ระบบการสื่อสารข้อมูลและเครือข่ายคอมพิวเตอร์

ความหมายของระบบการสื่อสารข้อมูล

           การสื่อสารข้อมูลทางคอมพิวเตอร์ หมายถึง การโอนถ่าย (Transmission) ข้อมูลหรือการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างผู้ส่งต้นทางกับผู้รับปลายทาง ทั้งข้อมูลประเภท ข้อความ รูปภาพ เสียง หรือข้อมูลสื่อผสม โดยผู้ส่งต้นทางส่งข้อมูลผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือคอมพิวเตอร์ ซึ่งมีหน้าที่แปลงข้อมูลเหล่านั้นให้อยู่ในรูปสัญญาณทางไฟฟ้า (Electronic data) จากนั้นถึงส่งไปยังอุปกรณ์หรือคอมพิวเตอร์ปลายทาง

ส่วนประกอบของระบบการสื่อสารข้อมูล

1.ข่าวสาร (Message) ข้อมูลหรือสารสนเทศที่อาจเป็นข้อความ ตัวเลข เสียง และวิดีโอ

2.ผู้ส่ง (Sender/Source) อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับส่งข่าวสาร เช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์

3.ผู้รับ (Receiver/Destination) อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับรับข่าวสาร เช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์

4.สื่อกลางส่งข้อมูล (Transmission Medium) เช่น สายไฟเบอร์ออปติก หรือคลื่นวิทยุ เป็นต้น

5.โพรโทคอล (Protocol) กลุ่มของกฎเกณฑ์และข้อปฏิบัติต่าง ๆ ที่กำหนดขึ้นมา เพื่อนำมาใช้เป็นข้อตกลงร่วมกันระหว่างผู้ส่งและผู้รับเพื่อให้การสื่อสารบรรลุผล

ชนิดของระบบการสื่อสาร

            การสื่อสารข้อมูลระหว่างผู้รับกับผู้ส่งสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท

1. การสื่อสารข้อมูลทิศทางเดียว (Simplex Transmission) เป็นการติดต่อสื่อสารเพียงทิศทางเดียว คือผู้ส่งจะส่งข้อมูลเพียงฝั่งเดียวและโดยฝั่งรับไม่มีการตอบกลับ เช่น การกระจายเสียงของสถานีวิทยุ การส่ง e-mail เป็นต้น

2. การสื่อสารข้อมูลสองทิศทางสลับกัน (Half Duplex Transmission)สามารถส่งข้อมูลในเวลาใดเวลาหนึ่ง ไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ทั้งฝ่ายส่งและฝ่ายรับ หรือพูดอีกนัยหนึ่งคือ ผู้ส่งสามารถส่งข้อมูลไปให้แก่ผู้รับ ส่วนผู้รับก็สามารถโต้ตอบกลับได้ แต่ไม่สามารถส่งสวนทางกันได้ในเวลาเดียวกัน  เช่นการส่งวิทยุของตำรวจ

3. การสื่อสารข้อมูลสองทิศทางพร้อมกัน (Full Duplex Transmission)สามารถส่งข้อมูลในเวลาใดเวลาหนึ่ง ได้ทั้ง2ทิศทาง ทั้งฝ่ายส่งและฝ่ายรับ หรือพูดอีกนัยหนึ่งคือ ผู้ส่งและผู้รับ สามารถโต้ตอบสวนทางกันได้ในเวลาเดียวกัน เช่น การส่งสัญญาณโทรศัพท์  สนทนา msn , feaebook

สื่อกลางในการสื่อสารข้อมูล

      สื่อกลางในการสื่อสารข้อมูลผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ สามารถแบ่งเป็น 2 ประเภทหลัก ได้แก่ เทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลแบบใช้สาย และเทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลแบบไร้สาย ดังนี้

