เครือข่ายคอมพิวเตอร์

เครือข่ายคอมพิวเตอร์ หรือ คอมพิวเตอร์เน็ตเวิร์ก (อังกฤษ: computer network; ศัพท์บัญญัติว่า ข่ายงานคอมพิวเตอร์) คือเครือข่ายการสื่อสารโทรคมนาคมระหว่างคอมพิวเตอร์จำนวนตั้งแต่สองเครื่องขึ้นไปสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกันได้ การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ต่าง ๆ ในเครือข่าย (โหนดเครือข่าย) จะใช้สื่อที่เป็นสายเคเบิลหรือสื่อไร้สาย เครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่รู้จักกันดีคือ อินเทอร์เน็ต การที่ระบบเครือข่ายมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในปัจจุบัน เพราะมีการใช้งานคอมพิวเตอร์อย่างแพร่หลาย จึงเกิดความต้องการที่จะเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เหล่านั้นถึงกัน เพื่อเพิ่มความสามารถของระบบให้สูงขึ้น และลดต้นทุนของระบบโดยรวมลง การโอนย้ายข้อมูลระหว่างกันในเครือข่าย ทำให้ระบบมีขีดความสามารถเพิ่มมากขึ้น การแบ่งการใช้ทรัพยากร เช่น หน่วยประมวลผล, หน่วยความจำ, หน่วยจัดเก็บข้อมูล, โปรแกรมคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่มีราคาแพงและไม่สามารถจัดหามาให้ทุกคนได้ เช่น เครื่องพิมพ์ เครื่องกราดภาพ (scanner) ทำให้ลดต้นทุนของระบบลงได้ อุปกรณ์เครือข่ายที่สร้างข้อมูล, ส่งมาตามเส้นทางและบรรจบข้อมูลจะเรียกว่าโหนดเครือข่าย โหนดประกอบด้วยโฮสต์เช่นเซิร์ฟเวอร์, คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและฮาร์ดแวร์ของระบบเครือข่าย อุปกรณ์สองตัวจะกล่าวว่าเป็นเครือข่ายได้ก็ต่อเมื่อกระบวนการในเครื่องหนึ่งสามารถที่จะแลกเปลี่ยนข้อมูลกับกระบวนการในอีกอุปกรณ์หนึ่งได้ เครือข่ายจะสนับสนุนแอปพลิเคชันเช่นการเข้าถึงเวิลด์ไวด์เว็บ, การใช้งานร่วมกันของแอปพลิเคชัน, การใช้เซิร์ฟเวอร์สำหรับเก็บข้อมูลร่วมกัน, การใช้เครื่องพิมพ์และเครื่องแฟ็กซ์ร่วมกันและการใช้อีเมลและโปรแกรมส่งข้อความโต้ตอบแบบทันทีร่วมกัน สื่อกลางการสื่อสารที่ใช้ในการเชื่อมโยงอุปกรณ์เพื่อสร้างเป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยสายเคเบิลไฟฟ้า (HomePNA, สายไฟฟ้าสื่อสาร, G.hn), ใยแก้วนำแสง และคลื่นวิทยุ (เครือข่ายไร้สาย) ในโมเดล OSI สื่อเหล่านี้จะถูกกำหนดให้อยู่ในเลเยอร์ที่ 1 และที่ 2 หรือชั้นกายภาพและชั้นเชื่อมโยงข้อมูล ครอบครัวของสื่อการสื่อสารที่ถูกพัฒนาอย่างกว้างขวางและถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีเครือข่ายท้องถิ่น (LAN) เรียกว่า อีเธอร์เน็ต มาตรฐานของสื่อกลางและของโพรโทคอลที่ช่วยในการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ในเครือข่ายอีเธอร์เน็ตถูกกำหนดโดยมาตรฐาน IEEE 802 อีเธอร์เน็ตในโลกไซเบอร์มีทั้งเทคโนโลยีของ LAN แบบใช้สายและแบบไร้สาย อุปกรณ์ของ LAN แบบใช้สายจะส่งสัญญาณผ่านสื่อกลางที่เป็นสายเคเบิล อุปกรณ์ LAN ไร้สายใช้คลื่นวิทยุหรือสัญญาณอินฟราเรดเป็นสื่อกลางในการส่งผ่านสํญญาณ เทคโนโลยีแบบใช้สายต่อไปนี้เรียงลำดับตามความเร็วจากช้าไปเร็วอย่างหยาบ ๆ สายคู่บิดเป็นสื่อที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการสื่อสารโทรคมนาคมทั้งหมด สายคู่บิดประกอบด้วยกลุ่มของสายทองแดงหุ้มฉนวนที่มีการบิดเป็นคู่ ๆ สายโทรศัพท์ธรรมดาที่ใช้ภายในบ้านทั่วไปประกอบด้วยสายทองแดงหุ้มฉนวนเพียงสองสายบิดเป็นคู่ สายเคเบิลเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (แบบใช้สายอีเธอร์เน็ตตามที่กำหนดโดยมาตรฐาน IEEE 802.3) จะเป็นสายคู่บิดจำนวน 4 คู่สายทองแดงที่สามารถใช้สำหรับการส่งทั้งเสียงและข้อมูล การใช้สายไฟสองเส้นบิดเป็นเกลียวจะช่วยลด crosstalk และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างสายภายในเคเบิลชุดเดียวกัน ความเร็วในการส่งอยู่ในช่วง 2 ล้านบิตต่อวินาทีถึง 10 พันล้านบิตต่อวินาที สายคู่บิดมาในสองรูปแบบคือคู่บิดไม่มีต้วนำป้องกัน (การรบกวนจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก) (unshielded twisted pair หรือ UTP) และคู่บิดมีตัวนำป้องกัน (shielded twisted pair หรือ STP) แต่ละรูปแบบออกแบบมาหลายอัตราความเร็วในการใช้งานในสถานการณ์ต่างกัน สายโคแอคเชียลถูกใช้อย่างแพร่หลายสำหรับระบบเคเบิลทีวี, ในอาคารสำนักงานและสถานที่ทำงานอื่น ๆ ในเครือข่ายท้องถิ่น สายโคแอคประกอบด้วยลวดทองแดงหรืออะลูมิเนียมเส้นเดี่ยวที่ล้อมรอบด้วยชั้นฉนวน (โดยปกติจะเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นกับไดอิเล็กทริกคงที่สูง) และล้อมรอบทั้งหมดด้วยตัวนำอีกชั้นหนึ่งเพื่อป้องกันการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายนอก ฉนวนไดอิเล็กทริกจะช่วยลดสัญญาณรบกวนและความผิดเพี้ยน ความเร็วในการส่งข้อมูลอยู่ในช่วง 200 ล้านบิตต่อวินาทีจนถึงมากกว่า 500 ล้านบิตต่อวินาที 'ITU-T G.hn เป็นเทคโนโลยีที่ใช้สายไฟที่มีอยู่ในบ้าน (สายโคแอค, สายโทรศัพท์และสายไฟฟ้า) เพื่อสร้างเครือข่ายท้องถิ่นความเร็วสูง (ถึง 1 Gb/s) ใยแก้วนำแสง เป็นแก้วไฟเบอร์ จะใช้พัลส์ของแสงในการส่งข้อมูล ข้อดีบางประการของเส้นใยแสงที่เหนือกว่าสายโลหะก็คือมีการสูญเสียในการส่งน้อยและมีอิสรภาพจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและมีความเร็วในการส่งรวดเร็วมากถึงล้านล้านบิตต่อวินาที เราสามารถใช้ความยาวคลื่นที่แตกต่างของแสงที่จะเพิ่มจำนวนของข้อความที่ถูกส่งผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงพร้อมกันในเส้นเดียวกัน ไมโครเวฟบนผิวโลก การสื่อสารไมโครเวฟบนผิวโลกจะใช้เครื่องส่งและเครื่องรับสัญญาณจากสถานีบนผิวโลกที่มีลักษณะคล้ายจานดาวเทียม ไมโครเวฟภาคพื้นดินอยู่ในช่วงกิกะเฮิรตซ์ที่ต่ำ ซึ่งจำกัดการสื่อสารทั้งหมดด้วยเส้นสายตาเท่านั้น สถานีทวนสัญญาณมีระยะห่างประมาณ 48 กิโลเมตร (30 ไมล์) ดาวเทียมสื่อสาร การสื่อสารดาวเทียมผ่านทางคลื่นวิทยุไมโครเวฟที่ไม่ได้เบี่ยงเบนโดยชั้นบรรยากาศของโลก