Summarize Sound Lecture Chapter 8

Chapter 8
Local Area Networks: Internetworking

ในบทที่ 7 เราได้พูดถึงเทคโนโลยีเครือข่าย LAN แบบต่าง ๆ ในส่วนของบทที่ 8 นี้จะพูดถึงวิธีการในการเชื่อมโยงเครือข่าย LAN เข้าด้วยกัน หรือที่เราเรียกว่า การทำ Internetworking

Summary
 เหตุผลและความจำเป็นที่จะต้องทำ Internetworking
 อุปกรณ์ Internetworking Devices ที่สามารถจะนำมาใช้ในการเชื่อมต่อเครือข่ายได้

Why Internetworking
มีเหตุผล หรือความจำเป็นอะไรบ้างที่ทำให้เราจำเป็นต้องมีการเชื่อมเครือข่ายเข้าด้วยกัน หรือทำการ Internetworking
n มีปัจจัย หรือมีสาเหตุหลาย ๆ อย่างที่ทำให้บ่อยครั้ง
 เรามีความจำเป็นที่จะต้องเชื่อมโยงเครือข่าย LAN เข้ากับเครือข่าย LAN อื่น ๆ
 หรือในบางกรณีก็อาจจะเป็นการเชื่อมโยงเครือข่าย LAN เข้ากับเครือข่าย Wide Area Network อย่างเช่น เครือข่าย Internet (ซึ่งถือว่าเป็นเครือข่ายประเภท Wide Area Network ประเภทหนึ่ง)
n นอกจากนี้ก็ยังมีเหตุผลอย่างเช่น เราต้องการจะเพิ่มระยะทาง หรือเพิ่มจำนวนเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่ออยู่กับเครือข่าย LAN
n เพื่อต้องการแยกระบบเครือข่ายระหว่างส่วนงานต่าง ๆ ออกจากกัน การแยกนี้อาจจะเป็นเหตุผลในแง่ของความปลอดภัย หรืออาจจะเป็นเหตุผลในแง่ของการจัดการก็ได้
n เพื่อต้องการจะแยกเครือข่าย LAN ออกมาเป็นเครือข่ายย่อย ๆ หรือเราเรียกว่าแบ่งออกมาเป็น Segment ต่าง ๆ เพื่อเหตุผลในแง่ประสิทธิภาพการทำงานของเครือข่าย เพื่อไม่ให้เครือข่าย LAN นั้นเกิด Congestion หรือมีเครื่องคอมพิวเตอร์ในแต่ละเครือข่าย LAN มากเกินไป
n เหตุผลในแง่ความปลอดภัย เพื่อให้ระบบเครือข่าย LAN เมื่อทำการแบ่งแยกออกมาแล้ว ก็จะทำให้แต่ละส่วนของเครือข่าย LAN นี้ สามารถจะมีมาตรการทางด้านความปลอดภัยที่เหมาะสมสำหรับเครือข่ายนั้น ๆ ได้ ในขณะเดียวกันเมื่อยังมีความจำเป็นที่จะต้องเชื่อมโยงเครือข่ายต่าง ๆ เหล่านี้เข้าด้วยกัน ก็จำเป็นจะต้องมีการทำ Internetworking

เรามาพูดถึงประเภทแรกของอุปกรณ์ที่สามารถจะใช้ในการทำ Internetworking

Hubs
n อย่างที่ได้พูดไปในบทก่อน ๆ Hub เป็นอุปกรณ์ที่เราใช้ในเครือข่าย LAN ที่มี Topology แบบ Star หรือใช้เป็นศูนย์กลางในการเชื่อมโยงเครือข่ายต่าง ๆ เข้าด้วยกันในระบบเครือข่าย LAN
n ลักษณะของ Hub ก็คือ เมื่ออุปกรณ์คอมพิวเตอร์เครื่องใดเครื่องหนึ่งทำการส่งข้อมูลไปยัง Hub แล้ว Hub ก็จะทำการกระจายข้อมูลที่ได้รับกลับออกไปยังทุก ๆ พอร์ต ซึ่งก็คือจะกลับออกไปสู่ยังเครื่องคอมพิวเตอร์ทุก ๆ เครื่อง ที่เชื่อมต่ออยู่กับ Hub ตัวนั้นนั่นเอง
n ลักษณะของอุปกรณ์ Hub มีอยู่ด้วยกัน 2 ลักษณะ ที่เราเรียกว่า Managed Hub และ Unmanaged Hub
 Managed Hub ก็คือ Hub ที่มันมี processor มี chip มีส่วนของอุปกรณ์ มีส่วนของ firmware ซึ่งมีความชาญฉลาดเพียงพอที่จะทำให้เราสามารถจะจัดการ Hub นั้นจากเครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องที่เชื่อมต่อผ่านเครือข่ายโดยที่ไม่จำเป็นต้องไปทำการจัดการหรือ manage หรือทำการ set ค่าต่าง ๆ ของ Hub ที่ตัว Hub เอง เราสามารถจะใช้ software ในการ run software แล้วก็ไปจัดการ หรือ monitor สถานะการทำงานของ Hub ผ่านระบบเครือข่ายได้ อันนี้ก็จะเป็นประโยชน์สำหรับเครือข่ายที่มีขนาดใหญ่ ทำให้สามารถจะทราบ Status การทำงานของ Hub ต่าง ๆ จากที่ที่อยู่ห่างไกลออกไปได้



