อีเธอร์เน็ต (Ethernet)
อีเธอร์เน็ต (Ethernet)
ปัจจุบันเป็นที่ยอมรับกันว่า อีเธอร์เน็ต (Ethernet) เป็นเทคโนโลยีเครือข่ายที่เป็นฐานหลักของเทคโนโลยีสารสนเทศทั้งหมด เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีเครือข่ายแบบท้องถิ่นที่นิยมมากที่สุด อีเธอร์เน็ตมีอายุกว่า 30 ปีแล้ว และได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ด้วยเหตุนี้จึงเป็นการยากที่จะพัฒนาเทคโนโลยีใหม่มาแทนก็ได้ เทคโนโลยีนี้ได้ถูกพัฒนาและปรับปรุงภายใต้ความดูแลและรับผิดชอบของสถาบัน IEEE ( Institute of Electrical and Electronics Engineer) โดยสิ่งที่สำคัญอย่างหนึ่งในการเปลี่ยนแปลงและปรับปรุงคือ การเพิ่มความเร็วในการรับส่งข้อมูลหรือแบนด์วิธ (Bandwidth)
ในการปรับปรุงครั้งแรกนั้นเป็นการปรับจากความเร็วเดิมที่ 10 Mbps เป็น 100 Mbps ซึ่งในการปรับปรุงครั้งนั้นได้มีการพัฒนาชั้นกายภาพใหม่ (Physical Layer) เพื่อให้สามารถรับส่งข้อมูลได้ที่ความเร็ว 100 Mbps และในการปรับปรุงชั้นกายภาพนี้ทำให้ต้องมีการปรับเปลี่ยนชั้นเชื่อมโยงข้อมูลเช่นกัน มาตรฐานใหม่นี้เรียกว่า “ อีเธอร์เน็ตความเร็วสูง หรือฟาสต์ อีเธอร์เน็ต (Fast Ethernet)” และได้รับความนิยมเหนือ ATM (Asynchronous Transfer Mode)
ประวัติอีเธอร์เน็ต
ในปี ค.ศ. 1973 บ็อบ เม็ทคาลเฟ (Bob Metcalfe) ได้คิดค้นระบบอีเธอร์เน็ตในการรับส่งข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์และสามารถส่งข้อมูลไปยังเครื่องพิมพ์ได้ หลังจากนั้นอีเธอร์เน็ตได้ถูกพัฒนาต่อที่ PARC ( Pale Alto Research Center ) ซึ่งเป็นศูนย์วิจัยของบริษัทซีร็อกซ์ (Xerox)
จุดประสงค์ของการสร้างอีเธอร์เน็ตในตอนแรกนั้นเพื่อให้นักวิจัยสามารถแชร์ข้อมูลร่วมกันได้เท่านั้น ไม่ใช่เป็นการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ในสมัยแรกจะใช้สายโคแอ็กแบบหนา เป็นสายสัญญาณในการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เหล่านั้น ในตอนนั้นอีเธอร์เน็ตถือเป็นเทคโนโลยีที่น่าทึ่งมากในการใช้คอมพิวเตอร์ในสมัยนั้น เพราะคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่จะเป็นเครื่องเมนเฟรมที่มีราคาแพงมาก มีน้อยคนที่สามารถซื่อเครื่องเมนเฟรมมาใช้ และคนส่วนใหญ่จะไม่รู้จักการใช้เมนเฟรม แต่การพัฒนาอีเธอเน็ตทำให้การใช้คอมพิวเตอร์แพร่หลายมากขึ้น
ในปี 1973 เม็ทคาลเฟได้เขียนอธิบายระบบเครือข่ายที่มีการพัฒนาจากเครือข่ายอโลฮา ซึ่งได้ถูกพัฒนาที่มหาวิทยาลัยฮาวาย ในทศวรรษ 1960 โดยนอร์แมน แอ็บแรมสัน (Norman Abramson) และเพื่อนร่วมงาน โดยได้พัฒนาระบบวิทยุสื่อสารระหว่างเกาะต่างๆ การพัฒนานี่เป็นการพัฒนาระบบเพื่อแชร์กลางการรับส่งข้อมูลซึ่งในที่นี้ คือ อากาศที่เป็นสื่อนำคลื่นวิทยุนั่นเอง
ในช่วงแรกนั้นอีเธอร์เน็ตเป็นลิขสิทธิ์ของบริษัทซีร็อกซ์บริษัทเดียวเท่านั้น ต่อมามาตรฐานอีเธอร์เน็ตที่ความเร็ว 10 Mbps ได้ประกาศใช้เมื่อปี 1980 โดยความร่วมมือของ 3 บริษัทคือ DEC-Intel-Xerox หรือเรียกสั้นๆ ว่า DIX และในขณะเดียวกัน IEEE ก็ได้พัฒนามาตรฐานอีเธอร์เน็ตเช่นกันคือ มาตรฐาน IEEE 802.3 ซึ่งได้พัฒนามาจาก DIX อีกทีหนึ่ง มาตรฐาน IEEE ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกในปี 1985 และต่อมา ISO (International Organization for Standardization) ก็ได้ยอมรับเอามาตรฐาน IEEE 802.3 นี้เป็นมาตรฐานอีเธอร์เน็ตนานาชาติ ทำให้บริษัทใดก็ได้สามารถผลิตอุปกรณ์อีเธอร์เน็ตโดยที่ไม่ต้องเสียลิขสิทธิ์ให้กับใคร หลังจากนั้นทำให้กาใช้งานอีเธอร์เน็ตแพร่ไปทั่วโลกอย่างรวดเร็ว จนกลายเป็นเทคโนโลยีเครือข่ายยอดนิยมในปัจจุบัน