       สื่อกลางประเภทใช้สาย 

1) สายคู่บิดเกลียว (Twisted – Pair Cable)สายคู่บิดเกลียวประกอบด้วยสายทองแดง ที่หุ้มด้วยฉนวนพลาสติก หลังจากนั้นก็นำสายทั้งสองมาถักกันเป็นเกลียวคู่ เพื่อช่วยลดการแทรกแซงจากสัญญาณรบกวนสายคู่บิดเกลียวมีอยู่ 2 รูปแบบ คือ  สายคู่บิดเกลียวแบบไม่มีชีลด์ และแบบมีชิลด์

 - สายคู่บิดเกลียวแบบไม่มีชีลด์ (Unshielded Twisted –Pair Cable :UTP) นิยมใช้งานมากในปัจจุบันมีลักษณะคล้ายกับสายโทรศัพท์บ้านไม่มีการหุ้มฉนวนมีแต่การบิดเกลียวอย่างเดียว

- สายคู่บิดเกลียวแบบมีชิลด์ (Shielded Twisted –Pair Cable :STP)สำหรับสายSTP คล้ายกับสาย UTP แต่สายSTP จะมีชิลด์ห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่ง ทำให้ป้องกันสัญญาณรบกวนได้ดีกว่าสาย UTP

2) สายโคแอกเชียล (Coaxial Cable) สายมักทำด้วยทองแดงอยู่แกนกลาง ซึ่งสายทองแดงจะถูกห่อหุ้มด้วยพลาสติก จากนั้นก็จะมีชิลด์ห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่งเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน และหุ้มด้วยเปลือกนอกอีกชั้นหนึ่งป้องกันสัญญาณรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี สายโคแอกเชียลที่เห็นได้ทั่วๆไป คือ สายที่นำมาใช้ต่อเข้ากับเสาอากาศทีวีที่ใช้ตามบ้าน

3) สายไฟเบอร์ออปติค(Optical Fiber) สายไฟเบอร์ออปติคหรือสายใยแก้วนำแสง เป็นสายที่มีลักษณะโปร่งแสง มีรูปทรงกระบอกในตัวขนาดประมาณเส้นผมของมนุษย์แต่มีขนาดเล็ก สามารถส่งข้อมูลด้วยอัตราความหนาแน่นของสัญญาณข้อมูลที่สูงมาก และไม่มีการก่อกวนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้สามารถส่งข้อมูลทั้งตัวอักษร ภาพ กราฟิก เสียง หรือวีดีทัศน์ได้ในเวลาเดียวกัน 

        สื่อกลางประเภทไร้สาย

1) อินฟราเรด (infrared) เป็นลักษณะของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการส่งข้อมูลระยะใกล้ๆ ในช่วงความถี่ที่แคบมาก ใช้ช่องทางสื่อสารน้อย มักใช้กับการสื่อสารข้อมูลที่ไม่มีสิ่งกีดขวางระหว่างตัวส่งกับตัวรับสัญญาณ โดยต้องใช้วิธีการสื่อสารตามแนวเส้นตรง ระยะทางไม่เกิน 1-2 เมตร ความเร็วประมาณ 4-16 เมกะบิตต่อวินาที เช่น การส่งสัญญาณจากรีโมตคอนโทรลไปยังโทรทัศน์

2) คลื่นวิทยุ (radio frequency) ใช้ส่งสัญญาณไปในอากาศ โดยมีตัวกระจายสัญญาณส่งไปยังตัวรับสัญญาณ และใช้คลื่นวิทยุในช่วงความถี่ต่างๆ กัน มีความเร็วต่ำประมาณ 2 เมกะบิตต่อวินาที เช่น การสื่อสารในระบบวิทยุเอฟเอ็ม 

