local Area Network) แต่ความต้องการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งเท่านั้น บางครั้งก็มีความจำเป็นที่จะต้องเชื่อมต่อเครื่องคอมพิวเตอร์อื่นที่อยู่ภายในเครือข่ายหรือนอกเครือข่าย ถ้าเป็นการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ที่อยู่ในนอกเครือข่าย เรียกกว่า เครือข่าย WAN (Wide Area Network) อินเตอร์เน็ตถือว่าเป็นเครือข่าย WAN ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ซึ่งเป็นเครือข่ายที่ครอบคลุมทั่วโลก การออกแบบเครือข่าย WAN มีข้อจำกัดที่ระยะทางง เพราะเมื่อมีการส่งสัญญาณระยะไกล ๆ กำลังของสัญญาณจะอ่อนลง ซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพในการรับส่งข้อมูล เครือข่าย WAN ประกอบด้วยซับเน็ตย่อยๆ การถ่ายโอนข้อมูลต้องส่งจากโหนดหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่งในแต่ละซับเน็ต โหนดจะมีลิงค์เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน บางโหนดก็ไม่มีลิงค์เชื่อมต่อ แต่สามารถส่งข้อมูลไปมาระหว่างโหนดได้ โดยใช้เทคนิคการสวิตซ์ไปมาหระหว่างโหนดของลิงค์ต่างๆ เพื่อให้ถึงจุดหมายปลายทาง ซึ่งเรียกเทคนิคนี้ว่า เครือข่ายสวิตชิง(Switching Network) อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่สวิตช์ข้อมูลเราเรียกว่า ชุมสายสื่อสารข้อมูล ดังนั้นชุมสายโทรศัพท์ที่เรารู้จักคุ้นเคยกันดีก็เป็นวิธีการสวิตช์ข้อมูลวิธีหนึ่ง ผู้ที่ใช้โมเด็มเชื่อมโยงเข้ากับข่ายโทรศัพท์และต่อเข้าหากันได้ก็ใช้เครือข่ายขององค์การโทรศัพท์ฯ หรือใช้ชุมสายภายในที่เรียกว่า PABX นั่นเอง


          วิธีการของชุมสายสื่อสารข้อมูลที่อยู่ในเครือข่ายที่ใช้กันโดยทั่วไป สามารถแบ่งตามหลักการทางเทคนิคได้ 3 แบบ คือ ชุมสายเซอร์กิตสวิตชิ่ง (Circuit Switching) ชุมสายแมสเซจสวิตชิ่ง (Message Switching) และแพ็กเกตสวิตชิ่ง (Packet Switching)


                                                               รูปที่ 1 ตัวอย่างเครือข่ายสวิตชิง

เซอร์กิจสวิตชิง(Circuit Switching)


          เป็นเทคนิคการส่งสัญญาณแบ Point-to-Point จะมีการจอง resource ที่ใช้ในการเชื่อมต่อกันไว้ก่อนและจะถูกจองตลอดเวลาที่มีการ Connection ซึ่งเป็นลักษณะที่สำคัญของการเชื่อมต่อแบบนี้ ในการส่งข้อมูลจะต้องมีการกำหนดเส้นทางก่อน โดยต้นทางจะร้องขอไปยังปลายทางเมื่อปลายทางตอบรับจึงจะสามารถส่งข้อมูลได้ จึงทำให้เสียเวลาในส่วนนี้ไป วิธีการส่งแบบนี้เหมาะสำหรับการส่งข้อมูลที่มีการโต้ตอบกันตลอดเวลา และมีปริมาณสูง เมื่อสิ้นสุดการรับ-ส่งข้อมูล จะต้องมีการ Disconnection เพื่อคืนช่องสัญญาณ ตัวอย่างที่ เห็นได้ชัดของระบบเซอร์กิตสวิตชิง ได้แก่ระบบโทรศัพท์นั่นเอง โทรศัพท์แต่ละหมายเลขจะมีสายสัญญาณเชื่อมต่อมายังชุมสายโทรศัพท์หรือ CO(Central Office) ซึ่งมีสวิตซ์ติดตั้งอยู่ ระหว่างชุมสายโทรศัพท์จะมีการเชื่อมต่อกัน ทำให้สามารถโทรศัพท์ไปยังเบอร์อื่นๆ ได้ ชุมสายโทรศัพท์หลายๆ ชุมสาย ทุกครั้งที่ใช้โทรศัพท์จะมีเส้นทางสัญญาณที่ถูกจองไว้สำหรับใช้ในการสนทนาแต่ละครั้ง เมื่อเลิกใช้โทรศัพท์เส้นทางนี้จะถูกยกเลิกและพร้อมสำหรับการใช้งานครั้งต่อไป
ข้อดี
          ระบบ Circuit Switching สามารถ guarantee อัตราการส่งข้อมูลที่แน่นอนได้ เนื่องจากได้มีการกำหนดเส้นทางก่อนการส่งข้อมูล
          เมื่อต้นทางสามารถติดต่อกับปลายทางได้แล้ว การรับส่งข้อมูลก็จะดำเนินการได้ทันที่ การถ่ายโอนข้อมูลจึงกระทำได้อย่างรวดเร็ว โดยมีค่าหน่วยเวลาหรือ Delay น้อยมาก แต่ในช่วงแรกของการสื่อสารอาจจำเป็นต้องรอคอยก่อน เนื่องจากจำเป็นต้องมีการสร้าง connection เพื่อวางเดินทางไปยังโฮสต์ปลายทาง
ข้อเสีย
          ระบบ Circuit Switching หาก Computer หรือ Terminal ติดต่อกับศูนย์ หรือข้อมูลในการเรียกค้นข้อมูลเป็นระยะจะทำให้มีช่วงเวลาที่สายสัญญาณไม่มีการใช้และผู้อื่นก็ใช้ไม่ได้
          ระบบการส่งสัญญาณแบบ Circuit Switching ที่ใช้ในเครือข่ายมีดังนี้
                    - โมเด็มและระบบโทรศัพท์(Modem and Telephont System)
                    - สายคู่เช่า (Leased Line)
                    - ISDN (Intergrated Services Digital Network)
                    - DSL (Digital Subscriber line)
                    - เคเบิลโมเด็ม (Cable Modem)
                                              รูปที่ 2 คอมพิวเตอร์ A ติดต่อกับศูนย์ข้อมูล B ผ่านชุมสายเซอร์กิตสวิตชิ่ง เช่นชุมสายโทรศัพท์