หลังจากที่ IEEE ได้ตีพิมพ์มาตรฐานอีเธอร์เน็ตตั้งแต่ปี 1985 แล้วก็ได้มีการพัฒนามาตรฐานมาเรื่อยๆ มาตรฐานแรกนั้นจะใช้สายโคแอ็กซ์แบบหนา ( Thicknet) และต่อมาได้เปลี่ยนมาใช้สายโคแอ็กแบบบาง (Thinnet) หลังจากนั้นก็ได้พัฒนาสายสัญญาณอื่นๆ เช่น สายคู่เกลียวบิดและสายไฟเบอร์ เป็นต้น และได้มีการปรับปรุงความเร็วมาเป็น 100 Mbps และ 1000 Mbps ปัจจุบันมาตรฐานล่าสุดของอีเธอร์เน็ตอยู่ที่ 10 Gbps
IEEE 802.3 CSMA/CD-1985 มาตรฐานอีเธอร์เน็ตที่ตีพิมพ์ครั้งแรกซึ่งประกอบด้วยวิธีการเข้าใช้สื่อกลางแบบ CSMA/CD และข้อกำหนดเกี่ยวกับชั้นกายภาพ
IEEE 802.3a-1985 10 BASE 2 Thin Ethernet : เปลี่ยนมาใช้สายโคแอ็กซ์แบบหนา
IEEE 802.3c-1985 10 Mbps repeater specification clause 9 : ข้อกำหนดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์
IEEE 802.3d-1987 FOIRL fiber link : เริ่มนำสายไฟเบอร์มาใช้เป็นสื่อกลาง
IEEE 802.3i-1990 10 BASE - T twisted-pair : ใช้สายคู่เกลียวบิด หรือ UTP
IEEE 802.3j-1993 10 BASE - F fiber optic : มาตรฐานสายไฟเบอร์
IEEE 802.3u-1995 10 BASE - T Fast Ethernet and Auto-Negotiation : เพิ่มความเร็ว 10 เท่า และข้อกำหนดเกี่ยวกับการเลือกใช้ความเร็วโดยอัตโนมัติ
IEEE 802.3x-1997 Full-Duplex standard : มาตรฐานเกี่ยวกับฟูลล์ดูเพล็กซ์
IEEE 802.3z-1998 1000 BASE - X Gigabit Ethernet : ปรับความเร็วเพิ่มอีก 10 เท่า
IEEE 802.3ac-1998 VLAN tag : ข้อกำหนดเกี่ยวกับเฟรมข้อมูลของ VLAN
IEEE 802.3ab-1999 1000 BASE - T : ข้อกำหนดที่ใช้สายคู่เกลียวบิด
IEEE 802.3ad-2000 Link aggregation for parallel links : ข้อกำหนดเกี่ยวกับการเพิ่มแบนด์วิธด้วยการเพิ่มลิงค์
IEEE 802.3ae-2002 10 Gbps Ethernet : ปรับเพิ่มความเร็วเป็น 10 เท่า
สถาปัตยกรรม IEEE802.3 อีเธอร์เน็ต
ในสมัยแรกคำว่า "อีเธอร์เน็ต กับ CSMA/CD" มักจะหมายถึงระบบเครือข่ายชนิดเดียวกัน เนื่องจากอีเธอร์เน็ตจะใช้โปรโตคอล CSMA/CD ในการเข้าถึงสื่อกลางในการรับส่งข้อมูล แต่ปัจจุบันความหมายของอีเธอร์เน็ตได้เปลี่ยนไปเพราะได้มีการปรับปรุงเทคโนโลยี เช่น อีเธอร์เน็ตความเร็วสูง (Fast Ethernet) ได้พัฒนาโปโตคอลในชั้นกายภาพใหม่ และมีการปรับเปลี่ยนกลไกในการเข้าใช้สื่อกลางเล็กน้อย สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ การเพิ่มการรับส่งข้อมูลแบบฟูลล์ดูเพล็ก (Full Duplux) หรือการสื่อสารข้อมูลที่สามารถรับส่งข้อมูลในเวลาเดียวกัน ซึ่งการรับส่งข้อมูลแบบนี้จะใช้สายคู่บิดเกลียวในการส่งข้อมูลและอีกหนึ่งคู่ในการรับข้อมูล เมื่อใช้เทคโนโลยีสวิตชิ่ง (Switching) ทำให้กำจัดปัญหาในการเข้าใช้สื่อกลางได้ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องแชร์สื่อนำสัญญาณร่วมกันอุปกรณ์เครือข่ายสามารถรับส่งข้อมูลได้ในอัตราที่สูงขึ้น ซึ่งประสิทธิภาพของเครือข่ายจะถูกจำกัดโดยสายสัญญาณที่ใช้มากกว่า ดังนั้นคำว่า CSMA/CD ก็จะใช้แทนคำว่าอีเธอร์เน็ตไม่ได้อีกต่อไป