ภาพลักษณะทั่ว ๆ ไปของอุปกรณ์ Hubs จริง ๆ ภาพนี้เป็นภาพของอุปกรณ์ Switches คือลักษณะทางกายภาพภายนอกของ Hub กับ Switch จะไม่มีความแตกต่างกัน ก็จำเป็นจะต้องดูจากโมเดลของอุปกรณ์นั้น ๆ ว่าอุปกรณ์ที่เราเห็นนั้นเป็น Hub หรือเป็น Switch แต่ลักษณะโดยทั่วไปก็จะมีลักษณะที่เหมือน ๆ กัน
 อุปกรณ์ทางซ้าย เป็นลักษณะของ Hub ที่เป็นประเภท Stand alone คือ เป็น Hub ตัวเล็ก ๆ ซึ่งสามารถจะมีพอร์ตอยู่ทั้งหมด ซึ่งอาจจะเป็นได้ตั้งแต่ 8, 16, 24, 32 หรือมากกว่านั้น
 ส่วนภาพทางขวา เป็น Hub ที่เราเรียกว่าเป็นประเภท Rack version คือจะมีตู้ใส่อุปกรณ์ และก็ตัว Hub ก็จะเป็นการ์ดที่นำมาเสียบเข้าในตู้ต่าง ๆ ก็จะเหมาะกับเครือข่ายที่มีขนาดใหญ่



ภาพนี้เป็นภาพที่แสดงถึงกติกา หรือหลักเกณฑ์ในการเชื่อมต่อ Hub ในระบบเครือข่าย Ethernet มันมีกติกา หรือกฎในการเชื่อมโยงเครือข่ายโดยการใช้ Hub อยู่ 2 ประการ
1. จะต้องทำให้ไม่เกิด loop ขึ้นในระบบเครือข่าย
2. ระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ 2 เครื่องใด ๆ ในระบบเครือข่าย จะมี Hub ขั้นอยู่ตรงกลางได้ไม่เกิน 4 ตัว
นั่นคือ กฎเกณฑ์ 2 ประการในการเชื่อมต่อ Hub ในเครือข่าย Ethernet

ในภาพนี้เราก็จะเห็นว่า ระหว่างเครื่อง A กับเครื่อง B นั้น ผ่าน Hub จำนวนทั้งหมด 5 ตัวด้วยกัน ระหว่างเครื่อง A กับเครื่อง C ก็เช่นเดียวกัน เพราะฉะนั้นกรณีนี้ก็จะ violate หรือละเมิดกฎข้อที่ 2 แต่ระหว่าง B กับ C นี้ผ่าน Hub เพียง 3 ตัว ซึ่งโอเค แต่โดยรวมแล้วในระบบเครือข่าย มันจะต้องไม่มีส่วนหนึ่งส่วนใดที่ละเมิดกฎเกณฑ์ข้อหนึ่งข้อใดในสองข้อ เพราะฉะนั้นเครือข่ายนี้ก็จะทำงานไม่ได้

ในกรณีของ loop จะเป็นกรณีตัวอย่างที่เห็นเป็นเส้นสีเหลืองในภาพ จะเห็นว่าระหว่าง Hub ตัวที่ 2, 3, 4, 5 เกิดเป็น loop ขึ้น คำว่าเกิดเป็น loop ก็คือว่า เมื่อเราไล่เดินจากจุดใดไปในระบบเครือข่าย มันสามารถจะมีเส้นทางที่ย้อนกลับมายังจุดเริ่มต้น หรือ Hub ตัวนั้นได้ นั่นแสดงว่าเกิด loop ขึ้นแล้วในระบบเครือข่าย โดยเฉพาะกรณีของการเชื่อมต่อที่เป็น loop นี้จะทำให้ระบบเครือข่ายหยุดทำงาน

ในกรณีของการเชื่อมโยงโดยการใช้ Hub มากกว่า 4 ตัว ซึ่งเชื่อมต่อระหว่างเครื่องสองเครื่องใด ๆ อันนี้มันไม่มีอะไรการันตีว่าระบบเครือข่ายจะทำงานได้หรือไม่ ระบบเครือข่ายอาจทำงานได้ แต่ว่าอาจทำงานได้อย่างไม่เต็มประสิทธิภาพ

เพราะฉะนั้นอันนี้ก็จะเป็นกฎ 2 ประการ ซึ่งเป็นข้อที่ต้องพิจารณาในการเชื่อมต่อ Hub ในระบบเครือข่าย LAN ที่เป็นตามมาตรฐาน Ethernet

ปัญหาของ Hub ก็คือว่า Hub เมื่อได้รับข้อมูลจากเครื่องใด มันก็จะกระจายข้อมูลกลับออกไปยังทุก ๆ เครื่อง หรือพูดอีกนัยหนึ่งก็คือว่า เครื่องคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกันด้วย Hub นั้นจะฟอร์มสิ่งที่เราเรียกว่า Collision Domain คำว่า Collision Domain ก็คือว่า เครื่องคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องที่อยู่ใน Collision Domain จะต้องเชื่อมต่อกันในลักษณะที่ share สื่อสัญญาณ ก็หมายความว่า เราไม่สามารถจะส่งข้อมูลออกจากเครื่อง 2 เครื่อง หรือมากกว่านั้นพร้อม ๆ กันได้ ก็จะทำให้เกิด Collision

ปัญหาก็คือว่า ถ้ามีจำนวนเครื่องในระบบเครือข่ายมากจนเกินไป ก็จะทำให้เกิดโอกาสที่จะเกิด Collision มากขึ้นเท่านั้น ก็จะทำให้เวลาที่แต่ละเครื่อง ต้องใช้ในการส่งข้อมูลก็จะนานขึ้น ทำให้ผู้ใช้ก็จะสังเกตเห็นได้ว่าระบบเครือข่ายนั้นทำงานช้าลง

วิธีการหนึ่ง ที่จะใช้แก้ปัญหาเหล่านั้นได้ก็คือ การใช้อุปกรณ์ที่เราเรียกว่า Bridge คือในกรณีของ Hub นั้น เราสามารถจะใช้เพื่อแก้ปัญหาหนึ่ง หรือสองประการ
 ประการแรกก็คือ เพื่อเพิ่มจำนวนเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อในระบบเครือข่าย
 ประการที่สองก็คือ เพื่อเพิ่มระยะทางในการเชื่อมต่อ
แต่ Hub ไม่สามารถจะเอาไว้ใช้แก้ปัญหา Congestion หรือปัญหาของการที่จะมีจำนวนเครื่องในระบบเครือข่ายมาก ๆ ทำให้จะต้อง share การใช้ทรัพยากรเครือข่าย ทำให้ระบบทำงานช้าลง ปัญหาดังกล่าวสามารถจะแก้ได้บางส่วนโดยการใช้อุปกรณ์ที่เราเรียกว่า Bridge ในการเชื่อมโยงเครือข่าย LAN เข้าด้วยกัน