ดาวเทียมจะถูกส่งไปประจำการในอวกาศ ที่มักจะอยู่ในวงโคจร geosynchronous ที่ 35,400 กิโลเมตร (22,000 ไมล์) เหนือเส้นศูนย์สูตร ระบบการโคจรของโลกนี้มีความสามารถในการรับและถ่ายทอดสัญญาณเสียง, ข้อมูลและทีวี ระบบเซลลูลาร์และ PCS ใช้เทคโนโลยีการสื่อสารวิทยุหลายเทคโนโลยี ระบบแบ่งภูมิภาคที่ครอบคลุมออกเป็นพื้นที่ทางภูมิศาสตร์หลายพื้นที่ แต่ละพื้นที่มีเครื่องส่งหรืออุปกรณ์เสาอากาศถ่ายทอดสัญญาณวิทยุพลังงานต่ำเพื่อถ่ายทอดสัญญาณเรียกจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกพื้นที่หนึ่งข้างหน้า เทคโนโลยีวิทยุและการแพร่กระจายสเปกตรัม เครือข่ายท้องถิ่นไร้สายจะใช้เทคโนโลยีวิทยุความถี่สูงคล้ายกับโทรศัพท์มือถือดิจิทัลและเทคโนโลยีวิทยุความถี่ต่ำ LAN ไร้สายใช้เทคโนโลยีการแพร่กระจายคลื่นความถี่เพื่อการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์หลายชนิดในพื้นที่จำกัด IEEE 802.11 กำหนดคุณสมบัติทั่วไปของเทคโนโลยีคลื่นวิทยุไร้สายมาตรฐานเปิดที่รู้จักกันคือ Wifi การสื่อสารอินฟราเรด สามารถส่งสัญญาณระยะทางสั้น ๆ มักไม่เกิน 10 เมตร ในหลายกรณีส่วนใหญ่ การส่งแสงจะใช้แบบเส้นสายตา ซึ่งจำกัดตำแหน่งการติดตั้งของอุปกรณ์การสื่อสาร เครือข่ายทั่วโลก (global area network หรือ GAN) เป็นเครือข่ายที่ใช้สำหรับการสนับสนุนการใช้งานมือถือข้ามหลาย ๆ LAN ไร้สาย หรือในพื้นที่ที่ดาวเทียมครอบคลุมถึง ฯลฯ ความท้าทายที่สำคัญในการสื่อสารเคลื่อนที่คือการส่งมอบการสื่อสารของผู้ใช้จากพื้นที่หนึ่งไปอีกพื้นที่หนึ่ง ใน IEEE 802 การส่งมอบนี้เกี่ยวข้องกับความต่อเนื่องของ LAN ไร้สายบนผิวโลก มีความพยายามต่าง ๆ ที่ขนส่งข้อมูลผ่านสื่อที่แปลกใหม่ ได้แก่: ทั้งสองกรณีมีการหน่วงเวลาสูงอันเนื่องมาจากสัญญาณต้องเดินทางไปกลับ ซึ่งจะทำให้การสื่อสารสองทางล่าช้ามาก แต่ก็ไม่ได้ขัดขวางการส่งข้อมูลจำนวนมาก ระบบเครือข่ายจะถูกแบ่งออกตามขนาดของเครือข่าย ซึ่งปัจจุบันเครือข่ายที่รู้จักกันดีมีอยู่ 6 แบบ ได้แก่ บริดจ์ มักจะถูกใช้ในการเชื่อมเครือข่ายย่อย ๆ ในองค์กรเข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายใหญ่ เพียงเครือข่ายเดียว เพื่อให้เครือข่ายย่อย ๆ เหล่านั้นสามารถติดต่อกับเครือข่ายย่อยอื่น ๆ ได้ คือชุดของกฎหรือข้อกำหนดต่าง ๆ สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลในเครือข่าย ในโพรโทคอลสแต็ค (ระดับชั้นของโพรโทคอล ดูแบบจำลองโอเอสไอ) แต่ละโพรโทคอลยกระดับการให้บริการของโพรโทตคลที่อยู่ในชั้นล่าง ตัวอย่างที่สำคัญในโพรโทคอลสแต็คได้แก่ HTTP ที่ทำงานบน TCP over IP ผ่านข้อกำหนด IEEE 802.11 (TCP และ IP ที่เป็นสมาชิกของชุดโพรโทคอลอินเทอร์เน็ต IEEE 802.11 เป็นสมาชิกของชุดอีเธอร์เน็ตโพรโทคอล) สแต็คนี้จะถูกใช้ระหว่างเราต์เตอร์ไร้สายกับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลของผู้ใช้ตามบ้านเมื่อผู้ใช้จะท่องเว็บ โพรโทคอลการสื่อสารมีลักษณะต่าง