เมจเสจสวิตชิง(Message Switching)          เป็นระบบการสื่อสารข้อมูลที่มีความชาญฉลาดมากขึ้น การทำงานในระบบผู้ส่งจะส่ง Message ไปยัง node แรก เมื่อ node แรกได้รับข้อมูลจะเก็บข้อมูล(ไว้ใน Buffer) และติดต่อไปยัง node ต่อไป เมื่อหาเส้นทางไปยัง node ต่อไปได้แล้ว ก็จะทำการส่งข้อมูลที่เก็บไว้ใน Buffer ออกไปยัง node นั้น และไปจนกว่าจะถึงปลายทางเรียกว่า Stort และ Forward
ข้อดี
          ระบบ Message Switching การใช้สายมีประสิทธิภาพมากขึ้น
          การติดต่อระหว่างผู้เรียกกับผู้ถูกเรียกมีการรับประกันเรื่องความถูกต้อง
ข้อเสีย
          มีการหน่วยเวลา (Delay) ระหว่างผู้เรียกกับผู้ถูกเรียก
          ไม่เหมาะกับงานที่โต้ตอบทันทีเพราะมีการหน่วงเวลาสูง
          การส่งข้อมูลมีขนาดใหญ่ ทำให้มีการใช้ช่องสัญญาณเป็นเวลานาน

                                รูปที่ 3 เมสเสจสวิตชิงมีการจับจองหนึ่งเส้นทางเพื่อถือครองในช่วงเวลาหนึ่ง           ขั้นตอนแรก S ได้มีการส่งผ่านเส้นทางไปยัง a จากนั้น a ก็จะมีการจัดเก็บข้อมูลไว้ชั่วคราว ซึ่งช่วงเวลาดังกล่าวเส้นทาง จาก S ไปยัง a นั้นจะถูกปลดออก ทำให้ผู้อื่นสามารใช้เส้นทางได้ จากนั้น a ก็จะส่งเมสเสจนั้นไปยัง c และทำเช่นนี้เรื่อยไปจนกระทั่งถึงปลายทาง T ซึ่งเป็นการถือครองเส้นทางในการส่งข่าวสารในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งเท่านั้น
รูปที่ 4 ข้อมูลที่ส่งในระบบ Packet Switching


แพ็กเก็ตสวิตชิง(Packet Switching)          เนื่องจาก Message Switching มีข้อเสียในการส่งข้อมูลขนาดใหญ่ ทำให้มีการใช้ช่องสัญญาณเป็นเวลานาน เพื่อให้การส่งข้อมูลประสบความสำเร็จฝั่งส่งจึงทำการแบ่ง message ที่ยาวๆ ที่จะส่งออกเป็น segment เล็กๆ เรียกว่า packet ซึ่ง packetของข้อมูลนี้จะถูกส่งจากต้นทางไปยังปลายทาง โดยผ่านเทคโนโลยี packet switching โดยเทคโนโลยี packet switching ใช้เทคนิคการสื่อสารระหว่าง End Systems ของเครือข่ายอินเตอร์เน็ต ซึ่งปกติแล้ว End Systems จะไม่ถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันโดยตรงผ่าน Communication link เพียง link เดียว แต่จะถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันโดยผ่านทาง Router โดย Routers จะทำการรับข้อมูลที่ส่งเข้ามาผ่านทางช่องทางการสื่อสารขาเข้า (Incoming) แล้วส่งผ่านไปยังช่องทางการสื่อสารขาออก (Outgoing) ในขณะที่ IP Protocol จะทำการกำหนดรูปแบบของข้อมูลที่ถูกส่งและรับระหว่าง Routers และ End systems โดยเส้นทางที่ใช้ในการส่งผ่านข้อมูลระหว่าง Router ไปยังผู้รับที่ End System นั้นเราจะเรียกว่า Path ของเครือข่าย เทคนิค End Systems ยอมให้Ens System ต่างๆ ร่วมกันใช้เส้นทางหรือใช้บางส่วนของเส้นทางได้ในเวลาเดียวกัน ทำให้การสื่อสารแบบ Packet switching มีประสิทธิภาพกว่าการสื่อสารแบบ Circuit switching
          การสื่อสารแบบ Packet Switching ข้อมูลจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนย่อยๆ จะสามารถท่องเที่ยวไปยังช่องทางที่แตกต่างกัน เมื่อไปถึงปลายทางทุก packet จะกลับไปรวมตัวกันอีกครั้งเป็นข้อมูล ช่องทางหรือเส้นทางสามารถแชร์หรือแบ่งปันระหว่าง packet ได้ ทำให้การใช้เส้นทางในการสื่อสารมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
                                             