Bridge
ลักษณะของการใช้ Bridge จะมีลักษณะของการใช้อยู่ 2 ลักษณะ
1. เป็นการเชื่อมโยงเครือข่าย LAN ประเภทเดียวกัน เช่น เชื่อมโยงเครือข่าย Ethernet เข้ากับ เครือข่าย Ethernet ซึ่งลักษณะการเชื่อมโยงประการแรกนี้ จะมีจุดประสงค์สำคัญ เพื่อที่จะทำให้ประสิทธิภาพของการทำงานระบบเครือข่ายดีขึ้น ทำให้โอกาสจะเกิด Collision นั้นน้อยลง
2. เป็นการเชื่อมโยงเครือข่ายที่ใช้ Protocol แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เชื่อมโยงระหว่างเครือข่าย Ethernet LAN กับ เครือข่าย Token ring หรือเชื่อมโยงเครือข่าย Ethernet เข้ากับเครือข่าย Wireless LAN เป็นต้น

ลักษณะการทำงานของ Bridge ก็คือ เมื่อรับข้อมูลมาแล้ว Bridge จะต้องมีการอ่านส่วนของ frame Ethernet ที่เป็น destination address และจาก destination address ที่อ่านมาได้จะเป็นข้อมูลสำคัญที่ Bridge จะมาใช้ในการตัดสินใจเกี่ยวกับการ forward frame ข้อมูลนั้นต่อไป อันนี้จะต่างจากกรณีของ Hub โดย Hub ซึ่งคือ เมื่อรับข้อมูลเข้ามาแล้วก็จะกระจายข้อมูลกลับออกไปทันที จะไม่มีการอ่านข้อมูลซึ่งมากับ frame ข้อมูลส่วนหนึ่งส่วนใดทั้งสิ้น



ภาพนี้ เป็นภาพของการใช้ Bridge ในการเชื่อมต่อระหว่างเครือข่าย LAN 2 ประเภท ที่มี Protocol ที่แตกต่างกัน

Transparent Bridge
ลักษณะของ Bridge ที่ใช้ในเครือข่าย Ethernet เราจะเรียกว่าเป็น Bridge ที่เป็นประเภท Transparent Bridge

คำว่า Transparent Bridge ก็คือ หมายความว่า โดยการนำ Bridge ประเภทดังกล่าว มาเชื่อมต่อในระบบเครือข่าย เราไม่มีความจำเป็นจะต้องปรับแก้ software ที่เครื่องคอมพิวเตอร์ใด ๆ ทั้งสิ้น คือตัว Bridge นั้นเป็น Transparent เพราะฉะนั้น software หรือเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใช้อยู่ก็จะสามารถจะใช้งานได้ต่อไปโดยที่ไม่ต้องมีการปรับแก้ หรือ upgrade software ใด ๆ ทั้งสิ้น นั่นคือที่มาของคำที่เราเรียกว่า Transparent Bridge

n Transparent Bridge จะอาศัยการอ่านข้อมูลที่วิ่งเข้าสู่ตัว Bridge ในการสร้างสิ่งที่เราเรียกว่า routing table ซึ่งตัว routing table นี้ จะเป็นข้อมูลที่ Bridge ใช้ในการตัดสินใจในการส่งข้อมูลระหว่างพอร์ต
n ซึ่งในกรณีของตัว Bridge นี้จะมีพอร์ตอยู่ทั้งหมด 2 พอร์ต แต่ละพอร์ตจะมีตารางซึ่งเป็นหน่วยความจำที่เราเรียกว่า routing table ของแต่ละพอร์ต เพราะฉะนั้นก็จะมี routing table อยู่ 2 table สำหรับพอร์ตแต่ละพอร์ต
n เมื่อมีข้อมูลส่งมายังแต่ละพอร์ต Bridge จะทำการอ่าน source address ที่มากับตัว frame ข้อมูลนั้น จากข้อมูลนั้นก็จะทำให้ bridge ทราบได้ว่า เครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องใดบ้างที่ต่ออยู่กับพอร์ตใดของ Bridge หรือต่ออยู่กับด้านใดของ Bridge นั่นเอง
n Transparent Bridge ก็จะเป็น Bridge ที่ใช้อยู่ในเครือข่ายที่ใช้ Protocol CSMA/CD ซึ่งก็คือเครือข่าย Ethernet นั่นเอง



ภาพนี้ก็จะแสดงให้เห็นว่า Bridge จะมีพอร์ตอยู่ 2 พอร์ต ซึ่งในภาพนี้ก็คือ พอร์ต A กับ พอร์ต B ทำให้สามารถจะเชื่อมต่อ LAN A กับ LAN B เข้าด้วยกัน ในภาพจะเห็นว่า ในพอร์ต A ก็จะมี table ของพอร์ต A ทางฝั่งของพอร์ต B ก็จะมี table ของพอร์ต B ทั้งสองส่วนนี้จะอยู่ในรูปแบบของหน่วยความจำซึ่งอยู่ในตัวอุปกรณ์ Bridge



ในภาพนี้ก็จะเป็นภาพที่แสดงให้เห็นถึงการเรียนรู้ว่า เครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องใดบ้างต่ออยู่กับพอร์ตด้านใดของ Bridge โดยในการเรียนรู้นั้น Bridge จะทำการอ่านข้อมูลที่เข้ามาในแต่ละพอร์ต และเมื่อทำการอ่าน source address ของ ข้อมูลที่เข้ามา ก็จะทำให้ Bridge สามารถจะ identify ได้ว่าเครื่องไหนบ้างที่เชื่อมต่ออยู่กับฝั่งใดของตัว Bridge