ๆ กัน ซึ่งอาจจะเชื่อมต่อแบบ connection หรือ connectionless, หรืออาจจะใช้ circuit mode หรือแพ็กเกตสวิตชิง, หรืออาจใช้การ addressing ตามลำดับชั้นหรือแบบ flat มีโพรโทคอลการสื่อสารมากมาย บางส่วนได้อธิบายไว้ด้านล่างนี้ อีเธอร์เน็ตเป็นครอบครัวของโพรโทคอลที่ใช้ในระบบ LAN, ตามที่อธิบายอยู่ในชุดของมาตรฐานที่เรียกว่า IEEE 802 เผยแพร่โดยสถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีวิธีการ addressing แบบ flat และจะดำเนินการส่วนใหญ่ที่ระดับ 1 และ 2 ของแบบจำลอง OSI สำหรับผู้ใช้ที่บ้านในวันนี้ สมาชิกส่วนใหญ่ของครอบครัวของโพรโทคอลที่รู้จักกันดีนี้คือ IEEE 802.11 หรือที่เรียกว่า Wireless LAN (WLAN). IEEE 802 โพรโทคอลชุดสมบูรณ์จัดให้มีความหลากหลายของความสามารถเครือข่าย ตัวอย่างเช่น MAC bridging (IEEE 802.1D) ทำงานเกี่ยวกับการ forwarding ของแพ็กเกตอีเธอร์เน็ตโดยใช้โพรโทคอล Spanning tree, IEEE 802.1Q อธิบาย VLANs และ IEEE 802.1X กำหนดโพรโทคอลที่ใช้ควบคุมการเข้าถึงเครือข่ายแบบพอร์ตซึ่งฟอร์มตัวเป็นพื้นฐานสำหรับกลไกการตรวจสอบที่ใช้ใน VLANs (แต่ก็ยังพบในเครือข่าย WLANs อีกด้วย) - มันเป็นสิ่งที่ผู้ใช้ตามบ้านเห็นเมื่อผู้ใช้จะต้องใส่ "wireless access key" อินเทอร์เน็ตโพรโทคอลสวืท, หรือที่เรียกว่า TCP / IP, เป็นรากฐานของระบบการเชื่อมโยงเครือข่ายที่ทันสมัย ทำให้มีการเชื่อมต่อแบบ connection-less เช่นเดียวกับ connection-oriented ผ่านเครือข่ายที่ไม่น่าเชื่อถือโดยการส่งดาต้าแกรม (ข้อมูลที่ถูกแบ่งเป็นชิ้นเล็ก ๆ ) ที่เลเยอร์โพรโทคอลอินเทอร์เน็ต (IP) ที่แกนกลางของมัน ชุดโพรโทคอลกำหนด address, การระบุตัวตน, และคุณสมบัติของการเราต์ติงสำหรับ Internet Protocol Version 4 (IPv4) และ IPv6 ซึ่งรุ่นต่อไปที่มีความสามารถในการขยายระบบ addressing อย่างมาก Synchronous optical networking (SONET) และ Synchronous Digital Hierarchy (SDH) เป็นโพรโทคอลมาตรฐานสำหรับการ multiplexing ที่ทำการถ่ายโอนกระแสบิตดิจิทัลที่หลากหลายผ่านใยแก้วนำแสง พวกมันแต่เดิมถูกออกแบบมาเพื่อการขนส่งในการสื่อสารแบบ circuit mode จากแหล่งที่มาที่หลากหลายแตกต่างกัน, เบื้องต้นเพื่อสนับสนุนระบบเสียงที่เป็น circuit-switched ที่เข้ารหัสในฟอร์แมท PCM (Pulse-Code Modulation) ที่เป็นเรียลไทม์และ ถูกบีบอัด อย่างไรก็ตามเนื่องจากความเป็นกลางและคุณสมบัติที่เป็น transport-oriented, SONET/SDH ยังเป็นตัวเลือกที่ชัดเจนสำหรับการขนส่งเฟรมของ Asynchronous Transfer Mode (ATM) เป็นเทคนิคการ switching สำหรับเครือข่ายการสื่อสารโทรคมนาคม ที่ใช้ asynchronous time-division multiplexing ATM จะเข้ารหัสข้อมูลที่เป็นเซลล์ขนาดเล็กคงที่ วิธีนี้จะแตกต่างจากโพรโทคอลอื่น ๆ เช่น Internet Protocol สวีทหรืออีเธอร์เน็ตที่ใช้แพ็กเกตหลายขนาด ATM มีความคล้ายคลึงกันกับ circuit switched และ packet switched networking