อีกคำหนึ่งคือ บรอดแบนด์ (Broadband) กับเบสแบนด์ (Baseband) อีเธอร์เน็ตเกือบทุกประเภทจะเป็นแบบเบสแบนด์ มีบางประเภทที่เป็นบรอดแบนด์ เช่น 10Broad36 แต่มีการใช้เครือข่ายประเภทนี้จริงน้อยมาก และช่วงหลัง ๆ แทบจะไม่มีมาตรฐานอีเธอร์เน็ตที่เป็นแบบบรอดแบนด์เลย เพราะฉะนั้นเมื่อกล่าวถึงอีเธอร์เน็ตมักจะหมายถึงการส่งข้อมูลแบบเบสแบนด์เพื่อไม่เป็นการสับสนกับชื่อต่าง ๆ จะขอสรุปการเรียกชื่อดังนี้ เมื่อกล่าวถึงอีเธอร์เน็ตจะหมายถึงอีเธอร์เน็ตแบบดั้งเดิมที่มีความเร็วที่ 10 Mbps ส่วนคำว่าอีเธอร์เน็ตความเร็วสูง หรือฟาสต์อีเธอร์เน็ต (Fast Ethernet) จะหมายถึงหมายถึงอีเธอร์เน็ตที่มีความเร็ว 100 Mbps ส่วนกิกะบิตอีเธอร์เน็ต (Gigabit Ethernet) จะหมายถึงอีเธอร์เน็ตที่มีความเร็ว 1,000 Mbps หรือ 1 Gbps และสุดท้ายเทนกิกะบิตอีเธอร์เน็ตนั้น จะหมายถึงอีเธอร์เน็ตที่ความเร็ว 10 Gbps หรือบางทีก็เรียกว่า 10GbE ก็ได้เช่นกัน คณะชุดทำงานของสถาบัน IEEE ได้ออกแบบอีเธอร์เน็ตโดยการแบ่งแยกหน้าที่ หรือฟังก์ชันของ LAN (Local Area Network) ออกเป็นส่วนย่อย ๆ หรือเลเยอร์ (Layer) ตามลำดับขั้นตอนของเหตุการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการสื่อสารผ่านเครือข่าย
ดาต้าลิงค์เลเยอร์
IEEE ได้แบ่งชั้นเชื่อมโยงข้อมูลหรือดาต้าลิงค์เลเยอร์ (Data Link Layer) ออกเป็น 2 เลเยอร์ย่อย คือ LLC (Logical Link Control) และ MAC (Media Access Control) ทั้งสองเลเยอร์ย่อยนี้ถือได้ว่าเป็นหัวใจของอีเธอร์เน็ต เนื่องจากเป็นเลเยอร์ที่สร้างเฟรมข้อมูลและที่อยู่ (Addressing) และชั้นที่ทำให้ข้อมูลส่งถึงปลายทางอย่างถูกต้อง และในสองเลเยอร์นี้ยังรับผิดชอบเกี่ยวกับกลไกการตรวจสอบข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการรับส่งข้อมูล และถ้ามีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นก็จะเตรียมการในการส่งข้อมูลใหม่ โดยสรุปก็คือ เป็นเลเยอร์ที่ควบคุมการรับส่งข้อมูล ถึงแม้ว่าจะไม่ใช่เลเยอร์ที่ส่งข้อมูลจริง ๆ ก็ตามเลเยอร์ที่ทำการรับส่งข้อมูลจริง ๆ ก็คือ ฟิสิคอลเลเยอร์ (Physical Layer) นั่นเอง
Logical Link Control
LLC (Logical Link Control) เป็นเลเยอร์ที่อยู่ด้านบนของดาต้าลิงค์เลเยอร์ ซึ่งจะให้บริการกับโปโตคอลของเลเยอร์บนในการเข้าใช้สื่อกลางหรือสายสัญญาณในการรับส่งข้อมูล ตามมาตรฐาน IEEE802 แล้วจะอนุญาตให้สถาปัตยกรรมของ LAN ที่ต่างกันสามารถทำงานร่วมกันได้ กล่าวคือ โปรโตคอลเลเยอร์บนไม่จำเป็นต้องทราบว่าฟิซิคอลเลเยอร์ใช้สายสัญญาณประเภทใดในการรับส่งข้อมูล เพราะ LLC จะรับผิดชอบแทนในการปรับเฟรมข้อมูลให้สามารถส่งไปได้ในสายสัญญาณประเภทนั้น ๆ LLC เป็นเลเยอร์ที่แยกชั้นเครือข่าย (Network Layer) ออกจากการเปลี่ยนแปลงบ่อย ๆ ของสถาปัตยกรรมของ LAN โดยโปรโตคอลของเลเยอร์ที่สูงกว่าไม่จำเป็นต้องสนใจว่าแพ็กเก็ตจะส่งผ่านเครือข่ายแบบอีเธอร์เน็ต โทเคนริง หรือ ATM และไม่จำเป็นต้องรู้ว่าการส่งผ่านข้อมูลในขั้นกายภาพจะใช้การรับส่งข้อมูลแบบใด ชั้น LLC จะจัดการเรื่องเหล่านี้ได้ทั้งหมด
Media Access ControlMAC (Media Access Control) เป็นเลเยอร์ย่อยที่ล่างสุดของดาต้าลิงค์เลเยอร์ ซึ่งจะทำหน้าที่เชื่อมต่อกับฟิสิคอลเลเยอร์ และรับผิดชอบในการรับส่งข้อมูลให้สำเร็จและถูกต้อง โดยจะแบ่งหน้าที่ออกเป็นสองส่วนคือ การส่งข้อมูลและการรับข้อมูล MAC จะทำหน้าที่ห่อหุ้มข้อมูลที่ส่งผ่านจากชั้น LLC และทำให้อยู่ในรูปของเฟรมข้อมูล ซึ่งเฟรมข้อมูลนี้จะประกอบด้วยที่อยู่ และข้อมูลต่างๆ ที่จำเป็นสำหรับการส่งข้อมูลให้ถึงปลายทาง ชั้น MAC ยังรับผิดชอบในการสร้างกลไกสำหรับตรวจสอบข้อผิดพลาดของข้อมูลในเฟรมนั้นๆ ในระหว่างการรับส่งเฟรมด้วย นอกจากนี้ MAC ยังตรวจสอบชั้นกายภาพว่าช่องสัญญาณพร้อมสำหรับการส่งข้อมูลหรือไม่ ถ้าพร้อมเฟรมก็จะส่งต่อไปชั้นกายภาพเพื่อทำการส่งไปตามสายสัญญาณต่อไป แต่ถ้ายังไม่พร้อมชั้น MAC ก็จะรอจนกว่าจะว่าง แล้วค่อยทำการส่งข้อมูล หน้าที่สุดท้ายของชั้น MAC คือ การตรวจสอบสถานภาพของเฟรมที่กำลังส่ง ว่ามีการชนกันของเฟรมข้อมูลหรือไม่ ถ้าหากมีการชนกันเกิดขั้นก็หยุดการส่งข้อมูล และเข้าสู่กลไกการรอด้วยช่วงเวลาที่เป็นเลขสุ่ม เพื่อทำการส่งข้อมูลใหม่อีกครั้ง ซึ่งจะทำเช่นนี้ไปเรื่อยๆ จนกว่าจะทำการส่งข้อมูลได้สำเร็จ กระบวนการส่งข้อมูลที่ว่านี้เป็นทั้งข้อดีข้อเสียของอีเธอร์เน็ต ข้อดีก็คือ เป็นการรับรองให้แก่โปรโตคอลชั้นที่อยู่เหนือกว่ามั่นใจว่าข้อมูลจะถูกส่งไปถึงปลายทางอย่างแน่นอน แต่ในขณะเดียวกันข้อเสียก็คือ การส่งข้อมูลอาจใช้เวลานานมากถ้ามีการใช้เครือข่ายมาก
ฟอร์แมตเฟรมข้อมูลข้อมูลที่อยู่ในเลเยอร์ที่สองนั้นจะจัดในรูปแบบของเฟรม ซึ่งตามมาตรฐาน IEEE802.3 แล้วฟอร์แมตของเฟรมตัวเลขที่แสดงข้างบนไบต์ของฟิลด์นั้นๆ
ฟอร์แมตของอีเธอร์เน็ตเฟรม
7 1 6 6 2 46-1500 4
Preamble
SOF
Destination Address
Source Address
Type/ Length
Data
FCS
รายละเอียดของฟิลด์ต่างๆ ของเฟรมอีเธอร์เน็ตที่แสดงดังนี้
= Preamble เป็นฟิลด์ที่มีบิตสลับระหว่าง 1 กับ 0 ซึ่งเป็นสัญญาณบอกสถานีฝ่ายรับว่ากำลังมีข้อมูลส่งมา ฟิลด์นี้มีความยาว 8 ไบต์ โดยรวมเอาไบต์ของ SOF เข้าด้วย
= SOF (Start-of-Frame) เป็นไบต์สุดท้ายของพรีแอมเบิล ซึ่งไบต์นี้จะแตกต่างจากไบต์อื่น ๆ คือ 2 บิตสุดท้ายจะเป็นเลข 1 ทั้งคู่ เพื่อเป็นสัญญาณสำหรับบอกจุดเริ่มต้นของเฟรมจริงๆ
= Destination/Source Address หมายเลข หรือที่อยู่ของสถานีปลายทางและต้นทางนี้จะควบคุมโดย IEEE ซึ่งมีเกณฑ์คือ 24 บิตแรกเป็นหมายเลขที่กำหนดให้กับบริษัทผู้ผลิต NIC (Network Interface Card) และบริษัทนั้นจะเป็นคนที่กำหนดอีก 24 บิตที่เหลือ การทำเช่นนี้เพื่อให้แน่ใจว่าในเครือข่ายหนึ่งๆ จะไม่มีหมายเลขที่ซ้ำกัน
= Type/Length เป็นฟิลด์ที่บอกประเภทของโปรโตคอลของเลเยอร์ที่อยู่เหนือกว่า เช่น IP, IPX, IPv6, ARP, AppleTalk
= Data ส่วนนี้จะเป็นฟิลด์ที่เก็บข้อมูลซึ่งความยาวอย่างน้อยต้องไม่ต่ำกว่า 46 ไบต์ ถ้าต่ำกว่านี้จะต้องมีฟิลด์เสริม เพื่อให้ข้อมูลมีขนาดอย่างน้อย 46 ไบต์ เหตุที่ต้องกำหนดความยาวขั้นต่ำนี้ก็เพื่อสำหรับการตรวจเช็คการชนกันของข้อมูล ในระหว่างการรับส่งข้อมูล ส่วนความยาวสูงสุดคือ 1,500 ไบต์
= FCS (Frame Check Sequence) ฟิลด์นี้มีความยาว 4 ไบต์ ซึ่งเป็นโค้ดสำหรับตรวจสอบข้อผิดพลาดแบบ CRC (Cyclic Redundancy Check ของข้อมูลในเฟรม
โปรโตคอล CSMA/CD
อีเธอร์เน็ตได้ถูกคิดค้นขึ้นตั้งแต่ทศวรรษที่ 1970 และยังคงเป็นเทคโนโลยีชั้นนำของเครือข่ายอีเธอร์เน็ตตั้งอยู่บนมาตรฐานการส่งข้อมูลหรือโปรโตคอล CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) ซึ่งเป็นโปรโตคอลที่รับส่งข้อมูลแบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์ โปรโตคอลนี้ใช้สำหรับการเข้าใช้สื่อกลางที่แชร์กันในการส่งสัญญาณระหว่างโหนดในเครือข่าย ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้ เมื่อโหนดใดๆ ต้องการที่จะส่งข้อมูลจะต้องคอยฟังก่อน ว่ามีโหนดอื่นกำลังส่งข้อมูลอยู่หรือไม่ ถ้ามีให้รอจนกว่าโหนดนั้นส่งข้อมูลเสร็จก่อน แล้วค่อยเริ่มส่งข้อมูล และในขณะที่กำลังส่งข้อมูลอยู่นั้นต้องตรวจสอบว่ามีการชนกันของข้อมูลเกิดขึ้นหรือไม่ ถ้ามีการชนกันของข้อมูลเกิดขึ้นให้หยุดทำการส่งข้อมูลทันที แล้วค่อยเริ่มกระบวนการส่งข้อมลใหม่อีกครั้งเนื่องจากแต่ละโหนดใช้สื่อกลางร่วมกันซึ่งเรียกว่า บัส (Bus) ฉะนั้นจึงมีโหนดที่ส่งข้อมูลได้แค่โหนดเดียวในขณะใดขณะหนึ่ง การชนกันของข้อมูลก็มีโอกาสเกิดขึ้นเนื่องจากการที่มีโหนดมากกว่าหนึ่งโหนดที่ทำการส่งข้อมูลไปบนสื่อกลางในเวลาเดียวกัน ผลที่ได้ คือ ข้อมูลก็จะกลายเป็นขยะหรืออ่านไม่ได้ทันที เมื่อมีจำนวนโหนดเพิ่มมากขึ้นความน่าจะเป็นที่ข้อมูลจะชนกันก็เพิ่มขึ้นตามลำดับ
