42 บทที่ 6. DIGITAL TRANSMISSION
รูปที่ 6.11: การเข้ารหัสแบบ Polar NRZ
รูปที่ 6.12: การเข้ารหัสแบบ NRZ Inverted
แมนเชสเตอร์ (Manchester) การใช้ bipolar เพื่อจุดประสงค์ในการส่งข้อมูลในระยะไกล ให้มีการใช้แบนด์วิดท์
ที่คุ้มค่าที่สุด อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก LAN เป็นการส่งข้อมูลในระยะทางที่สั้น การคำนึงถึงราคาของเครื่อง
book)
ลูกข่ายสำคัญกว่าประสิทธิภาพของเน็ตเวิร์ค จึงใช้การเข้ารหัสแบบแมนเชสเตอร์ โดยที่ลอจิก 1 จะเปลี่ยน
ระดับของสัญญาณ จาก A/2 ไป -A/2 ในทุกช่วงเวลาของแต่ละบิต และที่ลอจิก 0 จะเปลี่ยนระดับของ
สัญญาณจาก -A/2 ไป A/2 การใช้วิธีนี้ทำให้การทำประสานเวลา (synchronization) ง่ายขึ้น ผลเสียคือ
การที่ความเร็วของช่องสัญญาณที่จะต้องใช้เป็นสองเท่าจากข้อมูลเดิม ทำให้ต้องการแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น รูป
(partial
ที่ 6.13 แสดงตัวอย่างการเข้ารหัสแบบแมนเชสเตอร์
only
รูปที่ 6.13: การเข้ารหัสแบบแมนเชสเตอร์ (Manchester)
KKU
ดิฟเฟอเรนเชียลแมนเชสเตอร์ (Differential Manchester) เป็นการรวมวิธีการของ Return-to-Zero (RZ) และ
NRZ-I โดยจะเปลี่ยนระดับของสัญญาณ หากข้อมูลที่ตามมาเป็นลอจิก 0 แต่หากบิตถัดมาเป็นลอจิก 1 จะ
ไม่เกิดการเปลี่ยนระดับของสัญญาณ ตัวอย่างการเข้ารหัสแบบดิฟเฟอเรนเชียลแมนเชสเตอร์ แสดงในรูปที่
6.14
รูปที่ 6.14: การเข้ารหัสแบบดิฟเฟอเรนเชียลแมนเชสเตอร์
การเข้ารหัสแบบ mBnL โดย m เป็นค่าของจำนวนบิตที่ใช้ B เป็นการบอกถึงข้อมูลที่เป็นแบบไบนารี n เป็น
รูปแบบของสัญญาณ และ L เป็นจำนวนระดับของสัญญาณ อักษรสองตัวแรกเป็นการบอกถึงรูปแบบของ
ข้อมูล ส่วนที่เหลือเป็นรูปแบบของสัญญาณ เช่น 2B1Q (two binary, one quaternary), 8B6T (eight
binary, six ternary), 4D-PAM5 (four dimensional five-level pluse amplitude modulation) และ
MLT-3 (multiline transmission, three level)
การเข้ารหัส 8B6T เป็นการเข้ารหัสที่น่าสนใจวิธีหนึ่ง เนื่องจากเป็นการเข้ารหัสเพื่อให้สายสัญญาณ Cat-3
หรือดีกว่า สามารถรองรับการทำงานที่ 100 Mbps ได้ โดยการทำงานของการเข้ารหัส 8B6T จะใช้สาม
6.4. การแทนข้อมูลดิจิทัลด้วยสัญญาณดิจิทัล 43
ระดับแรงดัน (+V, -V หรือ 0) ในการส่งข้อมูล ซึ่งจะแปลงข้อมูลชุดละ 8 บิตหรือไบต์เป็นชุดละ 6 บิตที่สาม
ระดับของสัญญาณ (six ternary) ดังนั้นมีข้อมูลอยู่ 2 = 256 รูปแบบของข้อมูล ในขณะที่จะมี 3 = 729
8
6
ลักษณะของสัญญาณ ทำให้มีสัญญาณที่ไม่ได้ใช้จำนวนมาก โดยที่ส่วนที่เหลือจะถูกใช้เพื่อทำซิงโครไนเซชัน
และการตรวจสอบข้อผิดพลาด นอกจากนี้ยังใช้กับการทำ DC balance ตารางที่ 6.3 แสดงบางส่วนของการ
เข้ารหัส 8B6T และ รูปที่ 6.15 แสดงตังอย่างการเข้ารหัสโดยใช้ 8B6T ของข้อมูล 10111010
ข้อมูล (บิต) ข้อมูลที่ถูกเข้ารหัส ... ... ข้อมูล (บิต) ข้อมูลที่เข้ารหัส
0000 0000 - + 0 0 - + ... ... 1111 0000 + 0 0 0 - +
0000 0001 0 - + - + 0 ... ... 1111 0001 0 + 0 - + 0
0000 0010 0 - + 0 - + ... ... 1111 0010 0 + 0 0 - +
... ... 10111010 0 + 0 - + - ... ...
0000 1110 + 0 - 0 + - ... ... 1111 1110 0 0 + 0 + -
0000 1111 + 0 - - 0 + ... ... 1111 1111 0 0 + - 0 +
book)
ตารางที่ 6.3: ตารางตัวอย่างการเข้ารหัสแบบ 8B6T (บางส่วน)
(partial
only
KKU
รูปที่ 6.15: ตัวอย่างการส่งข้อมูลแบบ 8B6T (a) ข้อมูล 8B (10111010) (b) ข้อมูลแบบ 6T (0 + 0 - + -)
6.4.2 Block Coding
การเข้ารหัสแบบ Block Coding แทนที่จะเข้ารหัสข้อมูลที่ละหนึ่งบิต Block coding เป็นการนำข้อมูลเป็น
กลุ่มหรือบล็อก (block) (ตามชื่อ) ขนาด m บิต เพื่อแทนด้วยการเข้ารหัสจำนวน n บิต ในรูปแบบ mB/nB ข้อดีคือ
สามารถขจัดปัญหาในการทำประสานเวลา และสามารถใช้เพื่อตรวจสอบข้อผิดพลาดของข้อมูลได้ ตัวอย่างการเข้า
รหัสแบบนี้ได้ แก่ Four binary/Five binary (4B/5B)
4B/5B เป็นการแทนข้อมูลขนาด 4 บิตด้วยข้อมูลดิจิทัลขนาด 5 บิต วิธีนี้ถูกพัฒนาเพื่อใช้งานร่วมกับการเข้า
รหัสของ NRZ-I เนื่องจากข้อดีของการทำงาน NRZ-I คือมีอัตราการส่งสัญญาณ (signal rate) ที่ดี แต่มีปัญหาใน
การประสานเวลา ทำให้ต้องใช้งานร่วมกับ 4B/5B เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเปลี่ยนแปลงของระดับสัญญาณ ตารางที่ 6.4
แสดงการเข้ารหัสแบบ 4B/5B ซึ่งจะเห็นว่าเราต้องการเพียง 16 รูปของการเข้ารหัสเท่านั้น ทำให้เลือกใช้ ข้อมูล
ดิจิทัลที่มีการเปลี่ยนระดับสัญญาณอย่างน้อยสองครั้งเท่านั้น ในส่วนที่เหลือจะถูกใช้เพื่อเป็นการระบุจุดเริ่มต้น จุด
สิ้นสุด ความผิดพลาดของข้อมูล และบางส่วนไม่ได้นำมาใช้ ดังนั้น หากมีการส่งข้อมูลที่ตรงกับในส่วนของข้อมูลที่
ไม่ควรมีการใช้งาน แสดงว่ามีความผิดพลาดในการส่งข้อมูลขึ้น อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการใช้ 4B/5B สามารถช่วยแก้
ปัญหาการประสานเวลา แต่ไม่สามารถแก้ปัญหาของการเกิด DC component ได้
44 บทที่ 6. DIGITAL TRANSMISSION
ข้อมูล 4 บิต ข้อมูลที่ถูกเข้ารหัส ข้อมูล 4 บิต ข้อมูลที่เข้ารหัส
0000 11110 1000 10010
0001 01001 1001 10011
0010 10100 1010 10110
0011 10101 1011 10111
0100 01010 1100 11010
0101 01011 1101 11011
0110 01110 1110 11100
0111 01111 1111 11101
ตารางที่ 6.4: ตารางการเข้ารหัสแบบ 4B/5B
อย่างไรก็ตาม การใช้งานของ 4B/5B จะเหมาะสมกับการใช้งานบนเส้นใยแก้วนำแสงมากกว่าการใช้งานบนสาย
UTP เนื่องจากการส่งข้อมูลที่ความเร็ว 100 Mbps จะต้องส่งที่ช่องความถี่ 125 MHz การส่งที่ความเร็วนี้บนสาย
UTP จะทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic interference
คลื่นวิทยุ (radio-frequency interference (RFI)) รบกวนการทำงานของสายสัญญาณและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ข้างเคียงได้ book) (EMI)) รวมถึงการรบกวนของ
(partial
6.5 ตัวอย่างการใช้งานในการเข้ารหัสแบบต่างๆ
ในส่วนนี้จะได้กล่าวถึงการนำการเข้ารหัสแบบต่างๆ และเหตุผลการเลือกใช้ของแต่ละวิธี โดยจะพิจารณากรณีของ
การใช้งานในแลนแบบต่างๆ
only
6.5.1 อีเทอร์เน็ต (Ethernet)
ในการทำงานของอีเทอร์เน็ตที่ความเร็ว 10 Mbps ด้านส่งจะเข้ารหัสข้อมูลเป็นสัญญาณแบบดิจิทัลโดยใช้รูปแบบ
KKU และด้านรับทำในทางตรงข้ามคือ แปลงการเข้ารหัสแบบแมนเชสเตอร์กลับเป็น
ของการเข้ารหัสแบบแมนเชสเตอร์
ข้อมูลดิจิทัล ทำให้สามารถช่วยในการทำซิงโครไนเซชัน เนื่องจากการทำงานของการเข้ารหัสแบบแมนเชสเตอร์มี
การเปลี่ยนระดับของสัญญาณที่ทุกบิตของข้อมูล
รูปที่ 6.16: การใช้การเข้ารหัสแบบแมนเชสเตอร์บนอีเทอร์เน็ต
6.5.2 Fast-Ethernet
100BaseTX จะเป็นการทำงานบนสาย Category 5 UTP หรือ STP โดยใช้การเข้ารหัสแบบ MLT-3 เนื่องจาก
MLT-3 มีการใช้แบนด์วิดท์ที่มีประสิทธิภาพ แต่อย่างไรก็ตาม MLT-3 มีปัญหาการประสานเวลา การใช้งาน
6.5. ตัวอย่างการใช้งานในการเข้ารหัสแบบต่างๆ 45
4B/5B เพื่อป้องกันการเกิดลอจิก 0 หรือลอจิก 1 ต่อเนื่องกันจำนวนมาก ทำให้ความเร็วของข้อมูลอยู่ที่ 125
Mbps ดังแสดงในรูปที่ 6.17
book)
รูปที่ 6.17: การเข้ารหัสของการส่งแบบ Fast Ethernet 100Base-TX
100BaseFX เป็นการใช้เส้นใยแก้วนำแสงจำนวนสองเส้นในการส่งข้อมูล การใช้เส้นใยแก้วนำแสงทำให้สามารถ
(partial
ใช้การเข้ารหัสแบบง่ายๆได้ เนื่องจากเส้นใยแก้วนำแสงมีแบนด์วิดท์ที่สูง การทำงานของ 100Base-FX ใช้
NRZ-I ในการพัฒนา อย่างไรก็ตามการใช้ NRZ-I มีปัญหาในการประสานเวลา สำหรับกรณีที่มีข้อมูลเป็น
ลอจิก 0 หรือ 1 ต่อเนื่องกัน เพื่อแก้ปัญหานี้ ทำให้มีการใช้ 4B/5B เช่นเดียวกับ 100Base-TX แม้ว่าจะ
ทำให้ความเร็วของข้อมูลเพิ่มจาก 100 Mbps เป็น 125 Mbps แต่ไม่มีผลใดๆในกรณีของใยแก้วนำแสง รูป
ที่ 6.18 แสดงการส่งข้อมูลของ 100Base-FX
only
KKU
รูปที่ 6.18: การเข้ารหัสของการส่งแบบ Fast Ethernet 100Base-FX
100BaseT4 เพื่อรองรับการใช้งาน Cat-3 UTP ซึ่งเดิมได้รับการติดตั้งในอาคารจำนวนมาก ตามข้อกำหนดของ
Category 3 UTP สามารถรองรับการสื่อสารสูงสุดได้เพียง 25 Mbaud เท่านั้น ทำให้ 100Base-T4 ต้องใช้
8B/6T เพื่อให้สามารถส่งข้อมูลที่ความเร็ว 100 Mbps ที่ 75 Mbaud ได้ โดยอาศัยสายสัญญาณจำนวน 4
เส้น ดังแสดงในรูปที่ 6.19
6.5.3 Gigabit-Ethernet
การใช้การเข้ารหัสแบบแมนเชสเตอร์ ใน Gigabit Ethernet ทำให้มีความจำเป็นในการใช้สายสัญญาณที่ความเร็ว 2
Gbps ซึ่งถือว่าสูงมาก ดังนั้นในกรณีการส่งที่ใช้สายเพียงสองเส้นการใช้ NRZ จะดีกว่า อย่างไรก็ตามเพื่อลดปัญหา
46 บทที่ 6. DIGITAL TRANSMISSION
รูปที่ 6.19: การเข้ารหัสของการส่งแบบ Fast Ethernet 100Base-T4
book)
(partial
รูปที่ 6.20: การเข้ารหัสของการส่งแบบ Gigabit Ethernet 1000Base-SX 1000Base-LX และ 1000Base-CX
การประสานเวลา จึงใช้ร่วมกับ 8B/10B ทำให้บิตเรทเหลือเพียง 1.25 Gbps ดังแสดงในรูปที่ 6.20 เช่นการส่งข้อมูล
only
บนใยแก้วนำแสงของ 1000Base-SX (short-wave) และ 1000Base-LX (long-wave)
เพื่อรองรับการสื่อสารข้อมูลบนสาย Category 5 UTP ที่มีการติดตั้งสายสัญญาณเป็นที่เรียบร้อยแล้ว จะใช้
4D-PAM5 แทน เพื่อลดความเร็วบนสายสัญญาณลง เนื่องด้วย 4D-PAM5 ใช้สายสัญญาณ 4 เส้น ที่ความเร็ว 250
Mbps ต่อเส้นสามารถทำงานบนสาย UTPได้ดังแสดงในรูปที่ 6.21 เช่นการใช้Category5 UTPของ 1000Base-T
KKU
รูปที่ 6.21: การเข้ารหัสของการส่งแบบ Gigabit Ethernet 1000Base-T
6.5. ตัวอย่างการใช้งานในการเข้ารหัสแบบต่างๆ 47
book)
(partial
only
KKU
รูปที่ 6.22: Hub
book)
(partial
only
KKU
บทที่ 7
สัญญาณรบกวน
book)
ด้วยความเป็นเด็กเรียน แต่บังเอิญวันนี้ตื่นสาย จำเป็นต้องนักเรียนหลังห้อง อาจารย์ไม่ได้ใช้ไมค์ ทำให้ไม่ค่อยได้ยิน
เสียงอยู่แล้ว เพื่อนที่อยู่ข้าง ๆ ยังคุยกันอีก ข้างหลังก็มีการเคาะโต็ะเป็นช่วง ๆ ทำให้ได้ยินไม่ชัดเจน และบางคำผิด
เพี้ยนจากที่อาจารย์สอนอยู่ ทั้งหมดไม่ต่างจาก ๆ สัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นในช่องสัญญาณการสื่อสาร เกิดการลด
ทอนของสัญญาณ สัญญาณรบกวน และ การเกิดครอสทอล์ก
(partial
7.1 ความบกพร่องจากการสื่อสาร (Transmission Impairment)
แม้ว่าในปัจจุบันมีการพัฒนาสายสัญญาณให้สามารถส่งข้อมูลให้สูงขึ้น แต่ด้วยข้อจำกัดของวัสดุที่ใช้ พฤติกรรมของ
สัญญาณที่เกิดขึ้นในช่องสัญญาณ ความจำเป็นในการตัดต่อสายสัญญาณ หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะทำให้เกิดผลกับการ
สื่อสาร ประกอบด้วย 3 สาเหตุสำคัญ ได้แก่
และ สัญญาณรบกวน (Noise) only การลดทอน (Attenuation) ความบิดเบือนของสัญญาณ (Distortion)
KKU
7.1.1 การลดทอนของสัญญาณ (Attenuation)
การลดทอนของสัญญาณ หมายถึง การที่สัญญาณมีขนาดของแอมพลิจูดลดลงเมื่อมาถึงยังภาครับ เนื่องจาก
คุณสมบัติของตัวนำ เช่น ค่าความต้านทานที่มีอยู่ภายในตัวนำสัญญาณ การลดทอนของสัญญาณจะทำให้การสื่อสาร
ได้ในระยะทางจำกัด ทำให้จำเป็นต้องมีการใช้เครื่องทวนสัญญาณ (repeater) ขยายสัญญาณให้มีขนาดสูงขึ้น ดัง
แสดงในรูปที่ 7.1 ให้ภาครับสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง
รูปที่ 7.1: การลดทอนของสัญญาณ (Attenuation)