         ข้อมูลที่ต้องการส่งจะถูกแปลงเป็นข้อมูล digital คือประกอบด้วย 0 และ 1 ข้อมูลเหล่านี้จะถูกแบ่งออกเป็น packet และแต่ละ packet จะมีที่อยู่ของแต่ละคอมพิวเตอร์อยู่ในรูปแบบ IP Address
                                                รูปที่ 5 การแปลงข้อมูลและแตกเป็น packet
          จากรูปที่ 5 ข้อมูลที่ต้องการส่งคือ I want to communication with you ข้อมูลจะถูกแปลงให้เป็นเลขฐานสอง เพราะคอมพิวเตอร์รับรู้ข้อมูลเป็นเลขฐานสองเท่านั้น ซึ่งเมื่อแปลงมาแล้วข้อความจะเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดในคอมพิวเตอร์คือบิต 0010110110001001101110001101 หลังจากนั้นข้อมูลจะถูกแบ่งเป็น packets ได้ดังนี้ 01100010 10101100 11000011 ส่วนหัวของแต่ละ packet จะเป็น address ของผู้รับปลายทาง และส่วนที่สองจะเป็นข้อมูลที่ต้องการส่งไป

                                  รูปที่ 6 โครงสร้างอย่างง่ายของการแตก Message เป็น Packets
          การเชื่อมต่อของเครือข่าย Packet Switching ยังแยกออกได้เป็นชนิด Connection-Oriented และ Connectionless
Connection-Oriented


          เมื่อ client และ server (ที่อยู่คนละ end system) จะต้องทำการส่ง packet ที่ใช้ควบคุมการส่งข้อมูลถึงกันก่อนที่จะทำการส่ง packet ที่บรรจุตัวข้อมูลจริงๆ ออกไป ซึ่งวิธีการแบบนี้เรียกว่า กระบวนการ handshaking โดยกระบวนการนี้จะสร้างขึ้นเพื่อใช้ในการเตือน client และserver ให้เตรียมพร้อมสำหรับการรับ packets การเชื่อมต่อแบบ Connection-Oriented ถือว่าเป็นการเชื่อมต่อแบบหลวมๆ เพราะว่ามีเฉพาะ end system เท่านั้นที่รับรู้การเชื่อมต่อนี้ ในขณะที่ Packet Switch ในเครือข่ายอินเตอร์เน็ตจะไม่รับรู้ถึงการเชื่อมต่อนี้เลย เพราะว่าการสร้าง connection ของ TCP นั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าการจองทรัพยากรของคอมพิวเตอร์(buffer) และเตรียมความพร้อมของ end systems ทำให้ตัว Packet Switch หรือ Router ไม่จำเป็นต้องรับรู้ถึงสถานะของการเชื่อมต่อ การทำงานจะทำที่ Layer 3 ยกตัวอย่างเช่น ระบบโทรศัพท์, TCP Protocol, X.25, ATM
          บริการแบบ Connection-Oriented ของอินเตอร์เน็ตเป็นการรวมเอาบริการหลายอย่างประกอบเข้าไว้ด้วยกัน ไม่ว่าจะเป็น Reliable data transfer, Flow control และ Congestion control ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้
          Reliable data transfer คือ การประกันว่าแอพพลิเคชั่นจะสามารถส่งข้อมูลจากฝั่งส่งไปถึงฝั่งรับได้แบบ ครบถ้วนถูกต้องและตรงตามลำดับ ซึ่งจะมีอยู่ 2 หลักการ ที่ใช้ในการทำ reliable data transfer คือ Acknowledgement และ Retransmission ซึ่งก็คือฝั่งส่งไม่ได้รับ Acknowledgement จากฝั่งรับ ก็จะต้องทำการ Retranmission หรือส่งข้อมูลชุดเดิมอีกครั้ง

          Flow control คือการทำให้แน่ใจได้ว่าจะไม่มีฝั่งใดของ connection ทำการส่งข้อมูลให้มากจนเกินกว่าที่อีกฝั่งจะรับไปประมวลผลได้ทัน โดยมีการทำ Flow control จะควบคุมให้ end system นั้นทำการลดอัตราส่งข้อมูล เมื่อเริ่มที่จะมีความเสี่ยงว่าข้อมูลที่ส่งมานั้นมีจำนวนมากกว่าขนาด buffter (ที่ได้จองไว้เมื่อตอนทำ handshaking) ที่ฝั่งผู้รับจะได้ ซึ่งเป็นผลทำให้เกิดการ loss ของข้อมูลได้เช่นกัน
          Congestion control ใช้เพื่อป้องกันไม่ให้อินเตอร์เน็ตเข้าสู่สภาวะ lock อันเนื่องมาจาก end system ทำการส่ง packet เข้ามายัง switching (เช่น Router) มากจน buffer ใน Routers เกิด overflow นั้นเอง โดยมันจะทำการควบคุมให้ end system ลดอัตราการส่ง packet เข้าสู่เครือข่ายในช่วงที่เกิดความคับคั่งนี้ โดย end system จะรับรู้ว่ามีการคับคั่งของข้อมูลเกิดขึ้นเมื่อมันไม่ได้รับ Acknowledgement ของ packet ที่ส่งไป

          เครือข่ายคอมพิวเตอร์ใด ๆอาจจะให้บริการ Connection-Oriented ได้โดยไม่มีบริการข้อใดข้อหนึ่งข้างต้นหรืออาจจะให้มากว่านี้ก็ได้ เพราะที่จริงแล้ว portocal อะไรก็ตามที่มีการ handshake ระหว่างเครื่องที่สื่อสารกันก่อนการส่งถ่ายข้อมูลถือว่าเป็นการเชื่อมต่อแบบ Connection-Oriented Sevice แล้ว
          โปรโตคอลที่ใช้ควบคุมการให้บริการแบบ Connection-Oriented ของอินเตอร์เน็ตก็คือ Transmissionn Control Protocol(TCP) และ TCP/IP เป็นมาตรฐานที่ใช้ควบคุมระบบ packet switching TCP ทำหน้าที่เป็น Protocol ที่ใช้เชื่อมต่อผู้รับและผู้ส่งข้อมูลในระบบInternet. TCP จะเป็นตัวแบ่งว่าข้อมูลนี้จะถูกแบ่งออกมาเป็นกี่ Packet และทำหน้าที่ตรวจสอบเมื่อ Packet มาถึงปลายทางว่าครบจำนวนหรือไม่ IP ทำหน้าที่ในการนำส่ง packet ผ่าน IP address. IP address คือที่อยู่ของคอมพิวเตอร์นั้นๆในระบบ Internet