3)ไมโครเวฟ (microwave) จะใช้การส่งสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปในอากาศ พร้อมกับข้อมูลที่ต้องการส่ง และต้องมีสถานีที่ทำหน้าทีส่งและรับข้อมูล และเนื่องจากสัญญาณไมโครเวฟจะเดินทางเป็นเส้นตรงไม่สามารถเลี้ยวหรือโค้งตามขอบโลกได้ จึงต้องมีการตั้งสถานีรับ-ส่งข้อมูลเป็นระยะๆ และส่งข้อมูลต่อกันเป็นทอดๆ ระหว่างสถานีต่อสถานี จนกว่าจะถึงสถานีปลายทาง และแต่ละสถานีจะตั้งอยู่ในที่สูง

4) ดาวเทียม (satellite) เป็นสถานีรับส่งสัญญาณไมโครเวฟบนท้องฟ้า ซึ่งได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงข้อจำกัดของสถานีรับ-ส่งไมโครเวฟบนผิวโลก เพื่อใช้เป็นสถานีรับส่งสัญญาณไมโครเวฟบนอวกาศ และทวนสัญญาณในแนวโคจรของโลกซึ่งจะต้องมีสถานีภาคพื้นดิน ทำหน้าที่รับและส่งสัญญาณขึ้นไปบนดาวเทียมที่โคจรอยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,600 ไมล์ โดยดาวเทียมเหล่านั้นจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เท่ากับการหมุนของโลก จึงเสมือนกับดาวเทียมนั้นอยู่นิ่งกับที่ขณะโลกหมุนรอบตัวเอง ทำให้การส่งสัญญาณไมโครเวฟจากสถานีหนึ่งขึ้นไปบนดาวเทียมและการกระจายสัญญาณจากดาวเทียมลงมายังสถานีตามจุดต่างๆ บนผิวโลกเป็นไปอย่างแม่นยำ

ความหมายของเครือข่ายคอมพิวเตอร์

        เครือข่ายคอมพิวเตอร์ (computer network) เป็นการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วงเข้าด้วยกัน เพื่อให้สามารถใช้ข้อมูลร่วมกันได้ เครือข่ายคอมพิวเตอร์แบ่งออกตามการเชื่อมโยงได้เป็น 4 ชนิด ดังนี้

1) เครือข่ายส่วนบุคคล หรือ แพน (Personal Area Network : PAN) เป็นเครือข่ายที่ใช่ส่วนบุคคล ซึ่งเป็นการเชื่อมต่อแบบไร้สายในระยะใกล้ เช่น เช่น Bluetooth ตัวอย่าง เช่น การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่าง PDA กับ Desktop โดยมีระยะทางไม่เกิน 1เมตร และมีอัตราการรับส่งข้อมูลความเร็วสูงมาก (สูงถึง 480 Mbps)การเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์กับโทรศัพท์มือถือ 

2) เครือข่ายเฉพาะที่ หรือ (Local Area Network : LAN) เป็นเครือข่ายขนาดเล็กซึ่งเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์สื่อสารที่อยู่ในท้องที่บริเวณเดียวกันเข้าด้วยกัน เช่น ภายในอาคาร หรือภายในองค์การที่มีระยะทางไม่ไกลมากนัก

3) เครือข่ายนครหลวง หรือแมน (Metropolitan Area Network : MAN) เป็นเครือข่ายที่เชื่อมโยงแลนที่อยู่ห่างกัน เช่น ระหว่างสำนักงานที่อยู่คนละอาหาร ระบบเคเบิลทีวีตามบ้านในปัจจุบัน เป็นต้น โดยมีลักษณะการเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์ที่มีระห่างไกลกันในช่วง 5-40 กิโลเมตร ผ่านสายสื่อสารประเภทสายใยแก้วนำแสงสายโคแอกเชียล หรืออาจใช้คลื่นไมโครเวฟ

4)  เครือข่ายวงกว้าง หรือแวน (Wide Area Network : WAN) เป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่เชื่อมโยงระบบคอมพิวเตอร์ในระยะห่างไกล มีการติดต่อสื่อสารกันในบริเวณกว้าง เช่น เชื่อมโยงระหว่างจังหวัด ระหว่างประเทศ 

โครงสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (TOPOLOGY)

  1) โครงสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบบัส (bus topology)
        โครงสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบบัส จะประกอบด้วย สายส่งข้อมูลหลัก ที่ใช้ส่งข้อมูลภายในเครือข่าย เครื่องคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่อง จะเชื่อมต่อเข้ากับสายข้อมูลผ่านจุดเชื่อมต่อเมื่อมีการส่งข้อมูลระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์หลายเครื่องพร้อมกัน จะมีสัญญาณข้อมูลส่งไปบนสายเคเบิ้ล และมีการแบ่งเวลาการใช้สายเคเบิ้ลแต่ละเครื่อง 

  ข้อดี คือ ใช้สื่อนำข้อมูลน้อย ช่วยให้ประหยัดค่าใช้จ่าย และถ้าเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องใดเครื่องหนึ่งเสียก็จะไม่ส่งผลต่อการทำงานของระบบโดยรวม 

  ข้อเสีย คือ การตรวจจุดที่มีปัญหา กระทำได้ค่อนข้างยาก และถ้ามีจำนวนเครื่องคอมพิวเตอร์ในเครือข่ายมากเกินไป จะมีการส่งข้อมูลชนกันมากจนเป็นปัญหา

   2) เครือข่ายแบบวงแหวน (Ring Topology) คือ ไมโครโปรเซสเซอร์ทุกเครื่องจะสื่อสารกันถายในเครือข่ายผ่านสายสัญญาณที่มีลักษณะเป็นวงแหวน สัญญาณอิเล็กทรอนิกส์จะถูกส่งวิ่งไป รอบวงแหวนจนกระทั่งไปถึงยังเครื่องปลายทางโดยไม่จำเป็นต้องมีเครื่องเซิร์ฟเวอร์เป็นศูนย์กลาง โดยมีโทเคนซึ่งเป็นบิต แบบมีแบบแผนจะวิ่งไปรอบๆ วงแหวนทำหน้าที่พิจารณาว่าเครื่องใดในเครือข่ายจะ เป็นผู้ส่งสารสนเทศ

  ข้อดี ข่าวสารจะเคลื่อนที่เป็นลำดับไปในทิศทางเดียว ขจัดปัญหาการชนกันของสัญญาณ

  ข้อเสีย ถ้าเครื่องใดเครื่องหนึ่งในเครือข่ายเสียหาย อาจทำให้ทั้งระบบหยุดทำงานได้

  3) โครงสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบดาว (star topology)         โครงสร้างเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบดาว ภายในเครือข่ายคอมพิวเตอร์จะต้องมีจุกศูนย์กลางในการควบคุมการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ หรือ ฮับ (hub) การสื่อสารระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ต่างๆ จะสื่อสารผ่านฮับก่อนที่จะส่งข้อมูลไปสู่เครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นๆ 
       ข้อดี คือ ถ้าต้องการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เครื่องใหม่ก็สามารถทำได้ง่ายและไม่กระทบต่อเครื่องคอมพิวเตอร์อื่นๆ ในระบบ 
       ข้อเสีย คือ ค่าใช้จ่ายในการใช้สายเคเบิ้ลจะค่อนข้างสูง และเมื่อฮับไม่ทำงาน การสื่อสารของคอมพิวเตอร์ทั้งระบบก็จะหยุดตามไปด้วย

องค์ประกอบของเครือข่าย ประกอบด้วย
- ฮาร์ดแวร์ (Hardware)
- คอมพิวเตอร์ (Client Computer)
- เซอร์เวอร์ (Server)
- ฮับ (Hub)
- บริดจ์ (Bridge)
- เราท์เตอร์ (Router)
- เกตเวย์ (Gateway)
- โมเด็ม (Modem)
- เน็ตเวอร์คการ์ด (Network Card)
- ซอฟต์แวร์ (Software)
- ระบบปฏิบัติการของระบบเครือข่าย (Network Operating Sytems)
- แอบพลิเคชั่นของเครือข่าย (Network Application Sytems)