โดยทั่วไป การวัดค่าของการลดทอนของสัญญาณ หรือการขยายสัญญาณจะกำหนดอยู่ในรูปของ เดซิเบล
(decibel) คล้ายการวัดความแรงของสัญญาณเสียง โดยสมมติให้สัญญาณที่ส่งมีค่าเป็น P 1 และสัญญาณที่รับมีค่า
49
50 บทที่ 7. สัญญาณรบกวน
เป็น P 2 โดย P 1 และ P 2 มีหน่วยเป็นวัตต์ เราจะได้
P 1
การลดทอนของสัญญาณ (Attenuation) = 10log( ) dB
P 2
P 2
การขยายสัญญาณ (Amplification หรือ gain) = 10log( ) dB
P 1
เดซิเบล (decibel: dB) เป็นหน่วยเปรียบเทียบแบบลอการิทึม เดซิเบลเป็นหน่วยวัดที่ใช้ในวงกว้าง ไม่ว่าจะเป็น
ศาสตร์ด้านเสียง กำลังไฟฟ้า หรือการสื่อสาร ข้อดีของการใช้เดซิเบล คือ การแทนตัวเลขขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่
ด้วยค่าที่เข้าใจง่ายขึ้น และสามารถใช้การบวกหรือลบเลขแทนการคูณหรือหาร เช่น เราสามารถแทนกำลังไฟฟ้า
ที่ 100 วัตต์ ด้วยค่า 20 dB แม้ว่าจะดูไม่แตกต่างนัก แต่หากเรากล่าวถึงตัวเลขขนาดเล็ก เช่น 0.1 มิลลิวัตต์ เรา
สามารถใช้เป็น -40 dB สามารถเข้าใจและเปรียบเทียบได้ง่ายขึ้น โดยรูปแบบการหาค่าเดซิเบลได้จาก
P 1
เดซิเบล (dB) = 10log 10 ( )
P 2 book)
โดยในที่นี้ P 2 มีค่าเท่ากับ 1 วัตต์
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการสื่อสารแบบไร้สาย เช่น ไวไฟ (Wi-FI) บลูทูธ และอุปกรณ์ของ IoT ต่าง ๆ จะใช้พลัง
งานที่ตํ่า เช่น ไวไฟที่สูงสุด 100 มิลลิวัตต์ จึงมีการกำหนดหน่วยในรูปแบบที่เทียบในหน่วยมิลลิวัตต์ (dBm) แทน
จะได้ (partial
P 1
เดซิเบลมิลลิวัตต์ (dBm) = 10log 10 ( 1x10 −3 )
ดังนั้นที่ 100 มิลลิวัตต์ จะมีค่าเป็น 20 dBm และที่ 0.1 มิลลิวัตต์จะมีค่าเท่ากับ -10 dBm เป็นต้น
only
7.1.2 ความบิดเบือนของสัญญาณ (Distortion)
KKU
โดยทั่วไปสัญญาณแต่ละประเภทจะประกอบด้วยสัญญาณพื้นฐาน คือสัญญาณ Sine Wave จำนวนมากที่ความถี่ที่
แตกต่างกัน ก่อนที่จะเกิดการรวมกันเป็นสัญญาณ Sqaure Wave หรืออื่น ๆ ที่จะถูกส่งเข้าไปในช่องสัญญาณ
เนื่องด้วยความเร็วของการเคลื่อนที่ของคลื่นที่ความถี่แตกต่างกัน เมื่อคลืื่นมีการเคลื่ยนที่มายังภาครับ รวม
ถึงข้อจำกัดของตัวนำที่รองรับความถี่ได้ในบางช่วงเท่านั้น ทำให้หน้าที่เสมือน Bandpass filter ทำให้สัญญาณที่
เกิดขึ้นที่ภาครับ เกิดการบิดเบือนไป เราสามารถเรียกการเกิดขึ้นว่า ความบิดเบือนของสัญญาณ (distortion) 7.2
แสดงตัวอย่างของการสื่อสารโดยการส่งยสัญญาณซายน์ที่มีความถี่ไม่เท่ากัน เรียกว่า Composite signal ไปในช่อง
สัญญาณ เพื่อพิจารณาสัญญาณที่เกิดขึ้นเมื่อสัญญาณเคลื่อนที่มาถึงภาครับ
7.1.3 สัญญาณรบกวน (Noise)
สัญญาณรบกวนหรือนอยส์เป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการสื่อสารอย่างมาก ตัวอย่างของสัญญาณรบกวน
ได้แก่ เทอร์มัลนอยส์ (Thermal noise) อินดิวซ์นอยส์ (Induced noise) ครอสทอล์ก (Crosstalk) และอิมพัลส์
นอยส์ (Impulse noise)
เทอร์มัลนอยส์ (Thermal Noise) เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายใน เนื่องจากส่งสัญญาณไปในช่อง
สัญญาณ โดยมีสมการพื้นฐานเป็น
P n = kTB
7.2. ครอสทอล์ก (CROSSTALK) 51
รูปที่ 7.2: การเกิดการความบิดเบือนของสัญญาณ
P n = Maximum noise power output of a resistor. k = Boltzmann’s constant= 1.38 x10-23
book)
Joules / Kelvin. T = Absolute temperature, K = 273+ 0
อินดิวซ์นอยส์ (Induce Noise) เป็นสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น การใช้เครื่องไมโครเวฟ เป็นต้น
อิมพัลส์นอยส์ เป็นสัญญาณรบกวนช่วงสั้นๆ ที่เกิดขึ้นจากการเกิดฟ้าผ่า หรือจากการเริ่มต้นการทำงานของ
(partial
มอเตอร์เป็นต้น
ครอสทอล์ก เกิดจากการเคลื่อนที่ของสัญญาณไฟฟ้าบนสายเส้นหนึ่งเหนี่ยวนำไปบนอีกเส้น ทำให้เปรียบเสมือน
เส้นหนึ่งเป็นเครื่องส่ง ส่วนอีกเส้นเป็นเครื่องรับ (รายละเอียดเพิ่มเติมในหัวข้อที่ 7.2)
only
KKU รูปที่ 7.3: การเกิดสัญญาณรบกวน (Noise) (รูปจาก [14])
อัตราส่วนของสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน(Signal-to-NoiseRatio, SNR)เป็นการวัดอัตราส่วนของสัญญาณ
(S) เทียบกับสัญญาณรบกวน (N) โดยค่าของ SNR สามารถหาได้จาก
S
SNR = 10log( ) dB
N
อัตราส่วนของสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน แสดงถึงระดับความแรงของสัญญาณเทียบกับสัญญาณรบกวนที่
เกิดขึ้น จากสมการจะเห็นว่ายิ่งสัญญาณรบกวนตํ่าเท่าใด ค่า SNR ก็จะสูงขึ้นเป็นสัดส่วนผกผันที่เกิดขึ้น
7.2 ครอสทอล์ก (Crosstalk)
ครอสทอล์กเป็นสัญญาณรบกวนประเภทหนึ่งที่ได้กล่่าวไปแล้ว แต่เนื่องด้วยครอสทอล์กมีความสำคัญอย่างมากของ
การสื่อสาร อันเป็นผลเนื่องจากการสื่อสารเอง จากการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กจากสายสัญญาณข้างเคียง
52 บทที่ 7. สัญญาณรบกวน
nearend crosstalk (NEXT) หรืออาจเรียกอีกชื่อหนึ่งว่าเป็น selfcrosstalk เนื่องจากการสื่อสารปัจจุบัน
เป็นการสื่อสารที่เรียก full-duplex การส่งและรับจะเกิดขึ้นพร้อมกัน การส่งสัญญาณภาคส่งต้องส่งในระดับ
สัญญาณที่สูง เพื่อให้สัญญาณที่ภาครับอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ ในขณะที่การรับสัญญาณสัญญารได้ถูกลดทอน
ระหว่าง ทำให้สัญญาณที่ได้รับอยู่ในระดับตํ่า
จากการที่ต้องส่งสัญญาณในระดับที่สูง ทำให้เกิดการเหนียวนำไปยังภาครับ ทำให้ภาครับไม่ได้รับสัญญาณตาม
ที่ควรจะเป็น รูปที่ 7.4 แสดงปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้น โดยสมมติให้มีการส่งข้อมูลที่ภาคส่งเกิดการเหนี่ยวนำที่จุด (A)
ไปยังจุด (C) แต่ไม่กระทบที่จุด (B)
book)
(partial
รูปที่ 7.4: การเกิดครอสทอล์กจากจุด (A) ไปยังจุด (C)
จากผลครอสทอล์กที่เกิดขึ้น สามารถแสดงได้ดังรูปที่ รูปที่ 7.5 จะเห็นความเปลี่ยนแปลงของสัญญาณค่อนข้าง
มากที่จุด (C) เนื่องจากสัญญาณครอสทอล์กที่เกิดขึ้น ในขณะที่สัญญาณที่จุด (B) ไม่มีการเกิดครอสทอล์กขึ้น
only
KKU
รูปที่ 7.5: ผลของครอสทอล์ก ที่จุดต่างๆ
บทที่ 8
ความสามารถของการสื่อสาร
book)
การสื่อสารในช่องสัญญาณ เหตุใดจึงไม่ส่งให้เร็วที่สุด อะไรคือข้อจำกัดที่สำคัญของการสื่อสาร ในที่นี้จะได้กล่าว
ถึงทฤษฎี และข้อจำกัดเบื้องต้นของการสื่อสารในช่องสัญญาณ โดยเริ่มจากการสื่อสารที่ปราสจากสัญญาณรบกวน
Nyquist's Sampling Theorem จากนั้นจะได้กล่าวถึง Shanon's Law เมื่อช่องสัญญาณมีสัญญาณรยกวนเกิดขึ้น
(partial
8.1 ความจุของช่องสัญญาณ (Channel Capacity)
การสื่อสารในปัจจุบันตัวกลางที่ใช้ไม่ว่าจะเป็น สายทองแดง สายใยแก้วนำแสง หรือการสื่อสารแบบไร้สาย ต่างมีข้อ
จำกัดที่เกิดจาก ความสามารถของคลื่นที่สามารถส่งได้ของตัวกลางประเภทนั้น ๆ หรือแบนด์วิดท์ในคำจำกัดความ
ของการสื่อสาร และการถูกรบกวนของของช่องสัญญาณ โดยทั่วไปสามารถอธิบายได้ด้วย Nyquist's Sampling
Theorem และ Shanon's Law only
KKU
8.1.1 Nyquist's Sampling Theorem
เพื่อส่งข้อมูลในรูปของดิจิทัล สัญญาณแอนะล็อกจำเป็นต้องผ่านการสุ่มด้วยความถี่ที่เหมาะสม ในปี 1924 Harry
Nyquist ได้แสดงให้เห็นว่า หากสัญญาณถูกส่งด้วยแบนด์วิดท์เป็น W เฮิรตซ์ และไม่มีความถี่อื่นที่สูงกว่า W ข้อมูล
ที่ได้รับสามารถแปลงกลับได้อย่างถูกต้อง หากสัญญาณนั้นถูกสุ่มค่าที่ความเร็วอย่างน้อยเป็นสองเท่าของความเร็ว
ของสัญญาณ (2W) เรียกว่า Nyquist's Sampling Rate ทำให้ได้
C = maximum data rate (อัตราการส่งข้อมูลสูงสุด) = 2Wlog 2 L bps
โดย L เป็นจำนวนระดับของสัญญาณที่ใช้
ตัวอย่าง 8.1 สมมติให้ช่องสัญญาณในระบบโทรศัพท์มีแบนด์วิดท์ 3000 เฮิรตซ์ หากสื่อสารโดยใช้ 16 ระดับของ
สัญญาณ จงหาอัตราเร็วสูงสุดในการส่งข้อมูล โดยใช้ Nyquist's Theorem
C = 2Wlog 2 L
= 2 ∗ 3000 ∗ log 2 16
= 2 ∗ 3000 ∗ 4
= 24000 bps
53
54 บทที่ 8. ความสามารถของการสื่อสาร
8.1.2 Shannon's Law
การศึกษาของ Nyquist สมมติว่าช่องสัญญาณไม่มีสัญญาณรบกวนใดๆ ในปี ค.ศ. 1948 Claude E. Shannon
ศึกษาถึงผลของสัญญาณรบกวนที่มีต่อช่องสัญญาณ โดยพิจารณาความสามารถของช่องสัญญาณในการที่จะส่ง
ข้อมูลมากที่สุดที่แบนด์วิดท์ B เฮิรตซ์ โดยไม่เกิดความผิดพลาดแม้มีสัญญาณรบกวนในช่องสัญญาณ
จากการศึกษา Shanon แสดงถึงความสัมพันธ์ของแบนด์วิดท์ (B) กำลังส่ง (S) และสัญญาณรบกวน (N) เป็น
Shannon's Channel Capacity
C = Wlog 2 (1 + S/N)
จากสมการข้างต้นจะเห็นว่าเราสามารถที่จะเพิ่มอัตราการส่งของข้อมูลได้ด้วยการเพิ่มค่าของ และการขยาย
S
N
ขนาดของแบนด์วิดท์ให้สูงขึ้น นอกจากนี้ จะเห็นว่าหากเรามีช่องสัญญาณที่ไม่มีสัญญาณรบกวนเลย (noiseless)
หรือตํ่ามาก เราสามารถที่มีอัตราการส่งของข้อมูลเป็นอนันต์ แต่ในที่นี้ไม่อาจกล่าวได้ว่า หากเรามีแบนด์วิดท์เป็น
อนันต์จะทำให้เราสามารถส่งข้อมูลเป็นอนันต์เช่นกัน เนื่องจากขนาดของสัญญาณรบกวน จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน
book)
8.2 อัตราการส่งสัญญาณ (signal rate) อัตราการส่งข้อมูล (data rate) และ
บิตเรท
(partial
ในทางปฏิบัติ เนื่องจากการสื่อสารไม่ว่าจะเป็นแบบประสานเวลาหรือไม่ จะมีการเพิ่มบิตพิเศษเพื่อช่วยในการ
สื่อสาร ทำให้อัตราการส่งข้อมูลจริงจะน้อยกว่าบิตเรทที่เกิดขึ้น ฉะนั้นกล่าวได้ว่าการสื่อสารข้อมูลบนช่องสัญญาณ
จะเกี่ยวข้องกับอัตราเร็วสามประเภทเสมอคือ อัตราการส่งสัญญาณ (signal rate) อัตราการส่งข้อมูล (data rate)
และบิตเรท โดยทั้งหมดอาจเป็นค่าเดียวกันหรือคนละค่า
only
8.2.1 อัตราการส่งสัญญาณ (Signal Rate)
KKU
การสื่อสารข้อมูลในช่องสัญญาณที่มีแบนด์วิดท์จำกัด การกำหนดให้หนึ่งระดับสัญญาณสามารถแทนข้อมูลมากกว่า
หนึ่งบิต ทำให้การใช้แบนด์วิดท์เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ พบว่าที่จำนวนระดับสัญญาณเป็น L จะมีจำนวนบิตต่อ
สัญญาณเป็น m หรือ m = log 2 L
ตัวอย่างเช่นหากเราต้องการให้มีสัญญาณ 8 ระดับ เราสามารถแทนได้ด้วยข้อมูลขนาด 3 บิต ดังนั้น อัตราของ
การเปลี่ยนของระดับสัญญาณนี้เรียกว่า signal rate (R s)) มีหน่วยเป็น บอด (baud) หรือ บอดเรท (baud rate)
โดยมีความสัมพันธ์ระหว่างบอดเรทและบิตเรท (R) เป็น
R = R s log 2 L
สมมติให้ T b เป็นเวลาของการส่งหนึ่งบิต ส่วนกลับของ T b ก็คืออัตราเร็วของบิตหรือบิตเรทให้เป็น R ดังนั้นจะ
ได้ว่า R จะสัมพันธ์กับช่วงเวลาของสัญญาณ (T s) เป็น
log 2 L m
R = = bps
T s T s
เนื่องจาก T b เป็นส่วนกลับของ R ทำให้ได้ค่าประสิทธิภาพเชิงเวลา (effective time) แต่ละบิต เป็น
1 T s
T b = =
R m
8.2. อัตราการส่งสัญญาณ (SIGNAL RATE) อัตราการส่งข้อมูล (DATA RATE) และบิตเรท 55
จากทั้งสองสมการเราจะได้ประสิทธิภาพของแบนด์วิดท์ (bandwidth efficiency) ของช่องสัญญาณเป็น
R m 1
= = bps Hz −1
W WT s WT b
ตัวอย่าง 8.2 สมมติให้ช่องสัญญาณในระบบโทรศัพท์มีแบนด์วิดท์ 3000 เฮิรตซ์ มีค่า SNR เป็น 20 dB จงหา
อัตราเร็วสูงสุดในการส่งข้อมูล
จาก
S
SNR = 10log 10 ( )
N
S
20 = 10log 10 ( )
N
S
= 100
N
book)
ดังนั้น จาก Shannon's Channel Capacity
C = Wlog 2 (1 + S/N)
(partial
= 3000 ∗ log 2 (1 + 100)
= 19963 bps
only
KKU
book)
(partial
only
KKU
บทที่ 9
การทำงานของอุปกรณ์เน็ตเวิร์คเบื้องต้น
book)