 ภาพ A เป็นกรณีที่ Bridge เริ่มทำงาน ก็คือยังไม่มีข้อมูลใด ๆ ทั้งสิ้น
 ภาพ B จะเห็นว่า workstation 1 ทำการส่งข้อมูลเข้ามายังพอร์ต A Bridge ก็จะทำการบันทึก จริง ๆ แล้วที่ Bridge บันทึกนี้จะเป็น MAC Address ก็คือ Source address ของ Ethernet นั่นเอง (แต่ในภาพนี้ก็เขียนหมายเลข 1 ไว้เพื่อให้ง่ายต่อการอธิบาย)
 ภาพ C จะเห็นว่ามี workstation 4 ส่งข้อมูลเข้ามาทางพอร์ต A อีก เพราะฉะนั้นในตารางพอร์ต A ของ Bridge นี้ก็จะมี list ว่า workstation 1 กับ 4 เชื่อมต่ออยู่กับ Bridge ผ่านทางพอร์ต A เมื่อมีข้อมูลส่งผ่านเข้ามาทางพอร์ต B ก็จะมี list รายการเพิ่มเติมเข้ามาใน พอร์ต B เช่นเดียวกับกรณีที่แสดงในภาพนี้

เพราะฉะนั้นเมื่อเวลาผ่านไป Bridge ก็จะเริ่มเรียนรู้ว่าเครื่องคอมพิวเตอร์มีเครื่องไหนบ้างต่ออยู่กับฝั่ง A เครื่องไหนบ้างที่ต่ออยู่กับฝั่ง B จากข้อมูลของ routing table ตรงนี้นี่ Bridge จะนำมาใช้เมื่อมีข้อมูลส่งมาทางพอร์ตใดพอร์ตหนึ่ง Bridge จะทำการตรวจสอบว่า Destination address หรือที่หมายของข้อมูลนั้น ๆ เป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่อยู่ในฝั่งเดียวกับฝั่งที่ Bridge ได้รับข้อมูลมาหรือไม่ ถ้าอยู่ในฝั่งเดียวกัน Bridge ก็จะไม่ทำการส่งข้อมูลต่อไปยังฝั่งตรงข้าม แต่ถ้าไม่อยู่ใน list ของในตัว routing table ของฝั่งเดียวกัน Bridge ก็จะทำการ forward หรือส่งต่อข้อมูลไปยังอีกฝั่งหนึ่ง

อย่างเช่นยกตัวอย่างในกรณีนี้ ถ้าเกิดว่ามีข้อมูลส่งจาก Workstation หมายเลข 1 เพื่อไปยัง workstation หมายเลข 4 เมื่อข้อมูลเข้ามาทางพอร์ต A ของตัว Bridge และ Bridge ก็จะทำการเช็ค destination address ของข้อมูลที่ได้รับ ซึ่งก็จะปรากฏว่า destination ก็จะคือเครื่องหมายเลข 4 ซึ่งเครื่องหมายเลข 4 ก็จะอยู่ในตาราง routing table ของพอร์ต A ก็แสดงว่าฝั่งส่งและฝั่งรับนี้อยู่ในฝั่งเดียวกัน ก็ไม่มีความจำเป็นที่จะต้องส่งต่อข้อมูลไปยังฝั่ง B

ด้วยวิธีนี้ก็จะทำให้ปริมาณข้อมูลที่รับส่งอยู่ในแต่ละฝั่งของ Bridge นี้มีปริมาณที่ลดน้อยลง เนื่องจากว่าการรับส่งข้อมูลที่อยู่ในฝั่งเดียวกันของ Bridge จะไม่ไปรบกวนการรับส่งข้อมูลที่อยู่อีกฝั่งหนึ่งของ Bridge คือถ้าเราคิดง่าย ๆ ว่าเครื่องแต่ละเครื่องนี้มีลักษณะของการรับส่งข้อมูลที่กระจายกัน คือ เครื่องหมายเลข 1 ส่งมาหมายเลข 4 บ้าง บางทีก็ส่งมาที่หมายเลข 5 บ้าง บางทีก็ส่งหมายเลข 2 บ้าง ก็จะทำให้โดยรวมแล้ว ปริมาณข้อมูลที่รับส่งกันที่อยู่ในแต่ละฝั่งของเครือข่ายนี้ก็จะมีปริมาณลดลงประมาณครึ่งหนึ่ง เนื่องจากว่าครึ่งหนึ่งของการรับส่งข้อมูลนี้จะเป็นการรับส่งซึ่งอยู่ในฝั่งเดียวกัน กับอีกครึ่งหนึ่งการรับส่งข้อมูลจะเป็นการรับส่งที่อยู่กันคนละฝั่งกัน ก็จะทำให้โอกาสที่จะเกิด collision ขึ้นนี้ก็จะมีโอกาสลดน้อยลง ก็จะทำให้เสมือนกับว่าจำนวนเครื่องคอมพิวเตอร์ที่อยู่ในเครือข่ายเดียวกันนี้มีจำนวนที่ลดน้อยลง จะทำให้ความเร็วในการรับส่งข้อมูลมีเพิ่มมากขึ้น

ที่กล่าวมาเป็นกรณีตัวอย่างของเครื่องที่อยู่ในฝั่งเดียวกันส่งไปยังเครื่องที่อยู่ในฝั่งเดียวกันกับเครื่องที่ส่ง