ตัวนำข้อมูล (Media Transmission)
                สาย Coaxial Cable หรือ สาย Coax นอกจากใช้ในระบบ Network แล้วยังสามารถ นำไปใช้กับระบบTV และMainframe ได้ด้วย สาย Coax นั้นเป็นสายที่ประกอบไปด้วยแกนของ ทองแดงหุ้มด้วยฉนวน และสายดิน (ลักษณะเป็นฝอย) หุ้มด้วยฉนวนบางอีกชั้นหนึ่ง ในปัจจุบันได้เปลี่ยนจากลวดทองแดงมาเป็นลวดเงินที่พันกันหลาย ๆ เส้นแทน ทั้งนี้เพื่อป้องกันการรบกวน ที่เรียกว่า "Cross Talk" ซึ่งเป็นการรบกวนที่เกิดจากสายสัญญาณข้างเคียง
                สาย Twisted Pair Cable เป็นสายส่งสัญญาณที่ประกอบไปด้วยสายทองแดง 2 เส้น ขึ้นไปบิดกันเป็นเกลียว (Twist)แล้วหุ้มด้วยฉนวน โดยแบ่งเป็น 2 แบบคือ แบบมี Shield และ แบบไม่มี Shield จะมีฉนวนในการป้องกันสัญญาณรบกวน หรือระบบป้องกันสัญญาณรบกวน โดยเรียกสาย Cable ทั้งสองนี้ว่า "Shielded Twisted Pair (STP)" และ "Unshielded Twisted Pair (UTP)"

                สาย Shielded Twisted Pair (STP) หรือที่เรียกว่า "สายคู่บิดเกลียวชนิดหุ้มฉนวน" เป็นสายคู่บิดเกลียวที่หุ้มด้วยฉนวนชั้นนอกที่หนาอีกชั้นหนึ่ง เพื่อป้องกันการรบกวนของคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้า
                สาย Unshielded Twisted Pair (UTP) หรือที่เรียกว่า "สายคู่บิดเกลียว ชนิดไม่หุ้มฉนวน"
เป็นสายคู่บิดเกลียวที่หุ้มด้วยฉนวนชั้นนอกที่บางอีกชั้น ทำให้สะดวก ในการโค้งงอ สาย UTP เป็นสายที่มีราคาถูกและ หาง่าย แต่ป้องกันสัญญาณรบกวน ได้ไม่ดีเท่ากับสาย STP 
                สาย Fiber Optic Cable เป็นสายใยแก้วนำแสงชนิดใหม่ ประกอบด้วยท่อใยแก้ว ที่มีขนาดเล็กและบางมากเรียกว่า "CORE"ล้อมรอบด้วยชั้นของใยแก้วที่เรียกว่า "CLADDING" อัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงถึง 565 เมกะบิตต่อวินาที หรือมากกว่า ป้องกันสัญญาณรบกวนได้ดีมาก ขนาดของสายเล็กมากและเบามากแต่มีราคาแพง
             นอกจากการสื่อสารข้อมูลตามสายรูปแบบต่าง ๆ แล้ว ยังมีการส่งข้อมูลแบบไร้สาย (Wireless Transmission) ซึ่งเป็นการส่งข้อมูลผ่านบรรยากาศโดยไม่ต้องอาศัยสายส่ง สัญญาณใด ๆ เช่น ระบบไมโครเวฟ ดาวเทียมสื่อสาร โทรศัพท์เคลื่อนที่ เป็นต้น ซึ่งเป็น สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่แตกต่างกัน ทำให้การสื่อสาร ทำได้รวดเร็วและครอบคลุมทุกมุมโลก