การชนกันของข้อมูลเป็นเรื่องธรรมดาของเครือข่ายอีเธอร์เน็ต แต่ถ้าเกิดขึ้นบ่อยเกินไปอาจทำให้เครือข่ายช้าหรือใช้การไม่ได้เลย เมื่อแบนด์วิธหรืออัตราการส่งข้อมูลของเครือข่ายถูกใช้มากกว่า 50 % การชนกันของข้อมูลก็เริ่มที่จะก่อให้เกิดความคัวคั่งในเครือจ่าย ผลก็คือ การพิมพ์เอกสารอาจใช้เวลามากขึ้น หรือการถ่ายโอนไฟล์จะช้าลง ถ้ามีการใช้มากกว่า 60 % เครือข่ายจะช้าลงอย่างเห็นได้ชัดหรืออาจทำให้เครือข่ายใช้การไม่ได้เลย
ค่าดีเลย์ (Rlund-Trip Delay)
การชนกันของข้อมูล (Collision) ในเครือข่ายอีเธอร์เน็ตนั้นเป็นเรื่องธรรมดา แต่ระบบ MAC มีกลไกในการตรวจเช็คว่ามีการชนกันของข้อมูลเกิดขึ้นหรือไม่ เพื่อให้การตรวจเช็คการชนกันของข้อมูลเป็นไปได้ แต่ละสถานีต้องสามารถโต้ตอบกันได้ภายในเวลาที่จำกัด ค่าดีเลย์คือเวลาในการเดินทางไปกลับของสัญญาณ ระหว่างสถานีส่งและสถานีรับ
มาตรฐานอีเธอร์เน็ตกำหนดให้มีค่าความล่าช้าของสัญญาณหรือดีเลย์ได้ไม่เกิน 51.2 ns สำหรับอีเธอร์เน็ตที่ความเร็ว 10 Mbps และ 5.12 ns สำหรับอีเธอร์เน็ตที่ความเร็ว 100 Mbps อุปกรณ์เครือข่ายอีเธอร์เน็ตทุกชนิด รวมทั้งสายสัญญาณจะมีค่าดีเลย์ที่แตกต่างกันไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องคำนวณค่าดีเลย์ของเครือข่ายก่อนที่จะติดตั้ง ไม่เช่นนั้นถ้าหากค่าดีเลย์ของเครือข่ายมีค่ามากกว่าค่าที่กำหนดไว้ก็อาจทำให้การส่งข้อมูลล้มเหลว หรือเกิดข้อผิดพลาดขึ้นได้
ตารางต่อไปนี้เป็นค่าดีเลย์โดยประมาณของอุปกรณ์และสายสัญญาณแต่ละชนิด นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบอื่นที่มีผลต่อค่าดีเลย์ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น หรือแม้กระทั่งอายุการใช้งานก็มีผลเช่นเดียวกัน การคำนวณควรมีการเผื่อไว้สำหรับองค์ประกอบเหล่านี้ด้วย
ค่าดีเลย์โดยประมาณของอุปกรณ์เครือข่ายอีเธอร์เน็ต
ฮับ (Hub)ฮับ (Hub) หรือบางทีเรียกว่า รีพีทเตอร์ (Repeater) คืออุปกรณ์ที่ใช้เชื่อมต่อกลุ่มของคอมพิวเตอร์ ฮับมีหน้าที่ส่งเฟรมข้อมูลทุกเฟรมที่ได้รับจากพอร์ตใดพอร์ตหนึ่งไปยังทุกๆ พอร์ตที่เหลือ คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับฮับ จะแชร์แบนด์วิธหรืออัตราข้อมูลของเครือข่าย ฉะนั้นยิ่งมีคอมพิวเตอร์มากเชื่อมต่อเข้ากับฮับมากเท่าใด ยิ่งทำให้แบนด์วิธต่อคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องลดลง ในท้องตลาดปัจจุบัน ฮับหลายชนิดจากหลายบริษัท ข้อแตกต่างระหว่างฮับเหล่านี้ก็เป็นจำนวนพอร์ต สายสัญญาณที่ใช้ ประเภทของเครือข่าย และอัตราข้อมูลที่ฮับรองรับได้