ในกรณีที่เครื่องคอมพิวเตอร์อยู่คนละฝั่ง เช่น กรณีของเครื่องหมายเลข 1 ส่งข้อมูลไปเครื่องหมายเลข 5 ในกรณีนี้ bridge ก็จะทำการเช็ค routing table ก็จะพบว่าเครื่องหมายเลข 5 นี้ไม่ได้อยู่ใน list ของ routing table ของพอร์ต A หรือฝั่ง A ก็แสดงว่าจุดหมายของข้อมูลชุดนี้ จะต้องถูกส่งข้าม bridge ไปยังอีกฝั่งหนึ่ง ในกรณีนี้ bridge ก็จะทำการ forward หรือส่งต่อข้อมูลไปยังพอร์ต B ซึ่งก็จะส่งข้อมูลต่อไปยัง LAN B ในที่สุดก็จะทำให้เครื่องหมายเลข 5 ก็จะได้รับข้อมูลจากเครื่องหมายเลข 1

จากลักษณะการทำงานนี้เราจะเห็นว่า Bridge จะทำงานได้ดี ก็คือหมายความว่า ช่วยทำให้ประสิทธิภาพในการรับส่งข้อมูลในเครือข่าย Ethernet ดีขึ้นได้ ก็ต่อเมื่อเป็นกรณีที่ลักษณะของการรับส่งข้อมูลส่วนใหญ่เป็นการรับส่งข้อมูลที่อยู่ในเครือข่ายเดียวกัน เช่น ในภาพนี้ ส่วนใหญ่เครื่องหมายเลข 1 จะส่งไปให้เครื่องหมายเลข 4 แต่จะมีส่วนน้อยที่เครื่องหมายเลข 1 จะส่งไปให้เครื่องหมายเลข 5 หรือเครื่องหมายเลข 2 ซึ่งอยู่กันคนละฝั่งกันของ Bridge

ในลักษณะของการรับส่งข้อมูลแบบนี้ Bridge จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด และจะสามารถจะปรับปรุงประสิทธิภาพการรับส่งข้อมูลในระบบเครือข่ายได้เป็นอย่างดี

แต่ถ้าการรับส่งข้อมูลส่วนใหญ่เป็นการรับส่งข้อมูลข้ามฝั่งกัน อย่างเช่น 1 ไป 5, 1 ไป 2, หรือ 2 มา 4, 5 มา 4, 5 มา 1 เป็นส่วนใหญ่ ประสิทธิภาพการทำงานของ Bridge จะไม่ดีนัก เพราะว่าถึงที่สุดแล้วถ้ามันมีการรับส่งข้อมูลข้ามฝั่งกันมาก ๆ Bridge ก็จะทำงานไม่แตกต่างจากตัว Repeater ก็จะทำให้อัตราของการเกิด Collision ไม่สามารถจะลดลงได้โดยอาศัย Bridge

ภาพนี้เป็นลักษณะของ Bridge อีกประเภทหนึ่งที่เราเรียกว่า Wireless Bridge

Wireless Bridge นี้เป็น ลักษณะเฉพาะของ Bridge ที่เราเรียกกันว่า Remote Bridge จุดประสงค์ของ Remote Bridge ก็คือ เป็น Bridge ที่เอาไว้เชื่อมต่อเครือข่าย 2 เครือข่ายเ้ข้าด้วยกัน โดยอาศัยช่องทางการเชื่อมต่อซึ่งอาจเป็น Wide Area Network หรือว่าเป็นคลื่นวิทยุดังภาพนี้

ในภาพนี้ตัว Wireless Bridge นี้จะเป็นอุปกรณ์ที่เอาไว้เชื่อมระบบเครือข่ายที่อยู่ในฝั่ง Building A เข้ากับเครือข่ายที่อยู่ในฝั่ง Building B แต่การเชื่อมต่อนั้นกระทำผ่านคลื่นวิืทยุ (จริง ๆ เป็นมาตรฐาน Wireless LAN) อันนี้ก็เป็นอีกลักษณะหนึ่งของการใช้งาน Bridge ซึ่ง Bridge ที่ทำงานในลักษณะนี้เรามีชื่อเรียกเฉพาะว่า Remote Bridge

จาก Bridge นี้ก็มีการพัฒนาต่อเนื่องมาเป็นอุปกรณ์อีกประเภทหนึ่งที่เราเรียกว่า Switch ข้อจำกัดของ Bridge นี้ก็คือว่า Bridge นี้จะมีพอร์ตเพียง 2 พอร์ตเท่านั้น ทำให้การแบ่งเครือข่ายออกมาเป็นเครือข่ายย่อย ๆ ทำได้แค่เพียง 2 เครือข่ายเท่านั้น เพราะว่ามีแค่ 2 ฝั่ง ถ้าต้องการที่จะเบรกเครือข่ายคอมพิวเตอร์ซึ่งมีเครื่องคอมพิวเตอร์อยู่เป็นจำนวนมาก ๆ ให้ออกมาเป็นเครือข่ายย่อย ๆ ที่มากกว่า 2 เครือข่าย Bridge ไม่สามารถจะทำได้เนื่องจาก bridge มีพอร์ตเพียง 2 พอร์ตเท่านั้น อุปกรณ์ที่จะสามารถตอบสนองความต้องการนี้ได้คือ Switch

Switch
Switch ถ้าพูดกันอย่างง่าย ๆ ก็คือ Bridge ที่มีหลายพอร์ตนั่นเอง ก็ทำให้ Switch สามารถจะเชื่อมต่อกับเครือข่ายย่อย ๆ ได้มากกว่า 2 เครือข่าย

ในกรณีที่เครื่องคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องนี้เชื่อมต่ออยู่กับแต่ละพอร์ตของ Switch นี้เราเรียกจุดเชื่อมต่อนั้นว่า Dedicated segment หรือ Switched segment เนื่องจากว่าในกรณีเฉพาะอันนี้ จะไม่มีการเกิด collision ขึ้น เนื่องจากว่ามีเครื่องคอมพิวเตอร์เพียงเครื่องเดียวที่เชื่อมต่ออยู่กับพอร์ต ๆ นั้น