If GM had kept up with technology
like the computer industry has, we
would all be driving $25 cars that got
1000 MPG.
(partial
Bill Gates
จากการที่เน็ตเวิร์คเข้ามามีความสำคัญในชีวิตประจำวัน จะพบว่าในช่วงหลายปีที่ผ่านมา คอมพิวเตอร์แทบทุก
เครื่องที่ถูกวางขายในท้องตลาดสามารถจะเชื่อมต่อโดยตรงเข้ายังเน็ตเวิร์ค ไม่ว่าจะเป็นในลักษณะที่มีการเชื่อมต่อ
แบบมีสาย หรือเป็นการเชื่อมต่อโดยการใช้สัญญาณแบบไร้สาย ทำให้เราสามารถที่จะกล่าวได้ว่า ปัจจุบันเน็ตเวิร์ค
only
ถือเป็นส่วนหนึ่งในชีวิตประจำวัน
การทราบถึงอุปกรณ์ทางเน็ตเวิร์คเช่น ฮับ สวิตซ์และเร้าเตอร์ ทำให้ผู้ใช้สามารถเลือกอุปกรณ์ได้อย่างเหมาะสม
ตามจุดประสงค์การใช้งาน ดังนั้นในบทนี้เราจะได้กล่าวถึงอุปกรณ์พื้นฐานต่างๆที่ใช้ในเน็ตเวิร์ค รวมถึงสายสัญญาณ
KKU
ประเภทต่างๆ เช่น สายตีเกลียวคู่ สายโคแอคเชียล ใยแก้วนำแสง สายอากาศ และสุดท้ายจะได้กล่าวข้อคำนึงใน
การเลือกใช้สายสัญญาณ
9.1 แผ่นวงจรต่อประสานข่ายงาน (Network Interface Card)
หากจะกล่าวถึงองค์ประกอบพื้นฐานของการสื่อสารในเน็ตเวิร์ค องค์ประกอบสำคัญชนิดแรกที่ต้องกล่าวถึงคือ แผ่น
วงจรต่อประสานข่ายงาน (Network Interface Card, NIC) หรือเรียกทั่วไปเรียกว่า การ์ดแลน (LAN card) ทำ
หน้าที่ในการเชื่อมต่อเข้ายังเน็ตเวิร์ค และทำหน้าที่ในการแปลงข้อมูลดิจิทัลให้อยู่ในรูปของสัญญาณที่เหมาะสมกับ
ช่องสัญญาณที่ส่ง รวมถึงการแปลงสัญญาณที่ได้รับจากช่องสัญญาณเป็นข้อมูลดิจิทัล รูปที่ 9.1 แสดงตัวอย่างการ์ด
แลนที่สามารถหาซื้อเพื่อติดตั้งให้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเชื่อมต่อเน็ตเวิร์คถือเป็น
ปัจจัยสำคัญของเครื่องคอมพิวเตอร์ ทำให้การ์ดแลนปัจจุบันถูกประกอบอยู่บนเมนบอร์ด (mainboard) อยู่แล้ว ไม่
จำเป็นต้องหาซื้อเพิ่มเติมแต่อย่างใด
การ์ดแลนนอกจากทำหน้าที่ในการแปลงสัญญาณแล้ว ทุกการ์ดแลนมีเลขประจำตัวของตนเองหรือ MAC
address เพื่อใช้ในการตรวจสอบเฟรมที่ได้รับตรงกับ MAC address ของตนหรือไม่ หากใช่จึงจะรับไว้เพื่อนำไป
ประมวลผลต่อไป นอกจากนี้การ์ดแลนบางแผ่นสามารถที่จะกำหนดให้ทำงานในโหมดพิเศษเรียกว่า promiscuous
mode เพื่อรับทุกเฟรมที่ผ่านเข้าสู่ระบบ เช่นการใช้กับแอพพลิเคชัน wireshark (www.wireshark.org) เพื่อ
วิเคราะห์ฟิลด์ต่างๆของเฟรม รวมไปถึงการวิเคราะห์ในโพรโตคอลอื่นๆ อย่างละเอียดได้
57
58 บทที่ 9. การทำงานของอุปกรณ์เน็ตเวิร์คเบื้องต้น
รูปที่ 9.1: การ์ดแลนหรือ Network Interface Card (NIC)
พอร์ต (Port) จากบทที่แล้วเราได้กล่าวถึงพอร์ตแอดเดรส ซึ่งเป็นแอดเดรสเพื่อเรียกไปยังโพรโตคอลที่ใช้
เช่น พอร์ต 80 เป็นพอร์ตที่อ้างถึงโพรโตคอล http แต่หากกล่าวถึงอุปกรณ์ในเน็ตเวิร์คจะหมายถึงจุดเชื่อมต่อของ
อุปกรณ์จริงบนสวิตซ์หรือฮับ
book)
9.2 ฮับ (Hub)
ฮับเป็นอุปกรณ์พื้นฐานเพื่อใช้สร้างเน็ตเวิร์คอย่างง่าย ฮับโดยทั่วไปจะมีพอร์ตอย่างน้อย 4 พอร์ตเพื่อใช้ในการเชื่อม
(partial
ต่อคอมพิวเตอร์ ฮับทำหน้าที่ในการขยายสัญญาณ (amplification) รวมไปถึงการจัดการกับสัญญาณ (reshaping)
ในการจำกัดสัญญาณรบกวนออก เพื่อเตรียมส่งออกไปอุปกรณ์ปลายทาง หรืออาจกล่าวได้ว่าฮับเป็นเสมือนอุปกรณ์
ทวนสัญญาณ (repeater) แบบหลายพอร์ต (multi-port repeater)
only
KKU รูปที่ 9.2: การสื่อสารภายในฮับ
เนื่องจากโครงสร้างภายในของฮับมีการเชื่อมต่อในลักษณะที่เป็นบัส (bus) ดังนั้นเมื่อได้รับข้อมูล ข้อมูลจะถูก
ส่งออกไปยังทุกพอร์ตยกเว้นพอร์ตที่ส่งข้อมูล ดังแสดงในรูปที่ 9.2 ในกรณีนี้หากมีอุปกรณ์มากกว่า 1 ตัว ส่งข้อมูล
พร้อมกันจะทำให้ข้อมูลเกิดการชนกัน เป็นผลให้อุปกรณ์ทั้งสองต้องเริ่มส่งใหม่ การใช้ฮับมีข้อดีคือความง่ายในการ
ต่อขยาย และราคาที่ถูก แต่ปัจจุบัน เนื่องจากราคาของสวิตซ์ลดลง มีประสิทธิภาพที่ดีกว่า ทำให้มีการนำสวิตซ์เข้า
มาทดแทน รูปที่ 9.3 แสดงตัวอย่างฮับของบริษัท Linksys
รูปที่ 9.3: ฮับ (hub) ของบริษัท Linksys
9.3. บริดจ์ (BRIDGE) 59
9.3 บริดจ์ (Bridge)
บริดจ์คล้ายฮับคือเพื่อเชื่อมต่อส่วนของเน็ตเวิร์ค (segment) เข้าด้วยกัน นอกจากนั้นบริดจ์ยังทำหน้าที่กรองทราฟ
ฟิก (traffic) ที่เกิดขึ้นระหว่างเน็ตเวิร์คเซกเมนต์ โดยเมื่อเน็ตเวิร์คเซกเมนต์หนึ่งได้รับเฟรม จะตรวจสอบว่า
physical address ของเฟรมว่าภาครับอยู่ภายในเซกเมนต์เดียวกันหรือไม่ หากไม่บริดจ์จะส่งต่อ (retransmit)
เฟรมที่ได้รับออกไปยังพอร์ตของเน็ตเวิร์คเซกเมนต์ที่ภาครับนั้นเชื่อมต่ออยู่ แต่หากเฟรมที่รับอยู่ภายใต้เน็ตเวิร์คเซ
กเมนต์เดียวกัน บริดจ์จะถือว่าภาครับได้รับเฟรมดังกล่าวเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ดังนั้นเฟรมจะถูกกำจัดทิ้งไป ทำให้
สามารถลดทราฟฟิกในเน็ตเวิร์คลงได้
จากการที่บริดจ์ต้องทำงานหน้าที่กรองทราฟฟิก ทำให้บริดจ์ต้องเรียนรู้ physical address ของอุปกรณ์ต่างๆ
ตัวอย่างบริดจ์ที่ นิยมใช้ในการเชื่อมต่ออีเทอร์เน็ตได้แก่ transparent bridge การใช้บริดจ์ประเภทนี้ค่อนข้าง
สะดวก เนื่องจากบริดจ์สามารถเรียนรู้เพื่อส่งเฟรมไปยังพอร์ตที่ถูกต้อง โดยผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องตั้งค่าใด โดยบริดจ์จะ
สร้างตารางเรียกว่า bridge table เพื่อจัดเก็บเฟรมที่ได้ พร้อมทั้งพอร์ตที่รับเฟรมนั้นลงในตาราง ดังนั้นเมื่อมีการส่ง
เฟรมระหว่างอุปกรณ์ในเน็ตเวิร์ค จะทำให้บริดจ์มีการเรียนรู้และทราบถึงพอร์ตในการส่งเฟรมโดยอัตโนมัติ
Collision Domains book)
(partial
จากการที่มีผู้ใช้จำนวนมาก การใช้ฮับเพื่อต่อเชื่อมจำนวนหลายตัว ทำให้การมีโอกาสเกิดการชนกันของข้อมูลสูง
ขึ้นเช่น ในอีเทอร์เน็ต เมื่อเฟรมถูกส่งจากฮับตัวแรก จะถูกส่งต่อไปฮับตัวอื่นๆ จนกระทั่งผ่านไปยังทุกฮับ การใช้
งานของบริดจ์จะช่วยทำให้เกิดการแบ่งส่วนของเน็ตเวิร์คออกเป็นกลุ่มย่อยๆ เรียกว่า collision domains ซึ่งหนึ่ง
collision domain ก็คือหนึ่งเน็ตเวิร์คของอีเทอร์เน็ตนั่นเอง รูปที่ 9.4 แสดงการใช้บริดจ์เพื่อแบ่งเน็ตเวิร์คออกเป็น
สอง collision domain ทำให้สามารถลดโอกาสของการชนกันของข้อมูลลง ในกรณีที่มีผู้ใช้จำนวนมาก
only
KKU
รูปที่ 9.4: Collision Domains
9.4 สวิตซ์ (Switch)
สวิตซ์เป็นอุปกรณ์เพื่อเชื่อมเน็ตเวิร์คเซกเมนต์เช่นเดียวกับบริดจ์ ในความเป็นจริงแล้วสวิตซ์ก็คือบริดจ์ที่ประกอบ
ไปด้วยพอร์ตจำนวนมาก (multiport bridge) ทำหน้าที่เช่นเดียวกับบริดจ์คือเรียนรู้การส่งต่อ (retransmit) เฟรม
ที่ได้รับไปในพอร์ตที่เหมาะสม โดยเรียนรู้จาก physical address ในเฟรม ความแตกต่างระหว่างสวิตซ์กับบริดจ์
คือ สวิตซ์สามารถมีพอร์ตจำนวนมาก (4 พอร์ตหรือมากกว่า) เพื่อใช้เชื่อมต่อเน็ตเวิร์คเซกเมนต์ ในขณะที่บริดจ์อาจ
มีจำนวน 2-3 พอร์ตเท่านั้น ดังนั้น หากมองในกรณีของ collision domains การใช้สวิตซ์จะทำให้เราแบ่งเน็ตเวิร์ค
หนึ่งๆ ออกเป็นหลาย collision domain ได้ รูปที่ 9.5 เป็นตัวอย่างของสวิตซ์ขนาด 24 พอร์ตที่มีขายทั่วไป
ในการทำงานของสวิตซ์เมื่อได้รับเฟรมจากพอร์ตใดพอร์ตหนึ่ง การจะส่งออกที่พอร์ตใด สามารถแบ่งการ
ทำงานออกเป็นสองแบบคือ
60 บทที่ 9. การทำงานของอุปกรณ์เน็ตเวิร์คเบื้องต้น
รูปที่ 9.5: ตัวอย่างสวิตซ์ของบริษัท Linksys
Storeandforward การทำงานของสวิตซ์ประเภทนี้สามารถดูได้จากความหมายของชื่อ คือสวิตซ์จะบัพเฟอร์
ณ พอร์ตขาเข้าของสวิตซ์ จนกระทั่งครบเฟรมก่อน เพื่อตรวจสอบความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น ก่อนที่จะ
ส่งต่อไปยังบัพเฟอร์ของพอร์ตด้านขาออกไปยังปลายทาง การทำงานของสวิตซ์ประเภทนี้สามารถลดการใช้
แบนด์วิดท์ในเน็ตเวิร์คที่มีความผิดพลาดสูง แต่ข้อด้อยคือการที่ต้องรอจนครบเฟรมก่อน โดยเก็บไว้ในหน่วย
book)
ความจำ ก่อนที่จะถูกส่งต่อไปยังปลายทาง ทำให้เกิดความล่าช้าในการส่งเฟรม
Cutthrough การทำงานแบบ cut-through ทำให้สามารถส่งออกไปยังพอร์ตปลายทางเร็วขึ้น เนื่องจากแทนที่
สวิตซ์เก็บและตรวจสอบความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น สวิตซ์จะอ่านจนกระทั่งถึงตำแหน่งของแอดเดรสของ
(partial
ภาคส่งและภาครับเท่านั้น (ในอีเทอร์เน็ตเป็น 12 ไบต์แรก) จากนั้นจะส่งต่อไปยังพอร์ตปลายทางทันที ทำให้
พอร์ตสามารถรับเฟรมถัดไปได้ทันที ข้อดีของสวิตซ์นี้คือความเร็ว แต่ข้อเสียคือหากเฟรมที่ส่งไปนั้นมีความ
ผิดพลาดเกิดขึ้น จะทำให้สิ้นเปลืองแบนด์วิดท์
only
KKU รูปที่ 9.6: การสร้างเน็ตเวิร์คโดยการใช้สวิตซ์
รูปที่ 9.6 แสดงการเชื่อมต่อของสวิตซ์ จะเห็นว่าการติดตั้งจะคล้ายกับกรณีของการเชื่อมต่อของฮับ แต่ในที่นี้
หากมองในแง่ของการส่งข้อมูล สวิตซ์จะเชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์โดยตรง ทำให้การสื่อสารของคอมพิวเตอร์ทั้ง
สองไม่รบกวนเครื่องอื่น อย่างไรก็ตามเนื่องจากการส่งแบบบรอดคาสท์ของบริดจ์และสวิตซ์ในบางโพรโตคอล เช่น
ARP ทำให้เกิดเฟรมจำนวนมากถูกส่งต่อในเน็ตเวิร์คจนไม่สามารถทำงานได้ เรียกว่าการเกิด broadcast storm ดัง
จะได้กล่าวในรายละเอียดต่อไป
9.5 เร้าเตอร์ (Router)
เร้าเตอร์ถือว่าเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญที่สุดในระบบเน็ตเวิร์ค เร้าเตอร์เชื่อมต่อเน็ตเวิร์คต่างๆเข้าเป็นเน็ตเวิร์คขนาดใหญ่
การเชื่อมโยงของเร้าเตอร์จำนวนมากทำให้เกิดเป็นอินเทอร์เน็ตในปัจจุบัน เร้าเตอร์ทำงานในเลเยอร์ 3 เพื่อใช้ในการ
หาเส้นทาง โดยการพิจารณาจาก IP address จากภาคส่งเพื่อไปหาภาครับ รูปที่ 9.7 แสดงตัวอย่างเร้าเตอร์ของ
Cisco
9.5. เร้าเตอร์ (ROUTER) 61
การทำงานของเร้าเตอร์เหมือนกับของสวิตซ์คือใช้เพื่อเชื่อมโยงเน็ตเวิร์คเซกเมนต์เข้าด้วยกันและกรองทราฟฟิก
แต่ในเร้าเตอร์สามารถรองรับเน็ตเวิร์คขนาดใหญ่ ยิ่งไปกว่านั้นเร้าเตอร์สามารถค้นหาเส้นทางที่สั้นที่สุด เพื่อไปหา
ปลายทางได้ดังรายละเอียดจะได้กล่าวต่อไป
รูปที่ 9.7: ตัวอย่างของอุปกรณ์เร้าเตอร์ของ CISCO
book)
บรอดคาสท์โดเมน (Broadcast Domain)
จากการที่สวิตซ์จะส่งต่อเฟรมที่ได้รับไปยังทุกเซกเมนต์ในเน็ตเวิร์ค อย่างไรก็ตามมีเฟรมบางประเภทไม่ได้ถูกส่งเพื่อ
ไปยังเครื่องใดเครื่องหนึ่งเท่านั้น แต่ถูกส่งไปยังทุกเครื่องภายในเน็ตเวิร์คหรือเรียกว่าบรอดคาสท์เฟรม (broadcast
frame) เช่นในการทำงานของโพรโตคอล ARP ซึ่งเฟรมเหล่านี้จะถูกส่งต่อเมื่อผ่านไปยังฮับหรือสวิตซ์ แต่หากเฟรม
(partial
เหล่านี้ถูกส่งไปยังเร้าเตอร์ เฟรมเหล่านี้จะไม่ถูกส่งต่อไปยังเน็ตเวิร์คอื่น ทำให้เน็ตเวิร์คอื่นไม่จำเป็นในการประมวล
ผลเฟรมเหล่านี้ การทำงานลักษณะนี้ ซึ่งไม่มีการส่งผ่านจากเร้าเตอร์นี้เรียกว่า บรอดคาสท์โดเมน ดังนั้นการทำงาน
นี้ถือเป็นส่วนสำคัญอย่างมากในการลดทราฟฟิกในเน็ตเวิร์คลง รูปที่ 9.8 แสดงการเชื่อมต่อของสองบรอดคาสท์
โดเมน โดยที่บรอดคาสท์ทราฟฟิกของแต่ละโดเมนจะถูกแยกด้วยเร้าเตอร์
only
KKU
รูปที่ 9.8: ตัวอย่างการเชื่อมต่อของบรอดคาสท์โดเมน
จากที่ได้กล่าวถึงการทำงานของอุปกรณ์หลักทั้งสามขั้นต้นได้แก่ ฮับ บริดจ์ สวิตซ์และเร้าเตอร์ จะเห็นได้ว่า
ทั้งสามมีหน้าที่หลักที่คล้ายคลึงกัน โดยที่ตารางที่ 9.1 เปรียบเทียบการทำงานของอุปกรณ์ทั้งสาม
การทำงาน ฮับ บริดจ์/สวิตซ์ เร้าเตอร์
เลเยอร์ที่ทำงาน Physical Data Link Network
การตรวจแยกทราฟฟิก (traffic isolation) ไม่ใช่ ใช่ ใช่
ความสะดวกในการติดตั้ง (plug & play) ใช่ ใช่ ไม่ใช่
ส่งในเส้นทางที่ดีที่สุด ไม่ใช่ ไม่ใช่ ใช่
ตารางที่ 9.1: เปรียบเทียบพื้นฐานการทำงานของฮับ สวิตซ์และเร้าเตอร์
62 บทที่ 9. การทำงานของอุปกรณ์เน็ตเวิร์คเบื้องต้น