การที่อุปกรณ์เครือข่ายอีเธอร์เน็ตสามารถทำงานได้ที่ความเร็ว 2 ระดับ เช่น 10/100 Mbps นั้น ก็เนื่องจากอุปกรณ์เครื่องนันมีฟังก์ชันที่สามารถเช็คได้ว่าอุปกรณ์หรือคอมพิวเตอร์ที่มาเชื่อมต่อกับฮับนั้น สามารถรับส่งข้อมูลได้ที่ความเร็วสูงสุดเท่าไร และอุปกรณ์นั้นก็จะเลือกอัตราข้อมูลสูงสุดที่รองรับทั้งสองฝั่ง ฟังก์ชันนี้จะเรียกว่า การเจรจาอัตโนมัติ (Auto-Negotiation ) ส่วนใหญ่ฮับหรือสวิตช์ที่ผลิตในปัจจุบันจะมีคอมพิวเตอร์หลายๆ เครื่องเชื่อมต่อเข้ากับฮับ และแต่ละโหนดสามารถรับส่งข้อมูลได้ในอัตราข้อมูลที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น LAN การ์ดของคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งสามารถรับส่งข้อมูลได้ที่ 10 Mbps ส่วน LAN การ์ดของคอมพิวเตอร์ที่เหลือสามารถรับส่งข้อมูลได้ที่ 10/100 Mbps แล้วคอมพิวเตอร์เหล่านี้เชื่อมต่อกับฮับเดียวกันที่รองรับอัตราความเร็วที่ 10/100 Mbps เครือข่ายนี้ก็จะทำงานที่ความเร็ว 10 Mbps เท่านั้น แต่ถ้าเป็นสวิตช์ อัตราความเร็วจะขึ้นอยู่กับความเร็วของคอมพิวเตอร์ เนื่องจากสวิตช์จะแยกคอลลิชันโดเมน (Collision Domain)
เลเยอร์ 3 สวิตช์ (Layer 3 Switch)
เมื่อพูดถึงสวิตช์นั้นจะหมายถึงอุปกรณ์เครือข่ายที่ทำงานในเลเยอร์ที่ 2 แต่ปัจจุบันเทคโนโลยีในการผลิตอุปกรณ์เครือข่ายนั้นพัฒนาไปค่อนข้างมาก สวิตช์ที่มีในท้องตลาดปัจจุบันบางประเภทสามารถรองรับการทำงานที่เลเยอร์ที่ 3 ได้ด้วย ซึ่งอุปกรณ์เครือข่ายที่ทำงานในเลเยอร์นี้จะรู้จักในชื่อ “ เราท์เตอร์ ” แต่เลเยอร์ที่ 3 สวิตช์หมายถึงอุปกรณ์เครือข่ายที่ทำหน้าที่ทั้งในเลเยอร์ที่ 2 และในเลเยอร์ที่ 3 สำหรับข้อแตกต่างระหว่างเลเยอร์ที่ 3 สวิตช์และเราท์เตอร์อีกอย่าง คือ สวิตช์จะผลิตโดยใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า “ASIC (Application Specific Integrated Circuit)” หรือเป็นวงจรควบคุมที่สร้างสำหรับทำสวิตช์โดยเฉพาะ ส่วนเราท์เตอร์นั้นโดยทั่วไปจะสร้างมาจากโพรเซสเซอร์ทั่วไปและมีซอฟต์แวร์ที่ควบคุมการทำงานอีกครั้งหนึ่ง ดังนั้นการทำงานของสวิตช์ก็จะเร็วกว่าเราท์เตอร์มาก
คอลลิชันโดเมน (Collision Domain)
หลักการที่สำคัยอย่างหนึ่งสำหรับการออกแบบเครือข่ายอีเธอร์เน็ต คอลลิชันโดเมน ซึ่งหมายถึงส่วนของเครือข่ายที่แชร์สัญญาณในการรับส่งข้อมูลเดียวกัน ส่วนของเครือข่ายนี้อาจประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ สายสัญญาณ และรีพีทเตอร์ เป็นต้น ในคอลลิชันโดเมนเดียวกันถ้าทีอย่างน้อยสองโหนดส่งสัญญาณในเวลาเดียวกันก็จะเกิดการชนกันของข้อมูลขึ้น ส่วนคำว่า เซ็กเมนต์ (Segment) จะหมายถึง ส่วนของเครือข่ายที่เชื่อมต่อกันโดยใช้สายสัญญาณเดียวกัน เช่น กลุ่มของคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกันด้วยสายโคแอ็กซ์ ซึ่งเซ็กเมนต์นั้นจะไม่รวมเอารีพีทเตอร์เข้าไปด้วย ใสคอลลิชันโดเมนหนึ่งๆ อาจประกอบด้วยหลายเซ็กเมนต์ที่เชื่อมต่อกันด้วยรีพีทเตอร์หรือฮับ
รีพีทเตอร์หรือฮับเป็นอุปกรณ์อีเธอร์เน็ตที่ทำงานในระดับฟิสิคอลเลเยอร์ ซึ่งหน้าที่หลักก็คือ ทวนสัญญาณที่ได้รับจากพอร์ตหนึ่งไปยังพอร์ตที่เหลือ ส่วนสวิตช์นั้นจะทำงานในดาต้าลิงค์เลเยอร์ ซึ่งจะตรวจสอบหมายเลข MAC หรือที่อยู่ในเลเยอร์ที่ 2 ก่อนที่จะส่งต่อสัญญาณไปยังพอร์ตปลายทางเท่านั้น
เมื่อใช้สวิตช์หรือฮับในการเชื่อมแต่ละส่วนของเครือข่าย แต่ละส่วนของเครือข่ายที่เชื่อมต่อเข้ากับพอร์ตของสวิตช์ก็จะมีส่วนคอลลิชันโดเมนของตัวเอง ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่มีการใช้สวิตช์ก็จะไม่มีการชนกันของข้อมูลเกิดขึ้น ส่วนใหญ่สวิตช์จะมีราคาแพงมากกว่าฮับ แต่ปัจจุบันนิยมใช้มากเพราะราคาถูกลงและข้อดีของสวิตช์อีกอย่างหนึ่งคือ ไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการชนกันของข้อมูล