Connectionless Sevice           เป็นบริการที่ไม่ต้องทำ Handshake ระหว่างฝั่งส่งและฝั่งรับ คือผู้ส่งและผู้รับไม่ต้องทำการติดต่อกันก่อน เมื่อใดที่ต้องการส่งข้อความ ก็จะเขียนที่อยู่ของผู้รับพร้อมข้อมูลส่งไปในเส้นทาง ผู้รับอาจได้รับข้อมูลที่มีลำดับแตกต่างไปจากลำดับของการส่ง ผู้รับมีหน้าที่ในการเรียงลำดับของข้อมูลเอง การทำงานจะทำที่ Layer 4 protocol ที่ใช้บริการแบบ Connectionless Service ของอินเตอร์เน็ตคือ UDP (User Datagram Protocol) ไม่มีกลไกการรับประกันความเชื่อถือในการส่งถ่ายข้อมูล หากข้อมูลหาย ซ้ำซ้อนหรือลำดับมาไม่ถูกลำดับนั้น UDP จะปล่อยให้เป็น protocol ที่เรียกใช้งานดำเนินการแก้ปัญหาเอง โดย UDP จะไม่ให้บริการใดๆ เลยที่เป็นบริการที่อยู่ใน TCP โปรแกรมประยุกต์ที่ใช้ UDP ต้องมีความสามารถในการสร้างความมั่นใจว่าข่าวสารที่มาถึงอยู่ในลำดับที่ถูกต้อง การประยุกต์เครือข่ายที่ต้องการประหยัดเวลาในการประมวลผล เพราะมีหน่วยข้อมูลในการแลกเปลี่ยน UDP จะให้บริการที่ไม่มีใน TCP โดยเลเยอร์ของ IP คือ Port number เพื่อช่วยแยกแยะการขอของผู้ใช้และความสามารถ checksum เพื่อตรวจสอบการมาถึงข้อมูล ในแบบจำลองการสื่อสาร Open System Interconnection (OSI) UDP เหมือกับ TCP คือ อยู่ที่เลเยอร์ที่ 4 Transport Layer
เปรียบเทียบ packet Switching กับ Message Switching          ค่าหน่วงเวลาของ packet Switching นั้นมีค่าน้อยกว่า โดยค่าหน่วงเวลาของ packet แรก จะเกิดขึ้นเพียงชั่วครู่ในขณะที่ packet แรกนั้นผ่านจำนวนจุดต่าง ๆ บนเส้นทางที่ใช้ หลังจากนั้น packet ที่ส่งตามมาทีหลังก็จะทยอยส่งตามกันมาอย่างรวดเร็ว และหากมีการสื่อสารบนช่องทางความเร็วสูงแล้ว ค่าหน่วงเวลาที่เกิดขึ้นจะมีค่าต่ำทีเดียว
เปรียบเทียบ packet Switching กับ Circuit Switching          Packet switching สามารถแชร์ bandwidth ได้มากว่า Circuit Switching และมีความเรียบง่าย มีประสิทธิภาพกว่าและราคาถูกว่า Circuit Switching ในการนำมาใช้งาน แต่ก็ไม่เหมาะกับการนำมาใช้กับแอพพลิเคชั่นที่เป็นแบบ Real-Time เพราะจะมีความไม่แน่นอนในการเกิด delay การสื่อสารด้วยวิธีแพ็กเก็ตสวิตชิง การสื่อสารด้วยวิธีแพ็กเก็ตสวิตชิงแบ่งออกเป็น 2 วิธีด้วยกันคือ
- Datagram network
- Virtual-Circuit network



Datagram Network           วิธีนี้การส่งข้อมูลจะทำการเก็บที่อยุ่ปลายทาง(destination address) ไว้ในส่วนที่เป็น head ของ packet ที่จะทำการส่ง เมื่อ packet มาถึง switch แล้ว switch ก็จะทำการตรวจสอบข้อมุลดังกล่าวใน Packet ที่จะทำการส่งต่อไปยัง switch ตัวอื่นๆที่อยู่ติดกันตัวที่เหมาะสมต่อไป datagram network จะไม่มีการเก็บ connection state information ไว้ใน switch
Virtual-Circuit network
          วิธีนี้ packet จะถูกส่งไปพร้อมกับ virtrual circuit number (VC number) ที่เหมาะสมไปด้วย ซึ่ง VC number นี้จะเป็นตัวกำหนดเส้นทางการเดินทางของ packet นั้นๆ และ VC number นี้ก็จะเปลี่ยนแปลงไปตาม packet switch ไปเรื่อยๆ โดยที่ VC number ตัวใหม่นั้นจะทราบได้จาก VC-number translation table ถ้า network ใช้ virtual-Circuit แล้ว switch จะต้องทำการเก็บข้อมูลสถานะ (state information) ของ connection ที่ผ่าน switch

เวลาหเมื่อ packet ถูกส่งจากต้นทางไปยังปลายทาง packet จะถูกส่งผ่านกลุ่ม router ต่าง ๆ เพื่อให้ถึงปลายทาง ช่วงเวลาที่ packet เดินทาง router แต่ละตัว จะเกิด delay ขึ้น ซึ่ง delay มีหลายประเภทดังนี้