book)
(partial
only
KKU
รูปที่ 9.9: เน็ตเวิร์คฮาร์ดแวร์
บทที่ 10
ช่องสัญญาณ
book)
ช่องสัญญาณหรือตัวกลางเพื่อการเชื่อมต่อระหว่างผู้ส่งและผู้รับ ดังแสดงในรูปที่ 10.1 โดยตัวกลางการเชื่อมต่ออาจ
เป็นสายเคเบิล สายใยแก้วนำแสง รวมไปถึงอากาศในการสื่อสารแบบไร้สาย
(partial
รูปที่ 10.1: ช่องสัญญาณ
only
หากเราจัดประเภทของสายส่งเราสามารถจัดได้เป็นสองกลุ่มหลัก ได้แก่
1. Guided Media: เป็นสายส่งหรือสายสัญญาณเพื่อส่งไปในทิศทางที่กำหนดเช่นสายตีเกลียวคู่(Twisted-pair
cable), Coaxial cable และเส้นใยแก้วนำแสง
KKU
2. Unguided Media: เป็นการส่งสัญญาณโดยไม่มีการควบคุมทิศทางการส่งเช่น Radio waves,
Microwaves, Infrared
รูปที่ 10.2: ประเภทสายส่ง
10.1 สายตีเกลียวคู่ (Twisted-pair cable)
สายตีเกลียวคู่เป็นสายนำสัญญาณที่ถือว่าได้รับความนิยมใช้มากที่สุด สายตีเกลียวคู่ถูกพันเข้าด้วยกัน ก่อนที่จะ
ถูกห่อหุ้มอีกชั้นเสมือนเป็นสายเคเบิลเพียงเส้นเดียว โดยภายในอาจมีจำนวนสายนำสัญญาณมากกว่า 1 คู่ การพัน
63
64 บทที่ 10. ช่องสัญญาณ
กันของสายสัญญาณ จะทำให้เกิดความสมดุลของสัญญาณ ทำให้สามารถลดสัญญาณรบกวนระหว่างสายสัญญาณ
เรียกว่า ครอสทอล์ก (Crosstalk) ครอสทอล์กเกิดขึ้นจากการที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่เท่ากันของสายสัญญาณที่
เดินคู่ขนานไปด้วยกัน มีการเหนี่ยวนำ (induce) ต่อกัน การเกิดขึ้นของครอสทอล์กจะทำให้ความเร็วของสัญญาณ
ไม่เป็นไปอย่างที่ควร และเป็นผลให้ระยะทางที่สามารถส่งได้ลดลง ดังนั้นจำนวนของการพันต่อความยาวจะค่อน
ข้างมีผลต่อคุณภาพของสัญญาณ โดยสายตีเกลียวคู่ สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทคือ สายตีเกลียวคู่แบบมี
ป้องกันสัญญาณรบกวน (Shielded Twisted-pair : STP) และแบบสายตีเกลียวคู่แบบไม่มีป้องกันสัญญาณรบกวน
(Unshielded twisted-pair : UTP) ดังแสดงในรูปที่ 10.3
book)
รูปที่ 10.3: โครงสร้างของสายสัญญาณแบบ (a) STP และ (b) UTP
(partial
1. สายตีเกลียวคู่แบบมีป้องกันสัญญาณรบกวน (Shielded Twisted-pair (STP)) มีการป้องกันสัญญาณ
รบกวนโดยใช้แผ่นอลูมิเนียมบางห่อหุ้มด้านนอกอีกครั้ง เพื่อเป็นการป้องกันสัญญาณรบกวนจากภายนอก
รูปที่ 10.3(a) แม้ว่าการใช้สายตีเกลียวคู่แบบมีป้องกันสัญญาณรบกวนมีข้อดีคือการป้องกันสัญญาณรบกวน
จากภายนอกได้ดี แต่ไม่นิยมใช้เนื่องจากปัญหาด้านขนาดและราคา
only
2. สายตีเกลียวคู่แบบไม่มีป้องกันสัญญาณรบกวน (Unshielded twisted-pair (UTP)) ได้รับความนิยมสูง
กว่า เนื่องจากมีขนาดเล็กและมีราคาถูกกว่า ดังแสดงในรูปที่ 10.3(b) สังเกตว่าจะไม่มีส่วนของแผ่นโลหะ
เหลืออยู่
KKU
Electronic Industries Association (EIA) ได้แบ่งสายสัญญาณออกเป็น Category โดยที่แต่ละ category จะ
มีคุณลักษณะและจุดประสงค์การใช้งานที่แตกต่างกัน ดังแสดงในตารางที่ 10.1
Category ความเร็ว (Mbps) การนำไปใช้งาน
1 < 0.1 สายโทรศัพท์
2 2 สายสัญญาณ T-1
3 10 รองรับความเร็ว 10 Mbps (10Base-T)
4 16 Token Ring
5 100 100BaseX อีเทอร์เน็ต, ATM
5e 100 จาก 10Base-T ไปจนกระทั่ง 1000Base-T (จิกะบิต) อีเทอร์เน็ต
6 200 จาก 10Base-T ไปจนกระทั่ง 10GBase-T (10-จิกะบิต) อีเทอร์เน็ต
ตารางที่ 10.1: มาตรฐานสายตีเกลียวคู่แบบไม่มีป้องกันสัญญาณรบกวน
Cat 6 Sometimes 250Mhz 1Gbps Cat 6a Sometimes 500MHz 10Gbps Cat 7 Yes 600Mhz 10Gbps
Cat 8 Yes 2GHz 40Gbps
การเชื่อมต่อของสายตีเกลียวคู่แบบไม่มีป้องกันสัญญาณรบกวน โดยทั่วไปจะใช้ RJ45 ดังแสดงในรูปที่ 10.4 ซึ่ง
มีลักษณะคล้ายหัวต่อโทรศัพท์ แต่มีจำนวนขา (pin) ที่ใช้ต่อมากกว่า
10.1. สายตีเกลียวคู่ (TWISTED-PAIR CABLE) 65
ขา (pin) สัญญาณ
รูปที่ 10.4: หัวต่อแบบ RJ45 แบบ Female และ Male
โดยทั่วไปการต่อของสายตีเกลียวคู่แบบไม่มีป้องกันสัญญาณรบกวน จะมีด้วยกันสองแบบ คือ การเข้าหัวแบบ
สายตรง (Straight-through cable) และการเข้าหัวแบบสายไขว้ (Crossover cable) การเข้าหัวแบบสายตรง
จะเป็นการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ต่างประเภทกันเช่น การเชื่อมต่อระหว่างเร้าเตอร์กับสวิตซ์หรือฮับ การเชื่อมต่อ
ระหว่างสวิตซ์และฮับ การเข้าหัวแบบสายไขว้จะเป็นการต่อเชื่อมระหว่าง อุปกรณ์ประเภทเดียวกัน เช่น ระหว่าง
คอมพิวเตอร์กับคอมพิวเตอร์ หรือการต่อระหว่างสวิตซ์ book)
การจัดเรียงขาของการเข้าหัวแบบสายตรงสามารถทำได้สองมาตรฐานขึ้นอยู่กับการเลือกใช้ คือ TIA/EIA 568A
และ TIA/EIA 568B ตราบใดที่เน็ตเวิร์คทั้งหมดใช้มาตรฐานเดียวกัน รูปที่ 10.5 แสดงรูปการเชื่อมต่อของทั้งสอง
(partial
แบบ และชื่อสีกำกับในตารางที่ 10.2
only
KKU
รูปที่ 10.5: การจัดเรียงขาของการเข้าหัวแบบสายตรง (a) TIA/EIA 568A (b) TIA/EIA 568B
ขา (Pin) TIA/EIA 568A TIA/EIA 568B
1 เขียว-ขาว ส้ม-ขาว
2 เขียว ส้ม
3 ส้ม-ขาว เขียว-ขาว
4 นํ้าเงิน นํ้าเงิน
5 นํ้าเงิน-ขาว นํ้าเงิน-ขาว
6 ส้ม เขียว
7 นํ้าตาล-ขาว นํ้าตาล-ขาว
8 นํ้าตาล นํ้าตาล
ตารางที่ 10.2: สีการจัดเรียงขาของการเข้าหัวแบบสายตรง TIA/EIA 568A และ TIA/EIA 568B
66 บทที่ 10. ช่องสัญญาณ
10.2 สายโคแอคเชียล (Coaxial Cable)
สายโคแอคเชียลเป็นสายที่มีความน่าเชื่อถือที่ค่อนข้างสูง มีสายนำสัญญาณเป็นสายทองแดงเส้นเดี่ยวเป็นแกนกลาง
ใหญ่กว่าของสายตีเกลียวคู่ โดยจะมีฉนวนหุ้มภายนอกเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน ทำให้สัญญาณมีความน่าเชื่อถือ
ที่สูง ดังแสดงในรูปที่ 10.6
ฉนวนหุ้มภายนอก
ฉนวน
book)
(partial ลวดทองแดง
ลวดตาข่าย (shield)
รูปที่ 10.6: สายโคแอคเชียล
only
การใช้งานของสายโคแอคเชียลจะถูกแบ่งโดย Radio Goverment (RG) ซึ่งในแต่ละมาตรฐานมีการใช้งานที่
แตกต่างกัน ดังแสดงในตารางที่ 10.3 Use
KKU RG-59 75 Ω Thick Ethernet
Category Impedance
Cable TV
Thin Ethernet
RG-58
50 Ω
RG-11
50 Ω
ตารางที่ 10.3: การใช้งานของสายโคแอคเชียลที่ RG ต่างๆ
การเชื่อมต่อของสายโคแอคเชียลจะทำโดยการใช้หัวต่อ Bayone-Neill-Concelman (BNC) โดยจะมีด้วยกัน
สามประเภทคือหัวต่อ BNC, หัวต่อ BNC แบบรูปตัว T, หัวต่อ BNC จุดสิ้นสุดสัญญาณดังแสดงในรูปที่ 10.7
10.3 ใยแก้วนำแสง (Fiber Optic)
ใยแก้วนำแสงเป็นสายสัญญาณที่ได้รับความนิยมค่อนข้างสูง เนื่องจากการใช้งานของใยแก้วนำแสงสามารถป้องกัน
สัญญาณรบกวนจากภายนอก ป้องกันการดักฟัง และการเกิดครอสทอล์ก นอกจากนี้ยังให้แบนด์วิดท์ที่สูง โดยทั่วไป
ใยแก้วนำแสงจะทำด้วยแก้วหรือพลาสติก ห่อหุ้มด้วย PVC หรือ Teflon ดังแสดงในรูปที่ 10.8 ภายในใยแก้วนำแสง
จะเป็นฉนวน (dielectric) ทำด้วยแก้วหรือพลาสติก ทรงกระบอกเส้นผ่านศูนย์กลาง a มีค่าของดัชนีการสะท้อน
(index of reflection) n1 เป็นแกนกลางของเส้นใยแก้วนำแสง ภายนอกเป็นส่วนวัสดุหุ้ม (cladding) ทำด้วย
dielectric มีดัชนีการสะท้อนเป็น n2 (n2 < n1) รอบแกนของใยแก้วนำแสง เนื่องจากค่าของดัชนีการสะท้อนของ
10.3. ใยแก้วนำแสง (FIBER OPTIC) 67
สายสัญญาณ ฺBNC-T
หัวต่อ BNC สายดิน
รูปที่ 10.7: หัวต่อ BNC, หัวต่อ BNC แบบรูปตัว T และ หัวต่อ BNC จุดสิ้นสุดสัญญาณ ตามลำดับ
แกนสายใยแก้วนำแสงมีค่ามากกว่าของดัชนีการสะท้อนของส่วนห่อหุ้ม (cladding) ทำให้เกิดแสงเกิดการสะท้อน
book)
ไปตามแนวของแกนของเส้นใยแก้วนำแสง
ใยสังเคราะห์เพื่อความแข็งแรง
ปลอกพลาสติกด้านนอก
(partial แกนแก้วหรือพลาสติก
ส่วนวัสดุหุ้ม (cladding)
only ส่วนรองรับการกระแทก
รูปที่ 10.8: ใยแก้วนำแสง
KKU
การส่งสัญญาณภายในเส้นใยแก้วนำแสง สัญญาณข้อมูลจะถูกแปลงเป็นคลื่นแสงแล้วส่งให้สะท้อนภายใน
เส้นใยแก้วนำแสง เมื่อแสงถูกส่งเข้าในเส้นใยแก้วนำแสง แสงอาจเดินทางเป็นเส้นตรงในใยแก้วนำแสงหรืออาจ
สะท้อนจากผิวของใยแก้วนำแสง การส่งข้อมูลในเส้นใยแก้วนำแสงสามารถทำได้สองโหมด (mode) คือแบบ
Multimode และแบบ Singlemode การส่งแบบ multimode คือการที่มีต้นกำเนิดแสงหลายต้นกำเนิดส่ง
เข้าไปในใยแก้วนำแสงเดียวกัน โดยแต่ละสัญญาณจะมีมุมในการตกกระทบที่แตกต่างกัน ทำให้ด้านรับสามารถแยก
สัญญาณที่รับได้ การทำงานของ single-mode จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กกว่าแบบ multimode ทำให้แสง
สามารถเดินทางภายในแกนของใยแก้วนำแสงการใช้ single-mode ทางทฤษฎีสามารถส่งไปได้ถึง 10 กิโลเมตร รูป
ที่ 10.9 แสดงการส่งสัญญาณของทั้งสองแบบ
นอกจากการส่งในใยแก้วนำแสง 2 โหมดที่กล่าวไปแล้ว จากรูปที่ 10.9 เรายังสามารถที่จะแยกชนิดของใยแก้ว
นำแสงออกเป็น 2 ชนิดตามชนิดของวัสดุที่ใช้ในแกนของใยแก้วนำแสงได้แก่ใยแก้วนำแสงแบบ stepindex และ
แบบ gradedindex ใยแก้วนำแสงแบบ stepindex ค่าดัชนีของวัสดุที่เป็นแกนของใยแก้วนำแสงมีค่าคงที่ และ
มีเปลี่ยนไปแบบทันทีที่ส่วนของวัสดุที่ใช้ห่อหุ้ม (cladding) ในขณะที่แบบ gradedindex ค่าของดัชนีการสะท้อน
ของวัสดุที่ใช้ทำแกนของใยแก้วนำแสงมีค่าเปลี่ยนแปลงตามแนวจากเส้นผ่านศูนย์กลางของใยแก้วนำแสง ทำให้การ
เดินทางของแสงมีลักษณะที่แตกต่างกันดังรูป
ขนาดของเส้นใยแก้วนำแสงถูกกำหนดโดยขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของส่วน
ห่อหุ้ม โดยขนาดของใยแก้วนำแสงที่ใช้กันทั่วไป แสดงในตารางที่ 10.4
68 บทที่ 10. ช่องสัญญาณ
Index Prefix ภาพหน้าตัดของใยแก้วนำแสง เส้นผ่านศูนย์กลาง
book)
รูปที่ 10.9: การส่งแบบ multi-mode และ single mode บนใยแก้วนำแสง
Type Core (μm) Cladding (μm) Mode
125
50/125 50.0 (partial Multimode, graded index
62.5/125 62.5 125 Multimode, graded index
100/125 100.0 125 Multimode, graded index
only
7/125 7.0 125 Multimode, single mode
ตารางที่ 10.4: ขนาดของใยแก้วนำแสงแบบต่างๆ
การเชื่อมต่อ KKU
ในการเชื่อมต่อเส้นใยแก้วนำแสง หัวต่อของใยแก้วนำแสงได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยในที่นี้แสดงตัวอย่าง
หัวต่อสองประเภทได้แก่ ได้แก่ 1. หัวต่อ Subscriber Channel (SC) ใช้สำหรับเคเบิลทีวี 2. หัวต่อ Straight-tip
(ST) ใช้สำหรับอุปกรณ์เน็ตเวิร์ค รูปที่ 10.10 แสดงหัวต่อของใยแก้วนำแสง
รูปที่ 10.10: หัวต่อใยแก้วนำแสงแบบ SC connector สำหรับเคเบิลทีวี และแบบ ST connector สำหรับอุปกรณ์
เน็ตเวิร์ค
10.4. สายอากาศ 69
10.4 สายอากาศ
สายอากาศถือว่าเป็นอีกหนึ่งองค์ประกอบสำคัญในการสื่อสารไร้สายปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นการใช้เครือข่ายไร้สาย
WLAN ที่พัฒนามาจากเครือข่ายแบบ LAN หรือ การสื่อสารผ่านมือถือ สิ่งหนึ่งที่ถือเป็นปัจจัยหลักของการสื่อสาร
ไร้สาย คงหลีกเลี่ยงไม่พ้นสายอากาศ ซึ่งเป็นจุดส่งและจุดรับสัญญาณในการสื่อสาร การจะรับหรือส่งสัญญาณได้
ดีหรือไม่นั้น นอกจากสภาพแวดล้อมที่เป็นหนึ่งปัจจัย จะได้กล่าวถึงต่อไป สายอากาศถือว่าสำคัญอย่างยิ่งในการ
ควบคุมการส่งและรับสัญญาณ การใช้สายสัญญาณที่มีอัตราการขยายที่สูง จะทำให้เราสามารถส่งสัญญาณได้ดีขึ้น
การเลือกสายอากาศที่ถูกประเภทกับสภาพแวดล้อม ทำให้การแพร่ของสัญญาณครอบคลุมพื้นที่ใช้งานได้ดี
ประเภทของสายอากาศ
เนื่องจากสภาพการใช้งานของอุปกรณ์ไร้สายอาจมีความแตกต่างกัน ทำให้มีการออกแบบสายอากาศ ให้เหมาะ
book)
สมกับการใช้งาน และสภาพแวดล้อมของการใช้งาน ทำให้การกระจายของสัญญาณมีลักษณะที่แตกต่างกันขึ้นอยู่
กับชนิดของสายอากาศที่เลือกใช้ โดยการกระจายที่เกิดขึ้นจะอยู่ในลักษณะที่เป็นสามมิติ ดังนั้น เพื่อให้เข้าใจถึง
การกระจายในลักษณะเป็นแบบสองมิติ จึงมีการใช้ แผนภาพเพื่อแสดงทิศทางและรูปแบบของสัญญาณที่เรียกว่า