ในภาพนี้เป็นการแสดงให้เห็นถึงการเชื่อมต่อใน 2 รูปแบบเข้ากับตัว Switch อุปกรณ์ workstation 2 เครื่องที่อยู่ทางด้านขวามือ กับอุปกรณ์ Server ที่อยู่ทางด้านซ้ายมือ 2 เครื่อง จะเห็นว่าแต่ละเครื่องจะทำการเชื่อมต่อเข้ากับแต่ละพอร์ตของ Switch โดยตรง เราเรียกลักษณะของการเชื่อมต่อแบบนี้ว่า Dedicated connection หรือ Dedicated segment เนื่องจากว่าสายหรือพอร์ตที่เครื่องคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องที่ทำการเชื่อมต่อนั้นไม่ได้ถูก share หรือใช้งานร่วมกับเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น ๆ

ซึ่งต่างจากกรณีที่ทางด้านซ้ายมือของภาพ ที่พอร์ตแรกของของตัว Switch นั้น ทำการเชื่อมต่ออยู่กับ Hub ในขณะที่ Hub ทำการเชื่อมต่ออยู่กับ workstation ในกรณีนี้ segment หรือพอร์ตนี้ของ Switch นี้จะเป็น share segment เนื่องจากว่าพอร์ตหนึ่งพอร์ตจะถูกใช้งานร่วมกันระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งแต่ 2 เครื่องขึ้นไป

การเชื่อมต่อด้วย Switch ทำให้ประสิทธิภาพในการรับส่งข้อมูลในระบบเครือข่ายดีขึ้น เนื่องจากทำให้โอกาสทีจะเกิด Collision นั้นลดน้อยลง


Switch ลดโอกาสที่จะเกิด collision ได้เนื่องมาจากการทำงานที่คล้ายคลึงกับ Bridge อย่างเช่นในภาพนี้จะเห็นว่า workstation A ส่งข้อมูลไปยัง server หมายเลข 1 ในขณะที่ workstation B ส่งข้อมูลไปยัง server หมายเลข 2 และในขณะที่ workstation C ส่งข้อมูลไปให้ workstation D การส่งข้อมูลทั้ง 3 คู่นี้สามารถจะเกิดขึ้นในเวลาพร้อม ๆ กันโดยที่ไม่เกิด collision ขึ้น เนื่องจากว่าในการทำงานของ Switch เมื่อข้อมูลเข้ามายังพอร์ตใดของ Switch ซึ่ง Switch จะทำการเช็ค Destination address ของข้อมูลนั้น และจะทำการเช็ค routing table ของแต่ละพอร์ตที่เหลือว่ามันมีพอร์ตใดที่มีสมาชิกเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ตรงกับ Destination address ของข้อมูลที่เข้ามา จากนั้น Switch ก็จะทำการส่งต่อข้อมูลที่ได้รับไปยังพอร์ตนั้นโดยตรง โดยที่ไม่ต้องมีการกระจายข้อมูลไปยังพอร์ตอื่น ๆ ที่เหลือ ดังภาพนี้ เครื่อง A เครื่อง B และเครื่อง C สามารถจะทำการส่งข้อมูลมาพร้อม ๆ กันโดยที่ไม่เกิด collision ขึ้น ซึ่งจะต่างจากกรณีที่เราใช้ Hub ในการเชื่อมต่อ เพราะถ้าเป็นกรณีของการใช้ Hub เมื่อข้อมูลเข้ามายังพอร์ตใดก็จะถูกกระจายไปยังทุก ๆ พอร์ตที่เหลือ ก็จะทำให้เกิด collision ขึ้น ถ้าเกิดว่าการส่งข้อมูลจากเครื่อง A หรือ เครื่อง B เกิดขึ้นพร้อม ๆ กัน

Full-Duplex Switches
โดยลักษณะการเชื่อมต่อด้วย Switch ทำให้เราสามารถจะ operate Ethernet LAN ในลักษณะของการรับส่งที่เราเรียกว่าเป็น Full-Duplex ได้ การรับส่งที่เป็นแบบ Full-Duplex ก็คือ เครื่องคอมพิวเตอร์สามารถจะรับและส่งข้อมูลได้พร้อม ๆ กัน ซึ่งไม่สามารถจะเกิดขึ้นได้ในเครือข่าย Ethernet ที่ใช้ Hub ในการเชื่อมต่อ เนื่องจากว่าในกรณีของ Hub นี้ ข้อมูลที่ส่งมายังพอร์ตใดจะถูกกระจายกลับไปยังทุก ๆ พอร์ตที่เหลือ ซึ่งจะมีผลทำให้ไม่สามารถจะมีเครื่องมากกว่า 1 เครื่องส่งข้อมูลออกมาในเวลาเดียวกันได้ เพราะว่าจะเกิด collision ขึ้น

โดยความหมายของการรับส่งข้อมูลแบบ Full-Duplex คือ เครื่องแต่ละเครื่องสามารถจะรับและส่งพร้อม ๆ กันได้ การที่เครื่องแต่ละเครื่องจะสามารถรับและส่งไปพร้อม ๆ กันได้ก็คือหมายความว่า จะต้องมีเครื่องอย่างน้อย 2 เครื่องกำลังส่งข้อมูลออกมาพร้อม ๆ กันในเวลาเดียวกัน ซึ่งถ้าเป็นกรณีของ Ethernet LAN ที่เชื่อมต่อด้วย Hub ก็จะเกิด collision ขึ้น แต่ถ้าในกรณีของ Switch นี้ เราสามารถจะ operate Ethernet LAN ในลักษณะที่เป็น Full-Duplex ได้

สาเหตุที่เราสามารถจะรับส่งข้อมูลพร้อม ๆ กันในเครือข่าย Ethernet ที่เชื่อมต่อกันด้วย Switch ได้ ก็เนื่องมาจากว่า