          Processing delay เป็นช่วงเวลาที่ packet ถูกส่งออกไปผ่าน router A และ router เมื่อ packet มาถึงที่ router A ตัว router ก็จะทำการพิจารณา header ของ packet เพื่อกำหนดoutbound link ที่เหมาะสมสำหรับ packet นั้นและส่ง packet ไปยัง link ต่อไป
          Queuing delay เป็นช่วงเวลาที่ packet อยู่ในคิว คือเมื่อมีที่ส่ง packet ไปยัง router A และ router A ก็จะส่ง packet ไปรออยู่ที่คิว ก่อนที่จะส่งไปที่ router B แต่ถ้าในคิวว่าง และไม่มี packet อื่นๆรอส่งออกไป ความล่าช้าในการเข้าคิวของ packet จะเป็นศูนย์ ค่า delay สามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ตลอดเวลา ค่าของ Queuing delay จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ traffic เข้ามาใน queue เมื่อ packet มาถึงคิวและพบว่าคิวเต็ม ไม่มีที่เก็บ packet router ก็จะทิ้ง packet ที่ส่งมาใหม่นั้นทิ้งไปเลย ซึ่งก็คือจะทำให้ packet เกิดการ loss ซึ่งเรียกว่า Packet Loss
          Transmission delay เป็นเวลาที่ router ต้องการใช้สำหรับการส่ง packet ออกไป ซึ่งจะขึ้นอยู่กับความยาวของ packet และอัตราการ link โดยจะไม่เกี่ยวข้องกับระยะทางระหว่าง 2 router ปกติ packet จะถูกส่งด้วยวิธี first come first serve คือ packet ใดมาถึงก่อนก็จะได้รับบริการก่อน เมื่อความยาวของ packet มีหน่วยเป็น L บิต อัตราการส่งข้อมูลของ link เท่ากับ R บิต/วินาที อัตราความเร็ว R ถูกกำหนดโดยอัตราการส่งข้อมูลของ link ที่ router B
          Propagation delay เวลาที่จากการส่งบิตจาก router ตัวหนึ่งไปยัง router อีกตัวถัดไป โดยจะขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่าง 2 router จะไม่เกี่ยวข้องกับความของ packet หรือ อัตราการส่งของ link เลย



เทคโนโลยีที่ใช้ระบบส่งข้อมูลแบบ Packet Switching มีดังนี้- X.25
- เฟรมรีเลย์ (Frame Relay)
- ATM (Asynchronous Transfer Mode)

X.25          X.25 เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างเก่าและกำลังจะล้าสมัย เนื่องจากมันสามารถรองรับอัตราข้อมูลสูงสุดแค่ 64 Kbps ส่วนใหญ่ X.25 จะนิยมใชกับ Packet Switching Network และทำงานในเลเยอร์ที่ 1,2 และ 3 ของแบบอ้างอิง OSI
โปรโตคอลที่จัดอยู่ในชุดโปรโตคอล X.25 เช่น PLP,LAPB,X.21 bis,EIA/TIA-232,EIA-449,EIA-530,G.70
          อุปกรณ์ที่ใช้ในระบบเครือข่าย X.25 แบ่งเป็น 3 ประเภทคือ

             - DTE (Data Terminal Equipment) เป็นอุปกรณ์ที่ต้องการรับส่งข้อมูลผ่านเครือข่าย X.25 และเป็น
                อุปกรณ์ตัวสุดท้ายที่ใช้ในการสื่อสาร เช่น คอมพิวเตอร์ เทอร์มินอล เซิร์ฟเวอร์
             - DCE (Data Circuit Equipment ) เป็นอุปกรณ์ตัวกลางที่ใช้ในการติดต่อสื่อสารระหว่าง PSE และ DTE
               อย่างเช่น Modem และ Packet switches ซึ่งนั้นเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เชื่อมโยงระหว่าง DTE และ PSE
             - PSE (Packet Switch Exchange) กลุ่มของสวิตซ์ที่เชื่อมกันเป็นเครือข่าย X.25 และทำหน้าที่ถ่ายโอนข้อมูล
               จาก DTE หนึ่งไปยัง DTE หนึ่ง โดยผ่าน PSN
           นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์อีกตัวหนึ่งคือ

             - PAD (Packet Assembler/Disassembler) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับเชื่อมต่อ DTE ที่ไม่สามารถเชื่อมต่อ
               โดยตรงเข้ากับ DCE หรือไม่มีฟังก์ชันในตัว เช่น ดัมพ์เทอร์มินอล หน้าที่หลักของ PAD คือ บัฟเฟอร์ริ่ง
               (Buffering) ประกอบแพ็กเก็ต (Packet Assembly) และถอดแพ็กเก็ต (Packet Disassembly)
บัฟเฟรอร์ริ่ง คือ เก็บข้อมูลที่ส่งและรับโดย DTE และเมื่อข้อมูลส่งมาจาก DTE ก็จัดให้อยู่ในรูปของแพ็เก็ตที่สามารถส่งผ่าน X.25wfh
                                    รูปที่ 7 ความสัมพันธ์ของอุปกรณ์ต่างๆ ของเครือข่าย X.25การเชื่อมต่อแบบวงจรเสมือน          เส้นทางที่ใช้รับส่งข้อมูลผ่านเครือข่าย X.25 เรียกว่า วงจรเสมือน (Virtual Circuit) ซึ่งก่อนที่จะมีการรับส่งข้อมูลระว่าง DTE ต้องมีการสร้างเซสชั่นก่อน โดยอุปกรณ์ DTE ต้องส่งข้อมูลร้องขอการเชื่อมต่อไปยัง DTE ปลายทาง ถ้า DTE ปลายทางยอมรับก็จะเริ่มกระบวนการรับส่งแบบ Full Duplex โดยเส้นทางที่สร้างขึ้นมานี้เพื่อช่วยเพิ่มความเชื่อถือได้ของการรับส่งข้อมูลระหว่างสองฝั่ง วงจรเสมือนของ X.25 แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ
          - SVC (Switched Virtual Circuit) เป็นวงจรเสมือนที่สร้างขึ้นชั่วคราวสำหรับการรับส่งข้อมูลที่เกิดขึ้นไม่บ่อย