Antenna Pattern หรือ แบบรูปกระจายคลื่นของสายอากาศ โดยแบ่งเป็นสองส่วนคือ Azimuth plane หรือ
Hplane เสมือนการตัดภาพสามมิติในแนวนอน หรือกล่าวง่ายๆ ก็ในแนว x-y และการแสดงในแนวตั้งในแนว x-z
หรือ y-z เรียกว่า Elevation plane หรือ Eplane รูปที่ 10.11 แสดง E-plane และ H-plane ของกรณีของสาย
อากาศแบบ Dipole (partial
สายอากาศ
only
KKU
รูปที่ 10.11: E-plane และ H-plane กรณีของสายอากาศแบบ Dipole
ดังนั้น หากดูจากการกระจายของสัญญาณเราสามารถที่จะแบ่งสายอากาศออกเป็นสองประเภทคือ สายอากาศ
แบบ Omnidirectional และแบบ Directional
สายอากาศแบบ Omnidirectional
การแพร่กระจายของสายอากาศประเภทนี้จะเป็นการกระจายออกทุกทิศทาง ตัวอย่างของสายอากาศนี้ได้แก่สาย
อากาศแบบ Dipole การใช้งานของสายอากาศชนิดนี้ เพื่อกระจายสัญญาณออกไปรอบๆ สายอากาศแบบ dipole
หรือโดยทั่วไปมักเรียกว่า half-wavelength (λ/2) diploe เนื่องจากเป็นสายอากาศที่มีขนาดเท่ากับครึ่งหนึ่งของ
ความยาวคลื่น ณ ความถี่ที่ใช้งานนั้นๆ รูปที่ 10.12(a) แสดงรูปของสายอากาศแบบ dipole ประกอบด้วยเส้นลวด
ขนาดเล็กติดตั้งในแนวแกน z
รูปที่ 10.12 (b) แสดงรูปการกระจายของคลื่นหรือสัญญาณในลักษณะสามมิติ โดยมีลักษณะคล้ายรูปโดนัทมี
เสาอากาศอยู่ตรงกลางที่เป็นรูของโดนัท เมื่อตัดในแนวนอนหรือ Azimuth-plane เราจะได้ลักษณะการกระจาย
ของคลื่น ลักษณะที่เป็นวงกลมกระจายออกทุกทิศทาง ดังแสดงในรูปที่ 10.12 (c) ในรูปที่ 10.12 (d) แสดงการกระ
จายของคลื่นใน Elevation-plane
70 บทที่ 10. ช่องสัญญาณ
รูปที่ 10.12: E-plane และ H-plane ของการกระจายสัญญาณ ของสายอากาศแบบ Dipole [49]
book)
สายอากาศแบบ Directional
สายอากาศแบบ Directional จะมีการกระจายสัญญาณแตกต่างจากของสายอากาศแบบ Omnidirectional โดย
จะมีการกระจายของคลื่นไปทิศทางใดทิศทางหนึ่งเท่านั้น เพื่อการเชื่อมต่อแบบ point-to-point หรือจุดหนึ่งไป
(partial
อีกจุดหนึ่ง เช่นสายอากาศแบบ patch, parabolic dishes (คล้ายจานรับสัญญาณดาวเทียม) และ yagi (คล้ายเสา
รับสัญญาณทีวี) เป็นต้น รูปที่ 10.13 (a) แสดงรูปของสายอากาศแบบ yagi รูปที่ 10.13 (b) ถึง 10.13 (d) แสดง
รูปแบบการกระจายของคลื่นในแบบสามมิติ, Azimuth plane และ elevation plane ตามลำดับ จะเห็นว่าการ
กระจายของคลื่นจะออกไปในทิศทางหนึ่งเป็นหลัก และมีการกระจายข้างเคียงเล็กน้อยเท่านั้น
only
KKU
รูปที่ 10.13: E-plane และ H-plane ของการกระจายสัญญาณ ของสายอากาศแบบ Yagi [49]
นอกจากนี้ ยังมีสายอากาศชนิดอื่น ซึ่งมีการกระจายของคลื่นที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์การใช้งานดัง
ได้กล่าวไปแล้ว รูปที่ 10.14 แสดงตัวอย่างสายอากาศในรูปแบบอื่นๆ ในกลุ่มของสายอากาศแบบ omnidirectional
และ Directional
10.5 ข้อคำนึงในการเลือกใช้สายสัญญาณ
การเลือกใช้ช่องสัญญาณถือเป็นปัจจัยสำคัญเพื่อให้เกิดการทำงานของระบบที่มีประสิทธิภาพ โดยการเลือกใช้มี
ปัจจัยที่สำคัญที่จำเป็นต้องพิจารณาได้แก่ คุณลักษณะของสายส่งที่เลือกใช้ เช่นในแง่ของแบนด์วิดท์ที่สามารถ
10.5. ข้อคำนึงในการเลือกใช้สายสัญญาณ 71
รูปที่ 10.14: ตัวอย่างสายอากาศในรูปแบบอื่น (a) omnidirectional และ (b) Directional (ผลิตภัณธ์ของ D-link)
รองรับ ความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น การพิจารณาระยะทางสูงสุดของสายสัญญาณที่สามารถทำงานได้ รวมถึง
เวลาหน่วงของการแพร่ของข้อมูล ความปลอดภัย ขนาดของสายสัญญาณ ความสะดวกในการติดตั้ง สุดท้ายเรา
ยังอาจจำเป็นต้องคำนึงถึงความสะดวกในการจัดหา ราคา การติดตั้ง การบำรุงรักษา และการที่จะปรับปรุงหรือ
เปลี่ยนแปลง สามารถพิจารณาในแต่ละกรณีได้ดังนี้[20]
10.5.1 คุณลักษณะของสายส่ง book)
หนึ่งในปัจจัยที่สำคัญในการเลือกใช้สายสัญญาณคือ ความเข้าใจถึงคุณลักษณะของสายสัญญาณที่จะนำมาใช้ ได้แก่
(partial
แบนด์วิดท์ของสาย เปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดของสายที่อาจเกิดขึ้น และระยะทางระหว่างอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ โดย
ทั้งหมดถือเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อทรูพุตของเน็ตเวิร์ค
หากเราพิจารณาการทำงานของสาย จะพบว่าทั้งสามค่ามีความสัมพันธ์กัน เช่น สาย UTP หากต้องการที่จะให้
ได้แบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น จำเป็นต้องส่งสัญญาณในช่วงความถี่ที่สูงขึ้น หรือปรับเปลี่ยนการมอดูเลชัน เพื่อให้ได้จำนวน
บิตต่อสัญญาณ (symbol rate) ที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม การใช้ความถี่ที่สูงขึ้น จะทำให้เกิดการลดทอนของสัญญาณ
only
มากขึ้น หากเทียบกับการส่งที่ความถี่ตํ่า รวมไปถึงความผิดพลาดที่สูงขึ้นไปด้วย
หากพิจารณาในกรณีของระบบไร้สาย เราจะพบว่าแบนด์วิดท์มีข้อจำกัดที่ค่อนข้างมาก เนื่องจากข้อจำกัด
ในเรื่องของช่วงความถี่ที่สามารถใช้ได้ ข้อจำกัดด้านกฎระเบียบการควบคุมการใช้งานความถี่ ลักษณะพื้นที่ใช้งาน
KKU
นอกจากนี้ยังข้อมีจำกัดด้านกำลังส่งที่สามารถส่งได้ในแต่ละความถี่ ยิ่งไปกว่านั้น การใช้งานในระบบไร้สาย ยังมี
ผลของสภาพอากาศเกี่ยวข้องกับปัจจัยการส่ง เช่น ความชื้น ควัน และ ฝน ที่มีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการส่ง
สัญญาณ เช่น การส่งที่ความถี่ตํ่าของ Amplitude Modulation (AM) สามารถที่จะส่งผ่านผนังหรือสิ่งกีดขวางได้
แต่หากเป็นการส่งของไมโครเวฟ (Microwave) จะถูกลดทอนลงค่อนข้างสูง และจำเป็นต้องเป็นการส่งในลักษณะที่
เป็นแบบมองเห็นกันเท่านั้น (line of sight)
10.5.2 เวลาหน่วงของการแพร่ของข้อมูล
เวลาหน่วงของการแพร่ของข้อมูลเป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่ต้องการคำนึง ขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างเครื่องส่งและเครื่อง
รับ คุณลักษณะของตัวกลางที่ใช้ จากความรู้เดิมเราทราบว่าการเดินทางของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศมี
ความเร็วอยู่ที่ 3x10 เมตรต่อวินาที อย่างไรก็ตามคลื่นเคลื่อนที่ช้าลงในสายทองแดง หรือแม้แต่ในอากาศ ตารางที่
8
10.5 แสดงค่าตัวอย่างความเร็วของคลื่นในตัวกลางต่างๆ
นอกจากข้อจำกัดของคุณลักษณะและความยาวของสายสัญญาณที่มีผลทำให้ค่าของเวลาหน่วงที่สูงขึ้น จำนวน
โนดระหว่างทางยังมีผลค่อนข้างสูงกับเวลาหน่วงที่จะเกิดขึ้น เนื่องจากในบางเน็ตเวิร์คที่จำเป็นต้องขยายสัญญาณ
มัลติเพล็ก การใช้งานของโพรโตคอลที่ต่างกัน การบีบและขยายข้อมูล รวมถึงการเข้ารหัส ทำให้เกิดเวลาหน่วงที่สูง
ขึ้น ดังนั้นยิ่งต้องผ่านจำนวนโนดมากเท่าใด จะทำให้เกิดเวลาหน่วงมากขึ้นเท่านั้น การใช้สายเช่าเฉพาะ (Leased
line) จะทำให้ผู้ใช้มีเสถียรภาพ และสามารถลดค่าเวลาหน่วงลงได้ แต่อาจตามมาด้วยค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้น
72 บทที่ 10. ช่องสัญญาณ
ตัวกลาง ความเร็ว (km/s) เปอร์เซ็นต์เทียบกับ
ความเร็วแสงในสุญญากาศ
สุญญากาศ 300,000 100.00
อากาศ 299,890 99.97
นํ้า 226,000 75.33
สายทองแดง (STP, UTP, โคแอคเชียล) 180,000 - 240,000 60.00 - 80.00
ไฟเบอร์ออฟติก 205,000 68.33
Teflon (ใช้ห่อหุ้มสาย) 210,000 70.00
Polyvinyl Chloride (ใช้ห่อหุ้มสาย) 135,000 - 180,000 45.00 - 60.00
Polyethylene และPolypropylene (ใช้ห่อหุ้มสาย) 135,000 - 180,000 45.00 - 60.00
ตารางที่ 10.5: ความเร็วของการเดินทางของสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า [43]
book)
10.5.3 ความปลอดภัย
บางครั้งหรือหลายครั้งข้อมูลในการสื่อสารต้องถูกส่งผ่านไปยังเน็ตเวิร์คที่อยู่นอกเหนือการควบคุมของเรา เพื่อ
ป้องกันการรั่วไหลของข้อมูล การเข้ารหัสถือเป็นสิ่งจำเป็นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การสื่อสารแบบไร้สายถือว่ามีความ
ปลอดภัยที่ตํ่า เนื่องจากผู้ใช้คนอื่นสามารถที่จะดักจับข้อมูลได้โดยง่าย เมื่อเทียบกับการสื่อสารด้วยสาย โดยเฉพาะ
(partial
อย่างยิ่งการดักจับข้อมูลบนใยแก้วนำแสง แต่อาจมีปัญหาในการติดตั้งและค่าใช้จ่ายที่สูง
10.5.4 ความทนทาน (Mechanical Strength)
แน่นอนในการติดตั้งไม่ว่าจะเป็นสายแบบ UTP โคแอคเชียล หรือไฟเบอร์ออฟติก เราจำเป็นต้องหักหรืองอสาย
only
เพื่อหลบเลี่ยงสิ่งกีดขวางหรือเพื่อความสวยงาม ซึ่งสายทุกประเภทมีข้อจำกัดในการที่จะหักหรืองอสาย รวมถึง
การดึงสาย นอกจากนี้เนื่องจากสายไฟหรือสายไฟเบอร์ออฟติกสามารถที่จะยืดหรือหดตัวจากการเปลี่ยนแปลงของ
อุณหภูมิ อาจส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของค่าเวลาหน่วงการส่งสัญญาณ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสายที่เดินบนเสาไฟฟ้า
KKU
ซึ่งมีผลต่ออุณหภูมิมากกว่าสายที่เดินใต้ดิน ยิ่งไปกว่านั้นในระบบดิจิทัลความเร็วสูง การเชื่อมต่อของสายยังอาจ
ทำให้เกิดการสูญหายของข้อมูล และปัญหาของการซิงโครไนซ์สัญญาณได้
การติดตั้งในระบบสื่อสารไร้สาย เนื่องจากอุปกรณ์บางประเภทเช่น การสื่อสารของไมโครเวฟ เราจำเป็นต้องมี
การติดตั้งในที่สูง เพื่อหลบเลี่ยงสิ่งกีดขวางที่มี เช่นต้นไม้หรือตึกสูง ดังนั้น การติดตั้งจำเป็นต้องมั่นคงเพื่อรองรับแรง
ลม อาคารที่ติดตั้งต้องมีความมั่นคงทนต่อสภาพอากาศที่อาจเกิดขึ้นได้
10.5.5 ขนาด
ขนาดของสายส่งเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่สำคัญ เนื่องจากอาจทำให้เกิดปัญหาในเรื่องการเดินสายในท่อ หรือเมื่อมีสาย
จำนวนมากจำเป็นต้องเดินบนรางสายไฟ ซึ่งอาจมีขนาดที่จำกัด เช่นเดียวกับในการสื่อสารแบบไร้สายเมื่อขนาดของ
สายอากาศ ทำให้ต้องการอุปกรณ์ช่วย โดยเฉพาะในสถานที่ติดตั้งที่อาจต้องทนแรงลม
10.5.6 ความสะดวกและรวดเร็วในการติดตั้ง
การติดตั้งเป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่จำเป็นต้องคำนึงถึง การเดินสายอาจทำให้เกิดความยุ่งยากในการผ่านจุดต่างๆใน
อาคาร การใช้การสื่อสารแบบไร้สายทำให้สะดวกต่อการติดตั้ง อย่างไรก็ตามต้องพิจารณาถึงการครอบคลุมพื้นที่
และการเคลื่อนย้ายของผู้ใช้จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง
10.6. สรุป 73
10.5.7 ค่าใช้จ่าย
สุดท้ายสิ่งที่สำคัญสุด ค่าใช้จ่ายที่จะเกิดขึ้นตั้งแต่การจัดหา การติดตั้ง การใช้งาน และการดูแลรักษา รวมไปถึง
การปรับปรุงแก้ไขให้เหมาะสม หากเปรียบเทียบระหว่างการสื่อสารแบบมีสาย และการสื่อสารแบบไร้สาย จะพบ
ว่าการเดินสายทำให้เกิดค่าใช้จ่ายตั้งแต่การเตรียมท่อเพื่อร้อยสายไฟ การลากสาย ไปถึงการติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆ เมื่อ
เทียบกับการสื่อสารแบบไร้สาย คือการจัดเตรียมที่ตั้ง ตำแหน่งการติดตั้งสายอากาศ รวมไปถึงการขออนุญาตใช้ช่วง
ความถี่ ซึ่งอาจยุ่งยากแต่ค่อนข้างสะดวกในการติดตั้ง โดยที่การเดินสายอาจต้องใช้แรงงานจำนวนมาก
10.6 สรุป
ในบทนี้เน้นถึงอุปกรณ์ที่สำคัญต่างๆในระบบสื่อสาร เช่น ฮับ สวิตซ์ เร้าเตอร์ เพื่อให้สามารถทราบถึงอุปกรณ์ที่
จำเป็นต่างๆในการสร้างเน็ตเวิร์ค รวมถึงสายส่งประเภทต่างๆที่สำคัญ ได้แก่ สายตีเกลียวแบบต่างๆ ไฟเบอร์ออฟ
book)
ติก เป็นต้น ซึ่งแต่ละชนิดมีความแตกต่างกันในลักษณะหน้าที่การทำงาน ประสิทธิภาพ และ ราคา การเลือกอุปกรณ์
ในเน็ตเวิร์คควรมีความเหมาะสมกับความต้องการ และงบประมาณ เพื่อให้ได้ประสิทธิผลสูงสุด
(partial
10.7 คำถามท้ายบท
1. ข้อได้เปรียบของสวิตซ์เมื่อเทียบกับฮับคืออะไร
2. บริดจ์ สวิตซ์ ฮับ ต่างกันอย่างไร จงอธิบาย
only