ดังในภาพนี้ เครื่องคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องที่เชื่อมต่อในลักษณะที่เป็น Dedicated segment เข้ากับพอร์ตแต่ละพอร์ตของ Switch สายที่เชื่อมต่อเข้าไปในสาย 1 เส้นนั้น จริง ๆ แล้วจะประกอบไปด้วยสาย 2 คู่ ซึ่งก็คือสาย Twisted pair 2 คู่ ซึ่งคู่หนึ่งจะเอาไว้ส่ง อีกคู่หนึ่งจะเอาไว้รับ (อย่างในภาพ) ก็ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งสามารถส่งข้อมูลไปโดยการใช้สายคู่หนึ่งต่อเข้าไปที่ switch ได้ ในขณะเดียวกันก็สามารถรับข้อมูลจากเครื่องอื่นๆ ผ่านมายังสายอีกคู่หนึ่งได้ ก็ทำให้สามารถรับส่งข้อมูลได้ในเวลาเดียวกัน พร้อมๆ กัน

ความสามารถอันนี้ไม่ได้เป็นผลเนื่องมาจากการใช้สาย Twisted Pair 2 คู่แต่เพียงอย่างเดียว แต่เป็นผลอันเนื่องมาจากการใช้ switch ในการเชื่อมต่อ เพราะการใช้ Hub นั้น จริงๆ แล้วสายที่ใช้เชื่อมต่อระหว่าง Hub กับคอมพิวเตอร์ จริงๆ แล้วก็เป็นสายประเภทเดียวกัน ก็คือภายในจะมีคู่ของ Twisted pair wired อยู่ 2 คู่ ใช้รับกับส่ง แต่โดยลักษณะการทำงานของ Hub เมื่อได้รับข้อมูลจากเครื่องใด ก็จะกระจายข้อมูลไปยังทุกๆ เครื่อง ทำให้ไม่สามารถทำงานในลักษณะที่เป็น full duplex ได้

สรุปว่า เครือข่าย Ethernet LAN จะทำงานในลักษณะที่เป็น full duplex ได้ก็ต่อเมื่อเครื่องคอมพิวเตอร์มีการเชื่อมต่อในลักษณะที่เป็น Dedicated segment เข้ากับตัว switch โดยการเชื่อมต่อนั้นเป็นการเชื่อมต่อโดยอาศัยสายที่เป็น Twisted pair ซึ่งโดยปกติแล้วก็จะมี 2 คู่ โดยคู่หนึ่งจะใช้ส่ง คู่หนึ่งจะใช้รับ

Types of Switches
ประเภทของ Switch มีผลิตในปัจจุบันมีอยู่ด้วยกันหลัก ๆ อยู่ 2 ลักษณะ เรียกว่าเป็น Switch แบบ Cut-through กับ Switch แบบ Store-and-forward ซึ่ง Switch ทั้งสองประเภทนี้ก็จะมีข้อดี และข้อเสีย แตกต่างกันออกไป (รายละเอียดจะพูดในชั้นเรียน)

ในขณะที่บางโมเดลของ Switch ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดนี้จะเป็น Switch ที่ทำงานใน mode ที่เราเรียกว่า Hybrid คือ เป็นส่วนผสมระหว่าง Cut-through กับ Store-and-forward

802.1D Spanning Tree Allows Redundant Links
Switch โดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติที่รองรับช่องทางสำรองที่เราเรียกว่า Redundant Link ตามมาตรฐานที่เราเรียกว่า Spanning Tree ซึ่งมีชื่ออย่างเป็นทางการว่า IEEE 802.1D ซึ่งฟังก์ชันตัวนี้ทำให้เราสามารถจะเชื่อมต่อ Switch ในลักษณะที่เป็น loop อย่างที่เห็นในภาพนี้ได้


อย่างในภาพนี้จะเห็นว่าเส้นเหลืองนี้จะเป็นเส้นที่เชื่อมต่อระหว่าง Switch 2 ตัว ซึ่งเมื่อประกอบเข้ากับ Switch อีกตัวหนึ่งที่อยู่ข้างบน จะเกิดเป็น loop ขึ้นระหว่าง Switch 3 ตัวนี้ จุดประสงค์ของเส้นเหลืองนี้ ก็คือเพื่อที่จะทำให้สามารถจะ provide ช่องทางการรับส่งข้อมูลสำรองได้ ในกรณีที่ช่องทางหลักในภาพเกิดเสียหายขึ้น กรณีดังกล่าวนี้ Switch 2 ตัวสามารถจะ send ความเสียหายที่เกิดขึ้นนี้ได้ ก็จะทำให้ link นี้ ซึ่งเดิมนี้จะไม่มีการรับส่งข้อมูลระหว่าง link 2 link แต่เมื่อมี link หนึ่ง link ใดเกิดเสียหายขึ้น จะมีผลทำให้ link นี้ถูกใช้แทนในการรับส่งข้อมูล ทำให้ระหว่าง Switch 3 ตัวนั้น ยังคงสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกันได้อยู่ คือไม่ถูกตัดขาดออกจากกัน เช่นกรณีที่ link ที่เชื่อมระหว่างเครื่อง 2 เครื่องในภาพนี้เกิดเสียหายขึ้น ถ้าไม่มี link (สีเหลือง) นี้สำรองไว้อยู่ ก็จะทำให้เครื่องที่เชื่อมต่ออยู่กับ Switch ตัวนี้ไม่สามารถจะติดต่อกับส่วนที่เหลือของระบบเครือข่ายได้

ซึ่งตรงนี้ก็จะทำให้ Reliability ของระบบเครือข่ายดีขึ้น

ข้อเสียของมาตรฐาน IEEE 802.1D ก็คือ ถ้าเมื่อมี link ใด link หนึ่งเกิดเสียขึ้นมา ระบบจะใช้เวลาค่อนข้างจะนานกว่าที่จะสามารถ recover หมายถึงว่ากว่าที่จะสามารถ send ได้ถึงความเสียหายที่เกิดขึ้น แล้วทำการ activate ตัว redundant link ขึ้นมา ทำให้ช่วงเวลาระหว่างที่ทำการ process อยู่นี้ ข้อมูลบางส่วนของระบบเครือข่าย อาจจะถูกตัดขาดจากส่วนอื่น ๆ ที่เหลือไปชั่วขณะหนึ่ง เพราะฉะนั้นเวลาที่ใช้ในการรอค่อนข้างนานก็คือ โดยปกติก็จะใช้เวลารอมากกว่า 30 วินาทีขึ้นไป