          - PVC (Permanent Virtual Circuit) เป็นวงจรเสมือนที่ถูกสร้างแบบถาวร เหมาะกับการรับส่งข้อมูลบ่อย ไม่จำเป็นต้องสร้างเซลชั่นทุก ๆ ครั้ง 
                                              ตารางเปรียบเทียบข้อดีข้อเสีย PVC และ SVC


หลักการรับส่งข้อมูลผ่าน X.25           - DTE ที่ต้องการส่งข้อมูลกำหนดวงจรเสมือนที่ต้องการใช้ในเฮดเดอร์ของแพ็กเก็ต แล้วส่งต่อให้ DTE ที่เชื่อมต่ออยู่
          - DCE ได้รับแพ็กเก็ตก็จะตรวจสอบเฮดเดอร์เพื่อตรวจดูวงจรเสมือนแล้วส่งต่อให้ PSE ที่กำหนดในวงจรเสมือน
          - แพ็กเก็ตก็จะถูกส่งไปตามเส้นทางที่กำหนดในวงจรเสมือน
          - DCE ที่เชื่อมต่อกับ DTE ปลายทางก็จะตรวจดูที่อยู่ปลายทางแล้วส่งให้กับ DTE ตัวนั้น
ข้อดี X.25
          1. ช่วยให้ Remote Device สามารถที่จะติดต่อสื่อสารผ่านระบบเครือข่ายดิจิตอลความเร็วสูง
          2. X.25 เป็นต้นกำเนินของ Frame Relay หรือ Cell Relay
          3. เมื่อตรวจพบ Error packet ตัว switch จะยกเลิก packet นั้นออกไปทันที ส่วน DTE ปลายทางก็จะรอจน      
              Time-Out แล้วส่งใหม่
ข้อเสีย X.25

          1. Internet Relay เพราะเทคนิค stor-and-forward และมีการจอง buffer ขนาดใหญ่
          2. มีการตรวจสอบ Error ทุกครั้งที่ได้รับ packet และก่อนที่จะ switch ต่อไปอีกที่

Frame Relay         เฟรมรีเลย์เป็นระบบที่ถูกออกแบบสำหรับเครือข่ายสมัยใหม่ โดยใช้การส่งแบบดิจิตอลและเทคโนโลยีๆไฟเบอร์ออฟติค ที่ให้ความเร็วสูงสุดถึง 34 Mbps เฟรมรีเลย์เป็นเครือขายแบบ packet switching โดยมีการกำหนดเส้นทางการเชื่อมโยงวงจรสื่อสัญญาณแบบ " วงจรเสมือนถาวร " (Permanent Virtual Circuit : PVC) วงจรเสมือนถาวรจะรับประกันความเร็วของการรับ - ส่งข้อมูลที่ตกลงกันเรียกว่า ค่าความเร็วปกติของวงจรเสมือนถาวร (Committed Information Rate: CIR) และวงจรเสมือนถาวรสามารถขยายช่องสัญญาณ (Bandwidth) ได้ชั่วคราวเพื่อให้สามารถรับ - ส่งข้อมูลได้สูงสุดเท่าความเร็วของพอร์ตเชื่อมต่อสัญญาณ (Port Speed) แต่จะกระทำในลักษณะนี้ได้ก็ต่อเมื่อช่องสัญญาณว่างเท่านั้น เราเรียกความสามารถนี้ว่า Bursty Traffic เฟรมรีเลย์เป็นโปรโตคอลที่ทำหน้าที่ในเลเยอร์ 1 และ 2 ของแบบอ้างอิง OSI เท่านั้น ผู้ใช้ที่เชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายเฟรมรีเลย์จะเสียค่าบริการเฉพาะค่าเช่าสายคู่เช่าเท่านั้น
          รูปแบบการเชื่อมโยงวงจรสื่อสารของบริการ Frame Relay จะเป็นการเชื่อมโยงแบบจุดต่อหลายจุด (Point-to-Multipoint) เป็นการเชื่อมโยงสัญญาณจากต้นทางจุดหนึ่งไปยังปลายทางหลายจุด โดยที่ต้นทางและปลายทางจะมีอุปกรณ์ในการจัดการกับข้อมูลที่วิ่งต้นทางไปยังปลายทาง ซึ่งอุปกรณ์นี้เรียกว่า Frame Relay Access Device (FRAD) ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการติดต่อสื่อสารระหว่างเครือข่ายคอมพิวเตอร์และเครือข่ายเฟรมรีเลย์

เฟรมรีเลย์จะแบ่งโปรโตคอลออกเป็น 2 ส่วนคือ          - UNI (User-to-Network Inteface) เป็นโปรโตคอลสำหรับการเชื่อมต่อระหว่าง DTE และ DCE
          - NNI(Network-to-Network Interface) เป็นโปรโตคอลที่ใช้สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสองเครือข่ายใดๆ โดยที่อีกฝ่านหนึ่งไม่จำเป็นต้องทราบถึงโครงสร้างของอีกเครือข่ายหนึ่ง