3. การทำงานของสวิตซ์แบบ Store-and-forward และ Cut-through ต่างกันอย่างไร
4. สายส่งแบ่งออกได้เป็นกี่ประเภท อะไรบ้าง
KKU
5. สัญญาณแบบ UTP และ STP ต่างกันอย่างไร
6. การส่งข้อมูลของใยแก้วนำแสงมีกี่โหมด อะไรบ้าง อธิบาย
7. เราสามารถที่จะเชื่อมสายแบบ UTP ได้กี่แบบ แต่ละแบบมีจุดประสงค์เพื่ออะไร
8. การสื่อสารแบบไร้สายได้รับความนิยมที่สูงขึ้นมากในปัจจุบัน หากท่านต้องการติดตั้งสายอากาศเพื่อให้
สัญญาณไปยังผู้รับอย่างทั่วถึง ในบริเวณดังต่อไปนี้ ท่านจะใช้สายอากาศประเภทใด พร้อมให้เหตุผล
ประกอบ (ก) ห้องประชุม (ข) ระเบียงยาว
74 บทที่ 10. ช่องสัญญาณ
book)
(partial
only
KKU
รูปที่ 10.15: wiring
บทที่ 11
มัลติเพล็กซิง
book)
การทำงานของ Data Link Layer เพื่อสนับสนุนการสื่อสารระหว่างโนดกับโนด เช่น แบบ point-to-point หรือ
point-to-multipoint เนื่องจากการสื่อสารใน Data Link Layer จะได้รับผลจากสายสัญญาณโดยตรง ทำให้มี
โอกาสเกิดความผิดพลาดค่อนข้างมาก เนื่องจากสัญญาณรบกวนต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้น ดังนั้น ในเลเยอร์นี้ โนดต้อง
รองรับโอกาสที่อาจเกิดขึ้น และการแก้ไขที่จำเป็น เพื่อให้การสื่อสารระหว่างภาครับและภาคส่งมีความถูกต้องและ
(partial
ครบถ้วน แม้ว่ามีความจำเป็นในการส่งใหม่ก็ตาม
การทำงานของ Data Link Layer จะแปลงข้อมูลให้อยู่ในรูปดิจิทัล พร้อมทั้งเพิ่มส่วนของเฮดเดอร์ต่างๆเช่น
MAC address ของภาครับและภาคส่ง และส่วนท้ายเพื่อใช้ในการตรวจสอบความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น ทั้งหมดจะ
อยู่ในรูปของ เฟรม ก่อนส่งต่อไปยัง Physical Layer จากนั้นเมื่อภาครับได้รับเฟรมดังกล่าว จะนำส่วนของเฮดเดอร์
ออก พร้อมทั้งตรวจสอบข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการสื่อสาร ก่อนส่งขึ้นไปในเลเยอร์ถัดไป
only
ในบทนี้จะได้กล่าวถึงรายละเอียดที่สำคัญในหน้าที่ต่างๆ ของ Data Link Layer เช่น การสื่อสารแบบประสาน
เวลา (Synchronous) และแบบไม่ประสานเวลา (Asynchronous) การจัดการเฟรม การทำมัลติเพล็กซิง สวิตชิ่ง
การตรวจสอบข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น รวมถึงการควบคุมการส่งผ่านข้อมูล
KKU
11.1 การส่งข้อมูลแบบไม่ประสานเวลา (Asynchronous) และแบบประสาน
เวลา (Synchronous)
การส่งข้อมูลในเน็ตเวิร์คโดยทั่วไปแล้วสามารถที่จะแบ่งออกได้เป็นสองประเภทคือแบบไม่ประสานเวลา(Asynchronous)
และการส่งข้อมูลแบบประสานเวลา (Synchronous)
แบบไม่ประสานเวลา (Asynchronous): การทำงานแบบไม่ประสานเวลานี้ ในสภาวะปกติช่องสัญญาณจะอยู่
ในสถานะที่ว่าง (idle) เพื่อรอจนกระทั่งได้รับบิตเริ่มต้น (start bit) จะเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดการทำงานของ
ภาครับ ซึ่งในการส่งข้อมูลแต่ละอักขระ จะมีการเพิ่มบิตเริ่มต้น และสิ้นสุด รวมไปถึงบิตเพื่อตรวจสอบความ
ผิดพลาด เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่อาจเกิดขึ้นด้วยการส่งวิธีนี้ ภาคส่งจะส่งขนาดของข้อมูลที่ไม่ยาวเกินไป
และส่งครั้งละอักขระๆละ 5 ถึง 8 บิต เพื่อให้เกิดการประสานเวลาที่ทุกอักขระ
การส่งแบบไม่ประสานเวลาเป็นการส่งที่ค่อนข้างง่ายและถูก แต่จำเป็นต้องใช้ overhead จำนวนค่อน
ข้างสูง ทำให้การส่งไม่เหมาะสมกับการส่งข้อมูลขนาดใหญ่ และพบว่าการส่งแบบประสานเวลาจะให้
ประสิทธิภาพดีกว่า ตัวอย่างการส่งแบบไม่ประสานเวลา เช่น X.25 และ RS-232 เป็นต้น รูปที่ 11.1 แสดง
รูปแบบทั่วไปของสัญญาณแบบไม่ประสานเวลาของการส่งข้อมูลแบบ RS-232
75
76 บทที่ 11. มัลติเพล็กซิง
รูปที่ 11.1: รูปแบบทั่วไปของสัญญาณแบบไม่ประสานเวลา ของการส่งข้อมูลแบบ RS-232
แบบประสานเวลา (Synchronous): การส่งข้อมูลแบบประสานเวลานี้ อุปกรณ์ที่รับส่งข้อมูลจะต้องประสาน
เวลากัน หมายถึงการที่สัญญาณนาฬิกาของระบบจะต้องมีการทำงานพร้อมกัน สัญญาณนาฬิกานี้จะให้
บริการกับอุปกรณ์หลักต่างๆในเน็ตเวิร์ค โดยที่ภาครับจะใช้สัญญาณนาฬิกานี้ในการระบุขอบเขตของเฟรม
ที่รับได้ เนื่องจากความจำเป็นในการประสานเวลาระหว่างเครื่องรับและเครื่องส่ง การทำงานแบบประสาน
book)
เวลาจะทำได้ดีในระยะทางที่ไม่ไกลมาก เพราะอาจทำให้เกิดความผิดพลาดของสัญญาณนาฬิกา แนวทาง
หนึ่งในการแก้ปัญหาคือ การส่งสัญญาณนาฬิการ่วมกับการส่งของข้อมูล (embed the clocking) เช่นใน
ระบบดิจิทัลโดยการส่งข้อมูลแบบแมนเชสเตอร์ หรือ ในระบบแอนะล็อกทำโดยการดูจากเฟสของคลื่นพาห์
(carrier) เป็นต้น
(partial
เพื่อให้ทราบถึงจุดเริ่มต้นของข้อมูลในการส่งแบบประสานเวลา ภาคส่งจะเพิ่มส่วนเริ่มต้นและสิ้นสุดชุด
ข้อมูลที่จะส่ง แทนที่จะเป็นการเพิ่มให้แต่ละอักขระเหมือนในการส่งแบบไม่ประสานเวลา โดยทั่วไปจะเป็น
flag ขนาด 8 บิตหรือ 1 ไบต์ เมื่อภาครับได้รับข้อมูล ภาครับจะตรวจสอบหา flag นี้ เพื่อระบุการเริ่มต้นของ
ข้อมูลและจุดสิ้นสุดของข้อมูล ระหว่าง flag นี้อาจมีข้อมูลต่างๆเช่น หมายเลขลำดับของข้อมูล หรือบิตเพื่อ
ตรวจสอบความผิดพลาดต่างๆ เป็นต้น ตัวอย่างการส่งแบบประสานเวลา ได้แก่ T-1 และโซเน็ต (SONET)
only
เป็นต้น รูปที่ 11.2 แสดงรูปแบบทั่วไปของสัญญาณแบบประสานเวลา
KKU รูปที่ 11.2: รูปแบบทั่วไปของสัญญาณแบบประสานเวลา
นอกจากนี้โดยทั่วไปการสื่อสารแบบประสานเวลา เรายังสามารถแบ่งได้เป็นแบบ Characteroriented และ
Bitoriented
• Characteroriented เป็นการสื่อสารโดยการใส่อักขระพิเศษที่ไบต์เริ่มต้น และสิ้นสุดของข้อมูล หรือในที่
นี้คือ flag ระบุที่ไบต์แรก และสุดท้ายของเฟรม อย่างไรก็ตามปัญหาที่เกิดขึ้น เราไม่สามารถหลีกเลี่ยงกรณี
ของการส่งไบต์ของข้อมูล ที่มีค่าเดียวกับอักขระพิเศษนี้ได้ ดังนั้นเพื่อแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้น จึงจำเป็นต้อง
มีการทำงาน เรียกว่า bytestuffing เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว
วิธี Byte stuffing เป็นการแทรกข้อมูลที่เป็นไบต์เข้าในข้อมูล ด้วยการแทรกไบต์ ESC เข้าไปในข้อมูลที่จะ
ส่ง เมื่อพบว่าข้อมูลที่จะส่งนั้นเป็นไบต์เดียวกับไบต์เริ่มต้นและไบต์สิ้นสุดของฟรม สมมุติให้เราใช้ Flag ไบต์
เพื่อใช้ระบุจุดเริ่มต้นและสิ้นสุดเฟรม ดังนั้นหากพบว่าข้อมูลที่จะส่งมีไบต์ Flag อยู่ภายใน ไบต์ ESC ถูก
แทรกที่ก่อนหน้าไบต์ Flag ที่เกิดขึ้นทุกครั้ง และเมื่อภาครับพบว่ามีไบต์ ESC อยู่ภายในข้อมูลที่ได้รับ ภาค
รับจะกำจัดไบต์ ESC ทิ้งไป รูปที่ 11.3 แสดงรูปแบบทั่วไปของเฟรมที่ส่งในช่องสัญญาณ ประกอบด้วย Flag
ที่จุดเริ่มต้นและสิ้นสุดของเฟรม
11.1. การส่งข้อมูลแบบไม่ประสานเวลา (ASYNCHRONOUS) และแบบประสานเวลา (SYNCHRONOUS) 77
รูปที่ 11.3: รูปแบบเฟรมทั่วไปของ Byte Stuffing
สมมุติว่าเรามีข้อมูลที่จะส่งดังแสดงในรูปที่ 11.4 เนื่องจากข้อมูลที่จะส่งมีไบต์ Flag ด้วย ดังนั้นเพื่อให้ภาค
รับทำงานถูกต้อง ก่อนส่งไบต์ ESC จะถูกแทรกก่อนหน้า Flag (ESC-Flag) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อมูลที่
ส่งอาจมีข้อมูลเป็น ESC เช่นกัน การกำจัดไบต์ ESC ของภาครับอาจทำงานไม่ถูกต้อง หากไบต์ที่ตามมาจาก
ESC ไม่ใช่ Flag (ESC-Flag) ดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น ภาคส่งจึงแทรกไบต์ ESC ก่อน
หน้าไบต์ ESC (ESC-ESC) อีกหนึ่งไบต์ รูปที่ 11.4 แสดงตัวอย่างการแทรกไบต์ ESC ที่หน้าไบต์ Flag และ
ESC
book)
รูปที่ 11.4: ตัวอย่างข้อมูลที่จะส่งและเฟรมที่ได้หลังการทำ Byte Stuffing
(partial
ในส่วนของภาครับเมื่อได้รับเฟรม จะตรวจสอบเฟรมที่ได้รับ หากพบว่าเฟรมที่ได้รับมี ESC จะดึงออกจาก
เฟรม เพื่อให้ได้ข้อมูลที่ถูกต้อง รูปที่ 11.5 แสดงเฟรมที่ได้รับและข้อมูลหลังจากกำจัด ESC ออกไป
only
รูปที่ 11.5: ตัวอย่างเฟรมที่รับได้ และข้อมูลหลังจากกำจัด ESC ออกไป
KKU
• Bitoriented การทำงานของ Bit-oriented จะมีลักษณะเดียวกับ Character-oriented แต่จะเป็นการ
ทำงานในลักษณะของบิตแทน โดยการเพิ่มค่า 01111110 ที่เริ่มต้นและสิ้นสุดของเฟรม อย่างไรก็ตามปัญหา
การที่ข้อมูลที่ส่งอาจมีค่าเดียวกับค่าบิตที่เพิ่มเข้ามานี้อาจเกิดขึ้นเช่นเดียวกับกรณีของCharacter-oriented
การแก้ปัญหาในกรณีนี้จะใช้วิธีที่เรียกว่า bitstuffing
การทำงานของ Bit stuffing มีลักษณะคล้ายกับการทำงานของ Byte stuffing แต่ Bit stuffing จะทำงาน
ในลักษณะที่เป็นบิต โดยส่วนของจุดเริ่มต้นและสิ้นสุดเฟรมจะเป็น 01111110 ดังนั้นเราจะได้รูปแบบของ
เฟรมดังแสดงในรูปที่ 11.6
รูปที่ 11.6: รูปแบบเฟรมทั่วไปของ Bit Stuffing
การทำงานของ bit stuffing จะตรวจสอบบิตของข้อมูล หากพบว่ามีบิตที่เป็นหนึ่ง (1) มีจำนวนติดต่อกัน
มากกว่า 5 บิต ภาคส่งจะแทรกบิตศูนย์ (0) เข้าไปหนึ่งบิต เพื่อป้องกันไม่ให้ข้อมูลที่จะส่งเป็น 01111110
รูปที่ 11.7 แสดงตัวอย่างของข้อมูลที่จะส่งและเฟรมที่ได้หลังการทำ Bit Stuffing
78 บทที่ 11. มัลติเพล็กซิง
รูปที่ 11.7: ตัวอย่างข้อมูลที่จะส่ง และเฟรมที่ได้หลังการทำ Bit Stuffing
ในทำนองเดียวกัน ณ ภาครับ เมื่อพบว่ามีจำนวนบิตของหนึ่งติดต่อกันจำนวน 5 บิตยกเว้นที่จุดเริ่มต้นและ
สิ้นสุดเฟรม ภาครับจะนำบิตศูนย์ (0) ที่ตามมาออก เพื่อให้ได้ข้อมูลที่แท้จริง รูปที่ 11.8 แสดงเฟรมที่ภาค
รับและข้อมูลหลังการนำบิต 0 ที่แทรกเข้าไปออก
book)
รูปที่ 11.8: ตัวอย่างเฟรมที่รับได้ และข้อมูลภายในเฟรม
(partial
11.2 มัลติเพล็กซิง (Multiplexing)
การทำมัลติเพล็กซ์เป็นการจัดการในการใช้ทรัพยากรร่วมกัน เพื่อประสิทธิภาพของการใช้สูงสุด โดยทรัพยากรที่
กล่าวถึงในที่นี้ก็คือแบนด์วิดท์มีหน่วยเป็นเฮิร์ต (Hz) ในการส่งแบบแอนะล็อก และมีหน่วยเป็นบิตต่อวินาที (bps) ใน
การส่งแบบดิจิทัล การทำมัลติเพล็กซ์เป็นการแบ่งช่องสัญญาณออกเป็นส่วนย่อย การทำมัลติเพล็กซ์พื้นฐานทำได้ใน
only
สามรูปแบบ ได้แก่ เชิงความถี่ Frequency Division Multiplexing (FDM) ความยาวคลื่น WavelengthDivision
Multiplexing (WDM) และเชิงเวลา Time Division Multiplexing (TDM)
KKU
11.2.1 การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ (Frequency-Division Multiplexing)
การทำมัลติเพล็กซ์แบบการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่ (Frequency-Division Multiplexing, FDM) เป็นการแบ่ง
ช่วงความถี่ทั้งหมดออกเป็นส่วนย่อย เพื่อจัดสรรแต่ละส่วนให้กับผู้ใช้แต่ละคน โดยที่ผู้ใช้จะมอดูเลต (modulate)
สัญญาณไปยังช่วงความถี่ที่ตนได้รับการจัดสรร จากนั้นทั้งหมดจะถูกมัลติเพล็กซ์เข้าด้วยกัน เพื่อส่งเข้าในช่อง
สัญญาณไปยังภาครับเมื่อภาครับได้รับสัญญาณดังกล่าวจะแยกสัญญาณมัลติเพล็กซ์และส่งข้อมูลไปยังช่องสัญญาณ
ที่เหมาะสม รูปที่ 11.9 แสดงตัวอย่างการมัลติเพล็กซ์สัญญาณเสียงรวมกันเพื่อส่งเข้ายังช่องสัญญาณขนาด 16 KHz
โดยผู้ใช้แต่ละคนจะใช้ช่องสัญญาณขนาด 4 KHz
รูปที่ 11.9: ตัวอย่างการทำงานของ FDM
11.2. มัลติเพล็กซิง (MULTIPLEXING) 79
11.2.2 การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (Wavelength-Division Multiplexing)
นอกจากการมัลติเพล็กซ์เชิงความถี่ดังที่กล่าวไปแล้ว การสื่อสารเชิงแสงหรือ Optical Communication จะอ้างอิง
ถึงการใช้ความยาวคลื่น (wavelength) ที่แตกต่างกันเพื่อใช้ในการส่งข้อมูล โดยทั่วไป การสื่อสารเชิงแสงเป็นการ
เชื่อมแบบจุดต่อจุด โดยอาศัยเส้นใยแก้วนำแสง ปัจจุบันเนื่องจากเทคโนโลยีที่ดีขึ้น การกำเนิดสัญญาณสามารถทำ
ด้วยเลเซอร์ไดโอด ทำให้การส่งสามารถใช้สเป็กตรัมความถี่ที่แคบลง (narrow frequency spectrum) ดังนั้นหาก