IEEE ก็ได้ทำการออกมาตรฐานซึ่งทำให้เราสามารถที่จะ Recover ได้เร็วขึ้น เราเรียกมาตรฐานนี้ว่า RSTP หรือว่า Rapid Spanning Tree Protocol ชื่อมาตรฐานอย่างเป็นทางการคือ IEEE 802.1W

Link Aggregation Protocol
อีกมาตรฐานหนึ่งเราเรียกว่า มาตรฐาน Link Aggregation Protocol ฟังก์ชันตัวนี้ เป็นความสามารถของตัว Switch ในการที่สามารถจะเชื่อมต่อ Switch กับ Switch โดยอาศัยพอร์ตหรือสายมากกว่า 1 สายดังภาพ



ดังเช่นในภาพนี้ ระหว่าง Switch ตัวบนกับตัวขวานี้ถูกเชื่อมต่อด้วยสายจำนวนทั้งหมดจำนวน 3 เส้น โดยอาศัยพอร์ต 3 พอร์ต ของ Switch แต่ละฝั่ง การเชื่อมลักษณะนี้มีประโยชน์คือ ทำให้สามารถจะเพิ่มอัตราความเร็วในการรับส่งข้อมูลระหว่าง Switch 2 ตัวนี้ได้ อย่างเช่น ถ้าพอร์ตแต่ละพอร์ตนี้ส่งข้อมูลด้วยความเร็ว 100 Mbps มี 3 พอร์ตที่เชื่อมต่อกันในลักษณะนี้ก็ทำให้สามารถจะเพิ่มความเร็วในการรับส่งข้อมูลได้เป็น 3 เท่า

นอกจากนี้ก็จะสามารถใช้กลไกอันนี้ในการเป็นช่องทางสำรองในการรับส่งข้อมูลได้ด้วย ก็คือหมายความว่าเมื่อเส้นใดเส้นหนึ่งใน 3 เส้นนี้เกิดเสียขึ้นมา ก็ยังมีอีก 2 เส้นที่เหลืออยู่ ทำให้ยังคงสามารถจะรับส่งข้อมูลระหว่าง Switch 2 ตัวนี้ได้ ชื่ออย่างเป็นทางการของ Link Aggregation Protocol นี้คือ IEEE 802.3ad

นั่นคือเราได้พูดถึงอุปกรณ์ที่เป็น Hub ที่เป็น Bridge ที่เป็น Switch

Router
ในกรณีที่เราต้องการเชื่อมต่อเครือข่าย LAN เข้ากับเครือข่าย Wide Area Network หรือ ต้องการเชื่อมต่อระหว่างเครือข่าย Wide Area Network ด้วยกัน อุปกรณ์ที่เหมาะสมที่จะนำมาใช้ในเชื่อมต่อเพื่อจุดประสงค์ดังกล่าวนี้เราเรียกว่า Router

Router ในระดับนี้จะทำงานอยู่ในระดับ Layer ที่เราเรียกว่า Network Layer ซึ่งแตกต่างจากกรณีของ Bridge หรือ Switch ซึ่งทำงานได้แค่ระดับตั้งแต่ Physical ถึง Data Link Layer เท่านั้น เพราะฉะนั้นในบางครั้งเราจะเรียกอุปกรณ์ Router ว่า layer 3 switch

Router ในบางรุ่น หรือบางบริษัทนี้จะมีฟังก์ชันในด้านความปลอดภัยที่เราเรียกว่า Firewall function



เป็นภาพแสดงลักษณะการทำงานของ Router

กล่าวโดยสรุปย่อ ๆ ก็คือ Router สามารถจะใช้ในเชื่อมต่อระหว่างเครือข่าย 2 เครือข่าย หรือมากกว่านั้น ที่ใช้ Data Link Layer Protocol ที่เหมือนกัน หรือต่างกันก็ได้ แต่จะต้องอาศัย Network Protocol แบบเดียวกัน

ดังภาพนี้ Router จะใช้ในการเชื่อมต่อระหว่างเครือข่าย LAN ซึ่งเป็น Ethernet LAN ทางด้านซ้ายมือ เข้ากับเครือข่าย Wide Area Network ซึ่งไม่ได้แสดงในภาพ จะเห็นว่า Router จะทำการอ่าน Ethernet frame เข้ามา จากนั้นจะตัดเอาเฉพาะส่วนที่เป็น Network Layer ใน step ที่เขียนว่า Step D จากนั้นก็จะทำการใส่ Header Data Link Layer ของ Wide Area Network ที่ทำการเชื่อมต่อ แล้วส่งไปยังเครือข่าย Wide Area Network

เพราะฉะนั้นในภาพนี้โดยหลัก ๆ ก็คือ Router ทำการเปลี่ยน Data Link Protocol จากของ LAN ไปยัง Data Link Protocol ของเครือข่าย Wide Area Network ที่เชื่อมต่อ ซึ่ง Router จะทำอย่างนี้ได้ก็คือ Router จะต้องสามารถจะทำงานได้ในระดับของ Network Layer คือสามารถจะอ่านข้อมูลจนถึงในระดับของ Network Layer ได้ ซึ่งต่างจาก Ethernet ซึ่งแตกต่างจากกรณีของ Switch หรือ Bridge ซึ่งอ่านข้อมูลได้เฉพาะในระดับของ Data Link เท่านั้น ในขณะที่ Hub นั้นทำงานได้เฉพาะในระดับของ Physical Layer