มัลติคาสต์โดเมน (Multicast Domain) หมายถึง กลุ่มของหมายเลข MAC ซึ่งแต่ละโหนดสามารถโปรแกรมให้อยู่ในกลุ่มนี้ได้ ส่วนบรอดคาสต์โดเมนนั้นเป็นกรณีพิเศษของมัลติคาสต์โดเมน กล่าวคือ บรอดคาสต์โดเมน หมายถึง ทุกโหนดที่อยู่ในวง LAN เดียวกัน ดังนั้น เฟรมข้อมูลที่ส่งไปยังบรอดคาสต์โดเมนทุกๆ โหนดที่เชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายก็จะได้รับเฟรมนั้น สวิตช์ถูกออกแบบมาสำหรับเชื่อมต่อหลายๆ คอลลิชันโดเมนเป็นวง LAN เดียวกัน ดังนั้นสวิตช์จะทำการ ฟลัด (Flood) หรือส่งเฟรมข้อมูลแบบบรอดคาสต์ไปยังทุกๆ พอร์ตของสวิตช์ยกเว้นพอร์ตของสวิตช์ ยกเว้นพอร์ตที่รับเฟรมข้อมูลนั้นมา ด้วยวิธีนี้เฟรมแบบบรอดคาสต์สามารถส่งไปยังทุกๆ โหนดในเครือข่าย ดังนั้นบางทีสวิตช์ก็ทำหน้าที่เป็นรีพีทเตอร์เหมือนกัน
การส่งเฟรมข้อมูลแบบมัลติคาสต์หรือบรอดคาลต์นั้นมีข้อดีอยู่หลายประการ บางโปรโตคอลในเลเยอร์เหนือกว่าใช้การส่งข้อมูลแบบบรอดคาสต์เพื่อสำหรับการค้นหาที่อยู่ในเลเยอร์นั้น เช่น โปรโตคอล DHCP (Dynamic Host Configuration Protocal) จะใช้การส่งข้อมูลแบบบรอดคาสต์เมื่อคอมพิวเตอร์ถูกเปิดเพื่อใช้งานครั้งแรกเพื่อค้นหาเซิร์ฟเวอร์ที่แจกจ่ายหมายเลขไอพีและค่าคอนฟิกอื่นๆ ส่วนมัลติคาสต์นั้นอาจถูกใช้โดยบางโปรแกรมมัลติมีเดียเพื่อส่งวิดีโอและเสียงไปยังกลุ่มของโหนดที่รอรับเฟรมนี้อยู่ หรือเกมที่เล่นผ่านเครือข่ายก็ใช้การสื่อสารระหว่างผู้เล่นโดยการส่งเฟรมแบบมัลติคาสต์ ทุกๆ เครือข่ายก็จะมีการข้อมูลแบบบรอดคาสต์ โดยทั่วไปแล้วสวิตซ์ส่งต่อเฟรมแบบบรอดคาสต์ ไปยังทุกๆ โหนดในเครือข่าย ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่ต้องจำกัดจำนวนสวิตช์ที่ใช้ในเครือข่าย เพราะถ้าทีการบรอดคาสต์ข้อมูลมากเกินไป อาจทำให้เครือข่ายช้าเกินไป เลเยอร์ 3 สวิตช์ หรือเราท์เตอร์นั้นจะช่วยลดการบรอดคาสต์ในเครือข่ายได้ เนื่องจากเราท์เตอร์นั้นจะไม่ส่งต่อเฟรมข้อมูลแบบบรอดคาสต์
อีเธอร์เน็ต (Ethernet)
ในช่วงแรกที่พัฒนาเทคโนโลยีนี้อีเธอร์เน็ตจะทำงานที่ความเร็ว 10 Mbps เท่านั้น ซึ่งก็ถือว่าเป็นแบนด์วิธที่สูงในขณะนั้น อีเธอร์เน็ตจะแบ่งตามประเภทของสายสัญญาณที่ใช้ ซึ่งมีอยู่ 3 ประเภทคือ สายโคแอ็กซ์ สายคู่เกลียวบิด และสายไฟเบอร์
ในการสร้างเครือข่ายจริงๆ นั้นไม่จำเป็นต้องใช้สายสัญญาณประเภทเดียวทั้งเครือข่าย เพราะสายสัญญาณแต่ละประเภทเหมาะกับสภาพที่แตกต่างกันและมีข้อดีข้อเสียที่ต่างกัน การเลือกใช้สายสัญญาณหรือประเภทของอีเธอร์เน็ตควรให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมด้วย เครือข่ายอีเธอร์เน็ตทุกประเภทสามารถที่จะทำงานร่วมกันได้ ไม่ว่าอุปกรณ์หรือสายสัญญาณนั้นจะผลิตโดยบริษัทใดก็ตาม โดยทั่วไปแล้วการเลือกใช้สายสัญญาณควรจะให้เหมาะสมกับลักษณะการใช้งาน ส่วนใหญ่จะแบ่งประเภทการใช้งานออกเป็น 3 ส่วนคือ การเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ทั่วๆ ไป การเชื่อมต่อกับเครื่องเซิร์ฟเวอร์ และการเชื่อมต่อระหว่างฮับหรือสวิตซ์ การเชื่อมต่อทั้งสามประเภทที่กล่าวมานี้มีความต้องการเกี่ยวกับประสิทธิภาพที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น การเชื่อมต่อกับเครื่องคอมพิวเตอร์ทั่วๆ ไป ส่วนใหญ่จะใช้สายสัญญาณค่อนข้างสั้น ทางเลือกที่ดีควรเป็น 10Base2, 10Base5 หรือ 10Base-T แต่ส่วนใหญ่จะนิยม 10Base-T ส่วน 10Base2 และ 10Base5 ถือว่าเป็นเทคโนโลยีที่ล้าสมัยไปแล้ว
การเชื่อมต่อระหว่างเซิร์ฟเวอร์จะมีลักษณะคล้ายกับการเชื่อมต่อกับเครื่องไคลเอนท์ทั่วๆ ไป ข้อแตกต่างก็คือ อัตราข้อมูลที่ไหลเข้าออกเซิร์ฟเวอร์จะมีปริมาณที่มากกว่าเครื่องไคลเอนท์ทั่วๆ ไป ดังนั้นสายที่เชื่อมต่อควรมีประสิทธิภาพดี ทางเลือกที่ดี คือ 10Base-T หรือ Base-FL