ใช้งานต้นกำเนิดสัญญาณที่มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน จะทำให้สามารถส่งสัญญาณแสงไปพร้อมกันภายในช่อง
สัญญาณเดียว ซึ่งเป็นหลักการทำงานของ WDM ดังแสดงในรูปที่ 11.10 หากความยาวคลื่นใกล้ระดับ 1 nm หรือ
น้อยกว่าเราจะเรียกว่า dense WDM[12] ซึ่งเราจะไม่ขอกล่าวถึงในที่นี้
book)
รูปที่ 11.10: หลักการทำงานมัลติเพล็กซิงแบบ WDM (รูปจาก [14])
(partial
11.2.3 การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลา (Time Division Multiplexing)
แม้ว่าการทำมัลติเพล็กซ์แบบ WDM สามารถสนับสนุนความต้องการของการส่งข้อมูลขนาดใหญ่ได้ แต่ไม่สามารถ
only
ตอบสนองความต้องการของผู้ใช้บนสายโทรศัพท์หรือสายทองแดงได้ เนื่องจากรองรับการสื่อสารบนใยแก้วนำแสง
เท่านั้น การมัลติเพล็กซ์แบบ FDM สามารถรองรับการสื่อสารบนสายทองแดงได้ แต่ต้องเป็นการสื่อสารระบบแอนะ
ล็อก ทำให้ไม่สะดวกต่อการใช้ในระบบคอมพิวเตอร์ ดังนั้นการใช้มัลติเพล็กซ์แบบ TDM จึงได้รับความนิยมมากกว่า
เนื่องจากสามารถทำงานได้ด้วยระบบที่เป็นดิจิทัลทั้งระบบ แต่ต้องเป็นดิจิทัลเท่านั้น ซึ่งเป็นข้อจำกัดของการทำ
KKU
มัลติเพล็กซ์ของ TDM
การทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM จะแตกต่างกับแบบ FDM โดยสิ้นเชิง การทำมัลติเพล็กซ์แบบ FDM เป็นการใช้
ช่องสัญญาณร่วมกันจากการที่แบ่งช่องสัญญาณเป็นส่วนๆ แต่การทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM ผู้ใช้สามารถใช้งานทั้ง
ช่องสัญญาณจากการแบ่งช่วงเวลากันใช้ หากเปรียบเทียบกับการใช้ห้องเรียน การทำมัลติเพล็กซ์แบบ FDM เปรียบ
เสมือนเราแบ่งห้องเรียนออกเป็นห้องเล็กๆหลายห้อง โดยทุกคนเข้ามาใช้ในห้องของตนเอง แต่การทำมัลติเพล็กซ์
แบบ TDM เปรียบได้กับการที่ทุกคนสามารถจะใช้ห้องเต็มห้องได้ตามเวลาที่กำหนด รูปที่ 11.11 แสดงการทำงาน
พื้นฐานของระบบ TDM โดยที่มีผู้ใช้จำนวน 3 คน (1, 2, และ 3) ใช้ช่องสัญญาณร่วมกัน
รูปที่ 11.11: หลักการทำงานมัลติเพล็กซิงแบบ TDM
การส่งข้อมูลการทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM ข้อมูลของแต่ละช่องสัญญาณจะถูกแบ่งออกเป็นสล็อต (slot) โดย
แต่ละสล็อตอาจจะเป็นหนื่งบิต หนึ่งตัวอักษร หรือหนึ่งบล็อค (block) ของข้อมูล จากนั้นข้อมูลจะถูกมัลติเพล็กซ์
80 บทที่ 11. มัลติเพล็กซิง
รวมกันเป็นเฟรม สมมุติให้มีขาเข้าเป็น n ช่อง และแต่ละเฟรมจะประกอบด้วย n สล็อต โดยแต่ละสล็อตถูกกำหนด
ให้กับแต่ละช่อง หากแต่ละเฟรมใช้เวลา T จะทำให้แต่ละสล็อตเป็น T/n จะเห็นว่าความเร็วขาออกของข้อมูลต้อง
เร็วเป็น n เท่าของข้อมูลขาเข้า เพื่อสามารถรองรับการส่งของข้อมูลได้ รูปที่ 11.12 แสดงหลักการทำงานของการ
ทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM
book)
รูปที่ 11.12: หลักการทำงาน TDM แบบ ซิงโครไนเซชัน
(partial
การทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM ไม่ง่ายอย่างการทำมัลติเพล็กซ์แบบ FDM เนื่องจากภาคส่งและภาครับต้องทำ
การซิงโครไนซ์กันอย่างถูกต้อง ความผิดพลาดของการทำซิงโครไนเซชัน อาจทำให้ภาครับได้รับข้อมูลจากช่องข้อมูล
อื่นได้ ดังนั้นเพื่อแก้ปัญหานี้ แต่ละเฟรมจะเพิ่มบิตเข้าไปในแต่ละเฟรม โดยบิตที่เพิ่มเข้าไปนี้ เรียกว่า เฟรมบิต การ
ใช้เฟรมบิตนี้ ทำให้ภาครับสามารถแยกข้อมูลที่เข้ามาได้ถูกต้อง รูปที่ 11.13 แสดงการใช้หนึ่งบิตเพื่อซิงโครไนเซชัน
only
โดยมีการสลับระหว่างบิต 0 และบิต 1 เสมือนลำดับของเฟรม
KKU รูปที่ 11.13: การทำงานของเฟรมบิต
แม้ว่าการทำงานของการทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM จะเป็นระบบดิจิทัล แต่การทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM
สามารถรองรับการส่งข้อมูลแบบแอนะล็อก เช่นในระบบการโทรศัพท์ โดยอาศัยการผ่านอุปกรณ์แปลงจากแบบ
แอนะล็อกเป็นแบบดิจิทัลก่อน เพื่อทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM ต่อไป เช่น การสื่อสารระบบ T lines ที่ถูกออกแบบ
เพื่อใช้ในการสื่อสารข้อมูลแบบดิจิทัล เสียง และภาพเคลื่อนไหว (video) รูปที่ 11.14 แสดงตัวอย่างการส่งข้อมูล
แบบแอนะล็อกด้วยการทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM บนสายส่ง T-1 โดยแต่ละเฟรมประกอบด้วย 24 ช่องสัญญาณ
และอีกหนึ่งบิตสำหรับการทำซิงโครไนเซชัน ทำให้ข้อมูลในแต่ละเฟรมมีขนาดเท่ากับ 193 บิต โดย T-1 สามารถ
รองรับจำนวน 8000 เฟรม ทำให้ได้ความเร็ว (data rate) ที่ 193x8000 = 1.544 Mbps
การทำมัลติเพล็กซ์แบบ TDM ที่เราศึกษานั้นเรียกอีกอย่างว่า Synchronous TDM โดยที่แต่ละช่องสัญญาณจะ
ถูกกำหนดในแต่ละสล็อตที่แน่นอน ผลจากการทำงานดังกล่าว จะเห็นว่าหากมีช่องใดช่องหนึ่งไม่มีการส่งข้อมูล จะ
ทำให้การใช้แบนด์วิดท์เป็นไปอย่างไม่มีประสิทธิภาพ เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว การทำ Statistical TDM จะมีการ
กำหนดสล็อตให้แต่ละช่องก็ต่อเมื่อมีข้อมูลที่จะส่งเท่านั้น โดยจำนวนสล็อตจะมีน้อยกว่าช่องสัญญาณขาเข้า แต่ละ
ช่องสัญญาณจะถูกตรวจสอบว่ามีข้อมูลที่จะส่งหรือไม่แบบ Round-robin หากพบว่ามีข้อมูลที่จะส่ง ช่องสัญญาณ
นั้นจะได้รับการกำหนดสล็อต มิฉะนั้นจะถูกข้ามไป
เนื่องจากการทำงานใน Statistical TDM ไม่มีการกำหนดช่องสัญญาณไว้ล่วงหน้าเช่นเดียวกับ Synchronous
TDM ดังนั้นเพื่อให้การส่งข้อมูลจากต้นทางไปยังปลายทางได้อย่างถูกต้อง แต่ละสล็อตใน Statistical TDM จำเป็น
11.2. มัลติเพล็กซิง (MULTIPLEXING) 81
book)
(partial
รูปที่ 11.14: หลักการทำงานของเฟรม T1
only
KKU
รูปที่ 11.15: เปรียบเทียบการทำงานของ TDM แบบ (a) ซิงโครไนเซชันและ (b) Statistical
82 บทที่ 11. มัลติเพล็กซิง
ต้องมีการกำหนดแอดเดรสของข้อมูล จะเห็นได้จากรูปที่ 11.15 ในแต่ละเฟรมใน Statistical TDM ทุกสล็อตของ
ข้อมูลจะมีแอดเดรสจากต้นทาง (A, B, C หรือ D) ที่เฮดเดอร์ก่อนที่จะถูกมัลติเพล็กซ์เพื่อให้เป็นเฟรมต่อไป
book)
(partial
only รูปที่ 11.16: byte stuffing
KKU
บทที่ 12
การควบคุมความผิดพลาด
book)
การควบคุมความผิดพลาด หรือ Error control เป็นวิธีการที่อนุญาตให้ภาครับแจ้งข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นระหว่างการ
ส่งข้อมูล เช่นความผิดพลาดของข้อมูลระหว่างส่ง ลำดับของข้อมูลผิดพลาด และการสูญหายของเฟรม การทำงาน
ของการควบคุมความผิดพลาดเพื่อให้ภาคส่งทราบถึงสถานะ และส่งเฟรมออกมาใหม่ ซึ่งการทำงานของการควบคุม
ความผิดพลาดจะทำงานร่วมกับการตรวจจับความผิดพลาด (error detection) หากเฟรมที่ได้รับไม่มีความผิด
(partial
พลาดใดๆเกิดขึ้น ภาครับจะส่ง Acknowledgment (ACK) กลับ ในทางตรงข้ามในบางอัลกอริทึมอาจใช้ negative
acknowledgment (NAK) เพื่อแสดงถึงความผิดพลาดที่เกิดขึ้นกับเฟรม วิธีการที่ใช้ในที่นี้เรียกว่า Automatic
Repeat reQuest (ARQ) ซึ่งได้กำหนดมาตรฐานการทำงานไว้สามแบบคือ stopandwait ARQ, gobackN
ARQ และ selective repeat ARQ โดยที่ในการทำงานของสองแบบหลัง จำนวนของเฟรมที่สามารถส่งจากต้นทาง
ได้ จะขึ้นอยู่กับขนาดของ Window size (W) แต่ใน stop-and-wait ARQ จะสามารถส่งได้ที่ละหนึ่งเฟรม (W=1)
only
เท่านั้น ดังจะกล่าวในรายละเอียดต่อไป อย่างไรก็ตาม ในที่นี้เราจะกล่าวถึงการใช้ ACK เท่านั้น เนื่องจากเป็นวิธีที่ได้
รับการยอมรับมากกว่า และมีการใช้งานในเลเยอร์ถัดไปใน Transmission Control Protocol (TCP)
KKU
12.1 Stop-and-wait ARQ
การทำงานของ stop-and-wait ARQ ภาคส่งจะส่งเฟรมออกไป หลังจากที่ได้สำเนาข้อมูลไว้แล้ว โดยเฟรมที่ส่งออก
ไปจะให้เริ่มต้นที่หมายเลข 0 หลังจากนั้นจะรอจนกระทั่งได้รับ ACK ของเฟรมที่ส่งไป ในที่นี้เป็น ACK0 แสดงถึงการ
ได้รับเฟรมหมายเลข 0 ถ้าหากภาคส่งไม่ได้รับ ACK0 ก่อนที่จะหมดเวลาที่กำหนด ภาคส่งจะส่งเฟรมหมายเลข 0
ออกไปใหม่ แต่หากด้านส่งได้รับ ACK0 ก่อนที่จะหมดเวลาที่กำหนด ด้านส่งจะลบข้อมูลที่เก็บไว้ทิ้ง หลังจากนี้ภาค
ส่งพร้อมที่จะส่งเฟรม ถัดไปซึ่งจะกำหนดให้เป็นหมายเลข 1 โดยในที่นี้ ภาคส่งจะส่งเฟรม ออกไปโดยสลับระหว่าง
หมายเลข 0 และ 1 รูปที่ 12.1 แสดงการทำงานของ Stop-and-wait ARQ สิ่งที่ต้องยํ้าในที่นี้คือการส่งเฟรมออกไป
ทุกครั้ง จะมีการกำหนดเวลาที่เฟรมนั้นสามารถอยู่ในระบบได้ หากเวลาสิ้นสุดลง ไม่ว่าเกิดจากสาเหตุใดเราเรียกว่า
Timeout
ข้อดีของการทำงานแบบ stop-and-wait ARQ คือความง่ายในการพัฒนาระบบ และต้องการบัฟเฟอร์เพียง
เล็กน้อยเท่านั้น (1 เฟรมเท่านั้น) โดยที่ภาคส่งจะเก็บข้อมูลของเฟรมที่ส่งออกล่าสุดเพียงเฟรมเดียวเท่านั้น ส่วนภาค
รับไม่จำเป็นต้องบัฟเฟอร์ข้อมูลใดๆทั้งสิ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากภาคส่งต้องรอ ACK ก่อนเพื่อสามารถส่งเฟรมถัด
ไปได้ ทำให้ช่องสัญญาณไม่ได้รับการใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพเท่าที่ควร โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเป็นการสื่อสาร
ระยะไกล เช่นการสื่อสารระหว่างสถานีฐานกับดาวเทียม หรือการสื่อสารข้ามประเทศ ที่มีเวลาหน่วงระหว่างภาคส่ง
และภาครับที่สูงมาก
83
84 บทที่ 12. การควบคุมความผิดพลาด
รูปที่ 12.1: การส่งข้อมูลแบบ Stop-and-wait
หากพิจารณาเวลาที่ใช้ทั้งหมดในการส่งเฟรม เราสามารถพิจารณาจากรูปที่ 12.2 ทำให้ได้เวลาทั้งหมดเป็น
book)
12.1
(partial
only
KKU รูปที่ 12.2: เวลาที่ใช้ในการส่งข้อมูลแบบ Stop and Wait
โดยที่ T = T p + 2T prop + 2T proc + T a (12.1)
T = เวลาทั้งหมดที่ใช้ในการส่งข้อมูล
T p = เวลาหน่วงของการส่งข้อมูล
T prop = เวลาหน่วงของ การแพร่กระจายของเฟรม หรือ ACK
T proc = เวลาหน่วงในการประมวลผลของเฟรม หรือ ACK
T a = เวลาหน่วงของการส่งเฟรม ของ ACK
ประสิทธิภาพของโพรโตคอลหากไม่มีการผิดพลาดใดๆเลย
T p
η(0) = (12.2)
T
ถ้าหากให้ p เป็นความน่าจะเป็นที่จะเกิดความผิดพลาดขึ้นของเฟรมข้อมูลหรือเฟรม ACK ระหว่างการส่งข้อมูล และ
เวลาที่ใช้ในการส่งเฟรมข้อมูลและเฟรม ACK เป็น T วินาที และเกิดขึ้นที่ความน่าจะเป็น 1- p ดังนั้นประสิทธิภาพ
12.2. SELECTIVE REPEAT ARQ 85
ของโพรโตคอลสำหรับกรณีการสื่อสารสองทางแบบเต็มอัตรา (full duplex) จะได้เป็น
(1 − p)T p (12.3)
ηFD =
(1 − p)T + pT p
12.2 Selective Repeat ARQ
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งข้อมูลจาก stop-and-wait ARQ การใช้งาน selective repeat ARQ จะส่งเฟรม
ออกไปอย่างต่อเนื่อง ตามขนาดของ Window size (W) (ไม่ได้แสดงในรูป) ดังแสดงในรูปที่ 12.3 โดยสมมุติให้ไม่มี
ความผิดพลาดเกิดขึ้น สังเกตว่าเมื่อภาครับจะเก็บเฟรมที่ส่งแล้วในบัฟเฟอร์ จนกระทั่งได้รับ ACK จึงกำจัดเฟรมนั้น
ทิ้งไป ในภาครับเมื่อได้รับเฟรมและเป็นไปตามลำดับ เฟรมจะถูกส่งขึ้นไปในเลเยอร์ถัดไป อย่างไรก็ตาม ภาครับอาจ
ได้รับเฟรมไม่เป็นไปตามลำดับ ทั้งนี้อาจมาจากสาเหตุต่างๆ เช่นเฟรมแรกอาจเกิดการสูญหายระหว่างส่ง แต่เฟรมที่
book)
สองเดินทางมาอย่างปกติ เป็นต้น
(partial
only
KKU รูปที่ 12.3: การทำงานของ ARQ โดยปราศจากความผิดพลาดใดๆ
รูปที่ 12.4 แสดงตัวอย่างหากเกิดการสูญหายของเฟรมที่ N+1 ในการทำงานของ selective repeat ARQ ภาค
ส่งจะเลือกส่งเฉพาะเฟรมที่สูญหายเท่านั้น โดยภาครับจะจัดเก็บเฟรมที่ได้รับในบัฟเฟอร์ไว้ก่อน เพื่อรอให้ได้รับตาม
ลำดับก่อนที่จะส่งไปในเลเยอร์ถัดไป ทั้งนี้จำนวนของเฟรมที่ถูกเก็บไว้ในบัฟเฟอร์ของภาคส่งและภาครับ จะขึ้นอยู่
กับการออกแบบระบบ เงื่อนไขที่จะทำให้ภาคส่งทำการส่งเฟรมออกมาใหม่ได้แก่ การที่ไม่ได้รับ ACK ของเฟรม และ