ชุดโปรโตคอลของเฟรมรีเลย์แบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ          1. ส่วนของการควบคุม(Control Plane) ซึ่งจะรับผิดชอบเกี่ยวกับสร้างและการยกเลิกการเชื่อมต่อเสมือน ทำงานคล้ายกับการควบคุมของสวิตซ์วงจรซึ่งมีสัญญาณสำหรับควบคุมการสื่อสารต่างหาก ในชั้นดาต้าลิงค์โปรโตคอลLAPD (Link Access Protocol over D Channel) ถูกใช้สำหรับการควบคุมที่เชื่อถือได้ โดยจะมีระบบตรวจเช็คและแก้ไขข้อผิดพลาดและควบคุมการไหลของข้อมูล
        2. ส่วนของผู้ใช้ (User Plane) รับผิดชอบเกี่ยวกับการรับส่งข้อมูลของผู้ใช้ผ่านเครือข่าย จะใช้โปรโตคอล LAPF(Link Access Procedure for Frame Mode Bearer Service)

อุปกรณ์เครือข่ายเฟรมรีเลย์จัดได้เป็น 2 ประเภท       - DTE(Data Terminal Equipment) เป็นอุปกรณ์ที่จุดสิ้นสุดของเครือข่ายเฟรมรีเลย์ ส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ของผู้ใช้บริการ เช่นคอมพิวเตอร์ เราท์เตอร์ เทอร์มินอล
       - DCE(Data Circuit Equipment) เป็นสวิตซ์ของเครือข่ายเฟรมรีเลย์เป็นส่วนของผู้ให้บริการเฟรมรีเลย์ ทำหน้าที่จัดการเกี่ยวกับการรับส่งข้อมูลระหว่าง DTE
การเชื่อมต่อแบบวงจรเสมือนเฟรมรีเลย์จะให้บริการเชื่อมต่ออยู่ 2 ประเภทคือ
        - วงจรเสมือนแบบถาวร หรือ PVC(Permanent Virtual Circuit) ถูกสร้างครั้งแรกครั้งเดียวและจะถูกใช้กับการสื่อสารระหว่าง 2 สถานีนั้นตลอด
        - วงจรเสมือนแบบสวิตซ์ หรือ SVC (Switched Virtual Circuit) ทำการสร้างทุกครั้งที่มีการส่งข้อมูล ข้อดีถ้าสายสัญญาณขาดทำให้ข้อมูลเดินเส้นทางใหม่ได้ ข้อเสีย ต้องสร้างเส้นทางข้อมูลทุกครั้งก่อนที่จะส่งข้อมูล ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพลดลง
ข้อดีของ Frame Delay
        - ตัดข้อมูลบางส่วนที่ใช้ในการตรวจสอบข้อผิดพลาดเพื่อให้ได้ความเร็วมากขึ้น
        - การรวมการเชื่อมต่อหลายๆ การเชื่อมต่อ หรือวงจรเสมือนให้สามารถส่งผ่านสายสัญญาณเส้นเดียวกันได้
        - ผู้ใช้บริการไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มสำหรบระบบเชื่อมต่อสำรอง
        - ความสามารถในการปรับแบนด์วิธให้เหมาะสมกับการใช้งาน



ATM       ATM(Asynchronous Transfer Mode) เป็นมาตรฐานการสื่อสารข้อมูลดิจิตอบโดยรวมเอาบริการหลายประเภท เช่น เสียง วีดีโอ และดาต้าเข้าไว้เป็นเซลล์และคงที่ ATM จัดเป็นเครือข่ายแบบแพ็กเก็ตสวิตช์ชนิดพิเศษ กล่าวคือ กลุ่มข้อมูลที่จะส่งเรียกว่าเซลล์(Cell) จะมีขนาดเล็กและคงที่ เซลล์จะมีขนาด 53 ไบต์ โดยข้อมูลจริงๆ จะมี 48 ไบต์ ส่วนที่เหลืออีก 5 ไบต์ จะเป็นส่วนเฮดเดอร์ทำให้สวิตช์ของ ATM ทำงานเร็วกว่าสวิตช์ของเครือข่ายประเภทอื่น
       จุดเด่นของเครือข่าย ATM คือ            - อัตราส่งผ่านข้อมูลสูง(High Throughput)
            - เวลาในการเดินทางของข้อมูลน้อย (Latency)
                                รูปที่ 8 เครือข่าย ATM ที่สามารถรองรับข้อมูลทั้งเสียง วีดีโอ และดาต้าต้า          ATM เป็นเทคโนโลยีแบบ Connection-Oriented - ทุกๆ cell จะวิ่งผ่านในเส้นทางเดียวกันจากจุดเริ่มต้นไปถึงปลายทาง กล่าวคือ สถานีส่งจะและสถานีรับจะรับผิดชอบในการสร้างเส้นทางเสมือน(Virtue Path) สำหรับข้อมูลก่อนที่จะทำการส่งสวิตซ์ที่อยู่ในเส้นทางเสมือนนี้ก็จะมีหน้าที่ธรรมดาคือ การส่งแพ็กเก็ตต่อ
กันเป็นทอดๆ โดยใช้ข้อมูลส่วนหัว