การเชื่อมต่อระหว่างฮับหรือสวิตซ์หรือบางทีเรียกว่า แบ็คโบร (Backbone) ของเครือข่าย เหมือนกับการเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ อัตราข้อมูลที่ไหลผ่านแบ็คโบนนี้ค่อนข้างสูง และอีกอย่างระยะทางระหว่างฮับส่วนใหญ่จะไกลกว่าการเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ทั่วๆ ไป ดังนั้น สายสัญญาณที่ใช้ควรสามารถส่งข้อมูลได้ไกลพอ ทางเลือกที่ดีควรเป็น 10 Base-FL หรือ 10Base-FOIRL บางสถานการณ์ 10 Base5 ก็เหมาะสมเช่นกัน
10 Base5
เหมือนกับที่ชื่อบอก ความยาวสูงสุดของสายสัญญาณที่ใช้คือ 500 เมตร ซึ่งอีเธอร์เน็ตประเภทนี้จะใช้สายโคแอ็กซ์แบบหนา ประสิทธิภาพในการส่งสัญญาณในสายโคแอ็กซ์จะขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของสาย ดังนั้นสายสัญญาณประเภทนี้จึงนำสัญญาณได้ดีกว่าสายโคแอ็กซ์แบบบาง และสายโคแอ็กซ์แบบนี้สามารถพ่วงต่อ (Tapping) ได้ถึง 100 ครั้ง ซึ่งแต่ละการพ่วงต่อจะสามารถเชื่อมกับคอมพิวเตอร์ทั้งหมด 64 เครื่อง เมื่อคูณตัวเลขสองตัวนี้ก็ดูเหมือนว่าการพ่วงต่อจะสามารถเชื่อมต่อได้ถึง 6,400 เครื่อง อย่างไรก็ตามตัวเลขจำนวนนี้จะเกินข้อจำกัดที่ว่าแต่ละเซ็กเมนต์จะพ่วงต่อคอมพิวเตอร์ได้ไม่เกิน 1,024 เครื่องเท่านั้น ในทางปฏิบัติแล้วเซ็กเมนต์จะมีคอมพิวเตอร์ประมาณไม่เกิน 100 เครื่อง เพราะถ้าเกินกว่านี้จะทำให้เครือข่ายช้าได้
10 Base2
ชื่อก็บอกรายละเอียดบางอย่าง คือ เลข 10 บอกความเร็วสูงในหน่วย Mbps ส่วน Base มาจาก Baseband เป็นวิธีการส่งสัญญาณ และสุดท้ายเลข 2 หมายถึง ระยะทางสูงสุดที่สายสัญญาณสามารถส่งข้อมูลได้ และปัดขึ้นในหลักร้อย แล้วหารด้วยร้อย บางคนอาจจะสับสนกับความหมายเลข 2 เพื่อให้เข้าใจยิ่งขึ้น 10Base2 จะใช้สายโคแอ็กซ์แบบบาง ที่มีความต้านทานที่ 50 โอห์ม และสามารถส่งข้อมูลได้ไกลสุด 185 เมตร ส่วนเลข 2 มากจากการปัดเลข 185 เป็น 200 แล้วหารด้วย 100 ที่ทำเช่นนี้ก็เพื่อให้ง่ายต่อการจำชื่อมากกว่าเหตุผลอื่น
10Base2 สามารถขยายให้ยาวกว่า 185 เมตร โดยการใช้อุปกรณ์ทวนสัญญาณ เช่น ฮับ บริดจ์ และเราท์เตอร์ เป็นต้น การใช้บริดจ์หรือเราท์เตอร์เป็นการแบ่งอีเธอร์เน็ตออกเป็นเซ็กเมนต์ ซึ่งแต่ละเซ็กเมนต์สามารถพ่วงต่อสายได้ 30 ครั้ง ซึ่งสายที่พ่วงต่อสามารถเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ได้ 64 เครื่อง
10Base-T
มาตรฐาน 10Base-T ไม่ได้กำหนดประเภทของสายสัญญาณที่ใช้โดยตรงตามที่คนส่วนใหญ่เข้าใจ แต่จะกำหนดเทคนิคการรับส่งสัญญาณบนสายสัญญาณสี่เส้นที่มีคุณภาพเท่ากันหรือดีกว่าสาย UTP ประเภท 3 (Unshielded Twisted Pair, Category3) ซึ่งสายสัญญาณแต่ละเส้นจะตั้งชื่อตามหน้าที่และขั้วไฟฟ้า สายคู่หนึ่งใช้ในการส่งข้อมูล ซึ่งเส้นหนึ่งเป็นขั้วบวก ส่วนเส้นหนึ่งเป็นขั้วลบ และสายอีกคู่หนึ่งใช้ในการรับสัญญาณ สายสี่เส้นนี้มีชื่อเรียกดังนี้
= T+ : สายส่งและมีขั้วเป็นบวก
= T- : สายส่งและมีขั้วเป็นลบ
= R+ : สายรับและมีขั้วเป็นบวก
= R- : สายรับและมีขั้วเป็นลบ
ตัว T และตัว R ย่อมาจากคำว่า Transmit และ Receive ตามลำดับ มาตรฐาน 10Base-T ได้กำหนดให้สายสัญญาณสี่เส้นนี้เชื่อมต่อกับพินที่ถูกกำหนดไว้แล้ว ฮับหรือรีพีทเตอร์ได้ถูกกำหนดให้พินที่จะเชื่อมต่อกับเน็ตเวิร์คการ์ด สำหรับฮับหรืออุปกรณ์เครือข่ายอื่นๆ หรือ DCE (Data Communication Equipment) ได้ถูกกำหนดให้มีการเรียงพินเชื่อมต่อ