การเกิด timeout ของเฟรม
สมมุติให้ระบบมีขนาดของ Window size (W) หรือจำนวนเฟรมในบัฟเฟอร์ที่ภาครับและภาคส่งสามารถเก็บ
ได้ เป็นจำนวน modulo 2W จะได้ ประสิทธิภาพของโพรโตคอลโดยปราศจากการผิดพลาดเป็น
WT p
η(0) = min{ , 1} (12.4)
T
สำหรับกรณีที่ มีค่า W ขนาดใหญ่ และสมมุติให้ความน่าจะเป็นที่จะทำให้เฟรม เกิดการผิดพลาดอยู่ที่ p จะทำให้ได้
ประสิทธิภาพของโพรโตคอลเป็น
η(p) = 1 − p (12.5)
ในขณะที่ WT p คือค่า Timeout
2 + p(W − 1)
η(p) = (12.6)
2 + p(3W − 1)
86 บทที่ 12. การควบคุมความผิดพลาด
book)
รูปที่ 12.4: การทำงานของ Selective Repeat Protocol
(partial
จะเห็นว่า selective repeat ARQ ค่อนข้างจะมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามภาครับและภาคส่งอาจต้องใช้บัฟเฟอร์
จำนวนมาก เพื่อเก็บเฟรมที่ได้รับก่อนที่จะส่งไปเลเยอร์ถัดไป
12.3 Go-Back-N ARQ
จุดประสงค์ของgo-back-NARQจะคล้ายกับ
only selectiverepeatARQคือการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ช่องสัญญาณ
ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น เทียบกับการทำงานใน stop-and-wait ARQ ในการทำงานของ go-back-N ARQ ภาค
รับจะไม่เก็บเฟรมทั้งหมดไว้ โดยจะรอรับเฟรมที่มาตามลำดับเท่านั้น หากเฟรมที่ได้รับไม่มาตามลำดับที่ภาครับ
KKU
ต้องการ ภาครับจะกำจัดเฟรมทิ้งไป และรอจนกระทั่งเฟรมที่ต้องการมาถึง แต่ภาคส่งจะเก็บเฟรมทั้งหมดไว้รอ
จนได้รับ ACK จึงจะกำจัดเฟรมทั้งหมดทิ้งไป ในการทำงานของ go-back-N หากไม่ได้รับการตอบ ACK ในเวลา
ที่กำหนด เฟรมตั้งแต่หมายเลขที่สูญหายจะถูกส่งออกไปทั้งหมด แตกต่างจากการทำงานของ selective-repeat
ARQ ซึ่งจะส่งเฉพาะเฟรมที่เกิดการสูญหายเท่านั้น รูปที่ 12.5 แสดงการทำงานของ go-back-N ARQ
จะเห็นได้ว่า go-back-N ARQ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งาน เมื่อเทียบกับในกรณีของ stop-and-wait
ARQ แต่อย่างไรก็ตาม go-back-N มีประสิทธิภาพด้อยกว่า seletive repeat ARQ และประสิทธิภาพในการส่งแบบ
full-duplex จะได้
1
η = (12.7)
FD p
1 + ( )W
1−p
ตัวอย่าง 12.1 พิจารณาระบบ WLAN ที่มีเวลาหน่วงของการแพร่กระจายอยู่ที่ 4 ไมโครวินาที (μs) โดย WLAN
ทำงานที่อัตราเร็ว 10 Mbps ที่ขนาดของข้อมูลที่ส่งกับขนาดของ ACK อยู่ที่ 400 และ 20 บิตตามลำดับ เวลาที่ใช้
ในการประมวลผลของข้อมูลและ ACK อยู่ที่ 1 ไมโครวินาที (μs) ให้ความน่าจะเป็นที่เฟรม จะเกิดการสูญหายอยู่ที่
0.01 จงหาค่าประสิทธิภาพของโพรโตคอล
1. Stop-and-wait (full duplex)
2. Selective Repeat Protocol มี Window size (W) = 8
3. Go-Back-N มี Window size (W) = 8
12.3. GO-BACK-N ARQ 87
book)
รูปที่ 12.5: การทำงานของ Go-Back-N
400
T p = = 40 μs
10x10 6 (partial
20
T a = = 2 μs
10x10 6
only
T prop = 4 μs
T proc = 1 μs
T = 40 + (2 × 4) + (2 × 1) + 2 = 52 μs
KKU η = (1 − 0.01) × 52 + 0.01 × 40 = 0.763
Stopandwait
(1 − 0.01) × 40
Selective Repeat Protocol
2 + 0.01(8 − 1)
η = = 0.928
2 + 0.01(24 − 1)
GoBackN
1
η = = 0.925
1 + 8( 0.01 )
1−0.01
จากหลักการทำงานของทั้งสามกรณี หากพิจารณาขนาดของบัฟเฟอร์ของภาครับและภาคส่งที่ต้องใช้ ในการ
พัฒนาการทำงานของโพรโตคอลทั้งสาม สมมุติว่าภาคส่งของ seletive repeat ARQ และ go-back-N ARQ
สามารถส่งเฟรมออกไปได้ด้วยขนาด N เฟรม จะได้ขนาดของบัฟเฟอร์ในกรณีต่างๆ มีค่าดังตารางที่ 12.1
88 บทที่ 12. การควบคุมความผิดพลาด
book)
Protocol (partial
Send window Receive window
Stop-and-wait 1 1
Selective repeat N N
only
Go-Back-N N 1
ตารางที่ 12.1: ขนาดของบัฟเฟอร์ที่ใช้ในกรณีของ ARQ แบบต่างๆ
KKU
บทที่ 13
ลักษณะของความผิดพลาดของการสื่อสาร
จากบทที่ 7.1 ได้กล่าวถึงปัจจัยต่างๆที่อาจส่งผลต่อความผิดพลาดของสัญญาณ ทำให้จำเป็นต้องมีแนวทางต่างๆ
เพื่อใช้ในการตรวจสอบ และยืนยันความถูกต้องของข้อมูลที่รับได้ ในหัวข้อนี้เราจะได้กล่าวถึงวิธีการต่างๆที่สามารถ
นำมาใช้และข้อจำกัดในแต่ละวิธี book)
โดยทั่วไปแล้ว หากเราพิจารณาความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น เราสามารถแบ่งความผิดพลาดออกเป็นสองแบบ
(partial
[19] คือ ความผิดพลาดแบบหนึ่งบิต (Bit Error Rate (BER)) และความผิดพลาดแบบเบิรสต์ (Burst Error) หรือ
ลักษณะที่เป็นหลายบิตติดกัน
• ความผิดพลาดแบบหนึ่งบิต หรือ BER (รูปที่ 13.1) เช่นการที่ลอจิก 1 จากภาคส่งเกิดความผิดพลาดทำให้ได้
รับเป็นลอจิก 0 ที่ภาครับ
only รูปที่ 13.1: ความผิดพลาดแบบ 1 บิต
KKU
BER ถูกคำนวณในรูปของค่าความน่าจะเป็น ให้ p คือค่าความน่าจะเป็นของความผิดพลาดของบิตในช่วง
เวลาหนึ่ง เช่น BER เป็น 10 หมายถึงโดยเฉลี่ยจะมีหนึ่งบิตผิดพลาดในช่วงเวลาของการส่งที่ทุกๆ 1000
−3
บิต หรือ
BER = B r
RT m
โดยที่ B r เป็นจำนวนบิตที่เกิดความผิดพลาด R เป็นความเร็วของช่องสัญญาณหน่วยเป็นบิตต่อวินาที และ
T m ช่วงเวลาที่ตรวจจับหน่วยเป็นวินาที
• ความผิดพลาดแบบเบิรสต์ (Burst error) คือการที่มีความผิดพลาดของข้อมูลตั้งแต่ 2 บิตติดกัน
รูปที่ 13.2: ความผิดพลาดแบบเบิรสต์
89
90 บทที่ 13. ลักษณะของความผิดพลาดของการสื่อสาร
เนื่องจากปัจจุบันความเร็วในการส่งข้อมูลค่อนข้างสูงในระดับที่เป็นหนึ่งล้านบิตต่อวินาที (Mbps) หรือพันล้านบิต
ต่อวินาที (Gbps) เช่น สมมุติให้การส่งข้อมูลที่ความเร็ว 10 Mbps หากเกิดสัญญาณรบกวน 1 มิลลิวินาที อาจทำให้
เกิดความผิดพลาดของบิตข้อมูลถึง 10,000 บิต ดังนั้นการเกิดสัญญาณรบกวนมีโอกาสในการเกิดความผิดพลาด
เป็นกลุ่มมากกว่าการเกิดแบบหนึ่งบิต แต่ไม่จำเป็นที่จะทำให้ทุกบิตมีค่าที่ผิดไป เช่นในรูปที่ 13.2 แสดงการเกิด
ความผิดพลาดแบบเบิรสต์ ช่วงของความผิดพลาดนี้นับจากบิตแรกไปยังบิตสุดท้าย จะเห็นว่าไม่ใช่ทุกบิตจะมีค่าที่
เปลี่ยนไป
13.1 การตรวจจับและแก้ไขความผิดพลาด (Error Detection and
Correction)
การตรวจจับความผิดพลาดถือเป็นขั้นตอนสำคัญในการยืนยันความถูกต้องของข้อมูลที่ได้รับ โดยที่
• ภาคส่ง: นำข้อมูลที่มาจากแอพพลิเคชันเข้ารหัสตามรูปแบบหรือเงื่อนไขที่กำหนดในแต่ละโพรโตคอล ก่อน
ที่จะส่งเข้าไปยังช่องสัญญาณ book)
• ภาครับ: เมื่อได้รับข้อมูลที่เข้ามาจากช่องสัญญาณ ภาครับจะตรวจสอบว่ารูปแบบที่รับได้ถูกต้องหรือ
(partial
ไม่ หากข้อมูลที่รับได้ไม่เป็นไปตามที่คาดไว้ จะแจ้งให้ภาคส่งทราบว่ามีความผิดพลาดเกิดขึ้นภายในช่อง
สัญญาณ และกำจัดข้อมูลที่ได้รับ
โดยที่การตรวจสอบข้อผิดพลาดอาจแบ่งได้เป็นสองแบบ [19] คือ
only
1. Forward Error Control (FEC) ข้อมูลที่ส่งจะประกอบด้วยข้อมูลที่เพิ่มเติม (ข้อมูลเพื่อการแก้ไขหรือข้อ
มูลซํ้า) เพื่อให้ภาครับสามารถแก้ไขที่ผิดพลาดได้ในตำแหน่งที่ถูกต้อง หากพบว่ามีความผิดพลาดเกิดขึ้น
กรณีนี้ภาครับสามารถแก้ไขความผิดพลาดได้ด้วยตนเอง จากข้อมูลที่ส่งเพิ่มเติมมา ทำให้ overhead ของ
FEC จะค่อนข้างสูง
KKU
2. Feedback (backward) error control: ข้อมูลที่ส่งจะถูกส่งพร้อมกับข้อมูลเพื่อใช้ในการตรวจหาข้อ
ผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็ก 8, 16 หรือ 32 บิต จะสามารถใช้เพื่อการตรวจจับความ
ผิดพลาดได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถใช้ในการแก้ไขให้ถูกต้องได้ ทำให้ภาครับต้องร้องขอจากภาคส่งเพื่อให้ส่ง
ข้อมูลมาใหม่
ในทางปฏิบัติ การใช้งานของ FEC ไม่เป็นที่นิยมเท่าใดนัก เนื่องจากแพกเกตหรือเฟรมที่จะส่งมีขนาดใหญ่ขึ้น
มาก เมื่อต้องการส่งข้อมูลขนาดใหญ่ ยกเว้นกรณีการส่งที่มีเวลาหน่วงการแพร่กระจาย (propagation delay) ที่สูง
เช่นการสื่อสารข้อมูลผ่านดาวเทียม
13.1.1 การตรวจจับแบบหนึ่งบิตพาริตี (Single Parity Check)
การตรวจสอบแบบหนึ่งบิตพาริตีถือว่าเป็นการตรวจสอบที่ง่ายที่สุด หลักการคือการเพิ่มข้อมูลขนาดหนึ่งบิตจาก
ข้อมูลที่ต้องการตรวจสอบ เพื่อให้ได้ข้อมูลเป็น even (คู่) หรือ odd (คี่) ของบิต 1 ตามที่ต้องการ ด้านรับนับจำนวน
ของบิต 1 ในข้อมูลที่ได้รับ เพื่อตรวจสอบว่าเป็น even หรือ odd ตามที่กำหนดหรือไม่ หากไม่แสดงว่าข้อมูลที่รับมี
ความผิดพลาดเกิดขึ้น
การตรวจสอบด้วยการใช้หนึ่งบิตพาริตีสามารถตรวจจับได้ในกรณีที่เกิดความผิดพลาดขึ้นเป็นจำนวนคี่เท่านั้น
หากเกิดขึ้นเป็นจำนวนคู่จะไม่สามารถตรวจพบได้ เช่น ข้อมูล 010111011 ใช้การตรวจสอบที่เป็นแบบ even หาก
13.1. การตรวจจับและแก้ไขความผิดพลาด (ERROR DETECTION AND CORRECTION) 91
ภาครับได้รับเป็น 010101011 (เกิดความผิดพลาดจำนวน 1 บิต) ในกรณีภาครับสามารถตรวจจับความผิดพลาดที่
เกิดขึ้นได้ เนื่องจากสิ่งที่รับได้เป็นแบบ odd แต่หากภาครับได้เป็น 01010101 (เกิดความผิดพลาดจำนวน 2 บิต) จะ
เห็นว่าเป็นแบบ even ตามเงื่อนไขของการตรวจสอบ ทำให้การตรวจสอบด้วยการใช้แบบหนึ่งบิตพาริตีไม่สามารถ
ตรวจจับได้
เนื่องจากการใช้พาริตีสามารถทำได้โดยไม่จำเป็นต้องมีการจัดเก็บข้อมูล สามารถคำนวณค่าได้ในระหว่างการ
ส่งและรับข้อมูลแบบทันที (on-the-fly) ทำให้ไม่เกิดเวลาหน่วง อย่างไรก็ตาม การใช้พาริตีเหมาะสำหรับระบบที่
มีความผิดพลาดที่ตํ่า และหากเกิดความผิดพลาดจริง จะไม่มีผลรุนแรงกับระบบโดยรวม เนื่องจากการใช้พาริตีบิต
ค่อนข้างมีประสิทธิภาพตํ่าในการตรวจสอบความผิดพลาด[24]
13.1.2 การตรวจจับแบบพาริตีสองมิติ (Two-Dimensional Parity Checks)
book)
เพื่อให้การตรวจจับมีประสิทธิภาพมากขึ้น การใช้การตรวจจับแบบพาริตีสองมิติ (Two-Dimensional Parity
Checks) เป็นวิธีหนึ่งในการแก้ปัญหาของการตรวจสอบความผิดพลาดที่มากกว่าหนึ่งบิตของข้อมูล รูปที่ 13.3
การใช้การตรวจจับแบบพาริตีสองมิติ ด้วยการเพิ่มคอลัมน์สุดท้ายของแต่ละแถวและแถวล่างสุดใต้ข้อมูล คอลัมน์
สุดท้ายของแต่ละแถวเป็นค่าบิตที่ใช้ในการตรวจสอบของแถวนั้นๆ และ แถวล่างสุดใต้ข้อมูลจะเป็นบิตตรวจสอบ
(partial
ของในแต่ละคอลัมน์
การใช้การตรวจจับแบบพาริตีสองมิติ สามารถที่จะตรวจสอบและแก้ไขกรณีของการผิดพลาดแบบหนึ่งบิตได้
ทุกกรณี โดยดูจากจุดตัดระหว่างแถวและคอลัมน์ที่มีค่าของพาริตีที่ผิดไป แต่ความผิดพลาดตั้งแต่สองบิตขึ้นไป การ
ใช้การตรวจจับแบบพาริตีสองมิติ สามารถที่จะตรวจจับได้ แต่ไม่สามารถที่จะแก้ไขได้
only
KKU รูปที่ 13.3: การตรวจสอบข้อผิดพลาดโดยใช้พาริตีบิตแบบสองมิติ
รูปที่ 13.4 เป็นตัวอย่างการตรวจสอบหาความผิดพลาดแบบพาริตีสองมิติในกรณี 1 ถึง 4 บิต รูปที่ 13.4 (a)
เป็นการผิดพลาดแบบหนึ่งบิต สามารถตรวจสอบและแก้ไขได้ทุกกรณี ในกรณี (b)-(d) เป็นการผิดพลาดตั้งแต่สอง
บิตขึ้นไป จะเห็นว่าทั้งสามกรณีสามารถตรวจจับความผิดพลาดได้ แต่ไม่สามารถแก้ไขได้ถูกต้อง ยกเว้นกรณีที่มี
ความผิดพลาดแบบ 4 บิตเป็นรูปสี่เหลี่ยมพอดี จะไม่สามารถตรวจสอบหาความผิดพลาดได้ (รูปที่ 13.4 (d))
13.1.3 Checksum
ในการใช้ Checksum ข้อมูลที่จะส่งจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนๆ แต่ละส่วนมีขนาดเป็น n บิต (8 หรือ 16 บิตเป็นต้น)
จากนั้นนำแต่ละบิตบวกกันเพื่อคำนวณหาค่า Checksum ซึ่งค่าที่หาได้จะถูกส่งไปกับข้อมูลที่ส่ง เมื่อภาครับได้รับ
ข้อมูล ภาครับจะแบ่งข้อมูลเป็นส่วนๆเช่นเดียวกับภาคส่ง เพื่อคำนวณค่า Checksum หากค่าคำนวณได้ตรงกับค่า
ของ Checksum ที่ได้รับจากภาคส่ง แสดงว่าข้อมูลมีความถูกต้อง มิฉะนั้นจะถือว่าข้อมูลที่ได้รับผิดพลาด อาจต้อง
ร้องขอให้ภาคส่ง ส่งออกมาใหม่
The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search