            
                 รูปที่ 9 ประโยชน์ของเครือข่าย ATM ที่สามารถผนวกการให้บริการข้อมูลรูปแบบต่างๆ

การเชื่อมต่อเสมือน
การเชื่อมต่อเสมือน (Virtual Connection) สามารถสร้างในเครือข่าย ATM ได้มี 2 ประเภท
          - วงจรเสมือน (Vitrual Circuit) คือการเชื่อมต่อเสมือน(Logical Connection) ระหว่างสองสถานีใดๆ ในเครือข่ายของสวิตซ์ สถานีจะสื่อสารกันโดยผ่านเซลล์ข้อมูล โดยผ่านวงจรเสมือนนี้
          - เส้นทางเสมือน (Virtual Path) เป็นกลุ่มของวงจรเสมือน การจัดวงจรให้เป็นกลุ่มนั้น มีผลดีต่อการจัดการวงจรเสมือนที่มีหลายวงจรในเวลาเดียวกัน
ประเภทของการเชื่อมต่อATM รองรับการเชื่อมต่ออยู่ 2 ประเภทดังคือ
          - การเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุด (Point-to-point Connections) เป็นการเชื่อมผนึกระหว่างสองสถานีโดยการเชื่อมต่อแบบเสมือน (Virtual Connection) โดยผ่านอุปกรณ์ของเครือข่าย ATM ใช้สำหรับการรับส่งข้อมูลแบบทางเดียวหรือสองทางก็ได้
         - การเชื่อมต่อแบบจากจุดเดียวไปหลายจุด (Point-to-Multipoint Connections) การเชื่อมต่อประเภทนี้จะรองรับเฉพาะการส่งข้อมูลแบบทางเดียว คือ จากจุดเดียวไปยังหลายจุดเท่านั้น และไม่รองรับการส่งจากหลายจุดมายังจุดเดียว
          อุปกรณ์ที่ใช้ในระบบเครือข่าย ATM มีเฉพาะสวิตช์เท่านั้น ซึ่งเรียกว่า ATM สวิตช์ และใช้โทโปโลยีเป็นแบบดวงดาว(Star Topology) โดยมี ATM สวิตช์เป็นศูนย์กลาง
          โครงสร้างโปรโตคอล ATM จะเป็นแบบ 3 มิติ แต่ละมิติจะเรียกว่า เพลน(Plan) ATM นั้นจะทำงาน
ในเลเยอร์ที่ 1 และ 2 ของแบบอ้างอิง OSI สำหรับโปรโตคอลของ ATM จะแบ่งเป็นเลเยอร์บนและเลเยอร์ล่าง
          - เพลนผู้ใช้(User Plane) รับผิดชอบในการให้บริการเกี่ยวการรับส่งข้อมูลระหว่างสถานีส่งและสถานีรับ
          - เพลนควบคุม(Control Plane) รับผิดชอบเกี่ยวกับการรับสัญญาณ

ข้อดีของการใช้ ATM          - ATM ถูกพัฒนาให้เป็นมาตรฐานกลางของการสื่อสารทั่วโลก อุปกรณ์ต่าง ๆ สามารถทำงานร่วมกันได้ถึงแม้จะต่างชนิดกัน โดยใช้มาตรฐานเดียวกัน ไม่จาเป็นต้องเป็นยี่ห้อหนึ่งยี่ห้อใด
          - ATM ถูกพัฒนาเพื่อการส่งข้อมูลสาหรับทั้งเครือข่ายภายในระยะใกล้ (LAN : Local Area Network)และระยะไกล(Wide Area Network : WAN ) แต่เดิมนั้นรูปแบบของการส่งข้อมูลใน LAN และ WAN จะแตกต่างกัน ซึ่งสร้างความยุ่งยากในการเชื่อมต่อและบริหารเครือข่าย แต่ ATM จะผนวกทั้ง LAN และWAN เข้าเป็นเครือข่ายใหญ่ที่มีมาตรฐานเดียว
          - ATM สามารถใช้ได้ที่ความเร็วสูงมาก ตั้งแต่ 1 Mbps ไปจนถึงระดับ Gbps
สรุป           เครือข่ายแพ็กเก็จสวิตชิ่งเป็นการรวมเอาข้อดีของเครือข่ายทั้งสองมารวมกัน คือ เครือข่ายเซอร์กิตสวิตช์
(Circuit Switching) และเครือข่ายแมสเสจต์สวิตช์ (Message Switching) เข้าด้วยกัน การส่งข้อมูลผ่านเครือข่าย
แพ็กเก็จสวิตชิ่งนั้น ขนาดของของข้อมูลถูกจำกัดขนาด จึงต้องแบ่งบล็อกข้อมูลออกเป็นแพ็กเก็จ (Packet) ทั้งนี้
เพื่อให้มีขนาดเล็กลง และให้สถานี สวิตช์สามารถเก็บกักข้อมูลไว้ในหน่วยความจำ (Buffer) ชั่วคราวได้โดยไม่
ต้องใช้ดิสก์สำรอง ข้อมูลจะถูกส่งออกไปทีละแพ็กเก็จเรียง ลำดับตามกันโดยใช้วิธี (Store-and-forward) ถ้ามี
ข้อผิดพลาดในแพ็กเก็จขึ้น สวิตชิ่งนั้นก็จะทำการร้องขอให้สวิตชิ่งก่อนหน้านั้นส่งเฉพาะแพ็กเก็จที่มีความ
ผิดพลาดนั้นมาให้ ใหม่ ไม่จำเป็นจะต้องรอให้ผู้ส่งทำการส่งข้อมูลมาให้ครบทุกแพ็กเก็จแล้วจึงค่อยส่งข้อมูลไป
ให้สถานีอื่นต่อไป การทำงานแบบนี้จะทำให้การส่งข้อมูลในเครือข่ายแพ็กเก็จสวิตชิ่งสามารถ ทำงาน ได้เร็วมาก
จนดูเหมือนกับไม่มีการเก็บกักข้อมูลเลย

แหล่งที่มา

http://e-learning.yru.ac.th/yrublog/wp-content/uploads/2007/10/packet-switching.pdf http://kampol.htc.ac.th/web1/subject/com_network/sheet/chap482/chap9Wan.pdf
http://noppanun.lpru.ac.th/subject/network/C_switch.pdf
http://cskku.kkh.go.th/document/network/cnt-thai-kurose-2004.pdf
http://wiki.nectec.or.th/ngiwiki/pub/Main/GroupProject/Week_1-11_X.25.ppt#259,4,ภาพนิ่ง 4http://www.uih.co.th/service_new/Frame_relay.html
http://eng.vu.ac.th/cs/register/courses/673114/document/Lec_06.pdf?cidReq=673114
http://th.wikipedia.org/wiki






















ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น