โทโพโลยีและฮาร์ดแวร์ของเครือข่าย
แนะนำใหม่| English | ความหมาย |
|---|---|
| collision/kəˈlɪʒn/ | การชนกัน |
| topology/təˈpɒlədʒi/ | โทโพโลยี |
| bus/bʌs/ | บัส |
| bandwidth/ˈbændwɪdθ/ | แบนด์วิดท์ |
| star/stɑː/ | ดาว |
| switch/swɪtʃ/ | สวิตช์ |
| mesh/meʃ/ | เมช |
| fault-tolerant/fɒlt ˈtɒlərənt/ | ทนต่อความล้มเหลว |
| packet/ˈpækɪt/ | แพ็กเก็ตข้อมูล |
| network interface card/ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ | การ์ดอินเตอร์เฟซเครือข่าย |
| MAC address/mæk əˈdres/ | ที่อยู่ MAC |
| wireless network interface card/ˈwaɪələs ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ | การ์ดอินเตอร์เฟซเครือข่ายไร้สาย |
| hub/hʌb/ | ฮับ |
| wireless access point/ˈwaɪələs ˈækses pɔɪnt/ | จุดเข้าถึงไร้สาย |
| bridge/brɪdʒ/ | บริดจ์ |
| repeater/rɪˈpiːtə/ | รีพีตเตอร์ |
| router/ˈruːtə/ | เราเตอร์ |
| IP address/ˌaɪ ˈpiː əˈdres/ | ที่อยู่ไอพี |
| routing table/ˈraʊtɪŋ ˈteɪbl/ | ตารางการส่งต่อ |
| packet switching/ˈpækɪt ˈswɪtʃɪŋ/ | สวิตช์แพ็กเก็ต |
| network address translation/ˈnetwɜːk əˈdres trænˈsleɪʃn/ | การแปลงที่อยู่เครือข่าย (NAT) |
| DHCP/ˌdiː eɪtʃ siː ˈpiː/ | DHCP |
| firewall/ˈfaɪəwɔːl/ | ไฟร์วอลล์ |
| full-duplex/fʊl ˈdjuːpleks/ | ฟูล-ดุปเลกซ์ |
| CSMA/CD/ˌsiː es em ˈeɪ ˌsiː ˈdiː/ | CSMA/CD |
สายเคเบิลที่เคยเป็นสายหลัก
- Ethernet รุ่นแรกในปี 1973 เป็นสาย coaxial เดียวที่ทอดยาวผ่านอาคารวิจัยของ Xerox คอมพิวเตอร์ทุกเครื่องเชื่อมต่อกับสายเดียวกันและส่งข้อมูลลงบนสายนั้น
- หากสองเครื่องส่งข้อมูลพร้อมกัน ข้อมูลทั้งสองจะเสียหาย ดังนั้นนักออกแบบจึง borrowing กฎจากการสนทนาอย่างสุภาพ: ฟังก่อน แล้วหากเกิดการชนกัน ให้หยุด รอเป็นเวลาสุ่ม และลองอีกครั้ง
- กฏนี้ยังคงอยู่ในหลักสูตร แม้ว่าการจัดสายเคเบิลในเครือข่ายยุคใหม่จะจัดให้ไม่สามารถเกิดการชนกันได้เลยก็ตาม
- บทเรียนนี้คือรูปร่างของเครือข่าย กล่องที่ทำให้มันทำงาน และกฎของ Ethernet ในการแบ่งปันสาย
โครงสร้างสี่แบบ
- Topology ของเครือข่ายคือการจัดวางโหนดและลิงก์ของ nó
- บัส: อุปกรณ์ทุกเครื่องเชื่อมต่อกับสายเคเบิลร่วมกันสายเดียว โดยปลายทั้งสองด้านจะมีอุปกรณ์ terminated ราคาถูก แต่หากสายเคเบิลเสีย ระบบ LAN ทั้งหมดจะล้มเหลว และประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อมีอุปกรณ์มากขึ้นมาแชร์ แบนด์วิดท์
- สตาร์: อุปกรณ์แต่ละเครื่องใช้สายเคเบิลของตัวเองเชื่อมไปยังสวิตช์กลาง หากสายเคเบิลเสียจะมีผลต่อเพียงเครื่องเดียว แต่ถ้าสวิตช์เสียจะทำให้ระบบทั้งหมดหยุดทำงาน เป็น LAN ที่พบได้ทั่วไปที่สุดในปัจจุบัน
- เมช: อุปกรณ์ทุกเครื่องเชื่อมต่อกันโดยตรง ทำให้มีเส้นทางหลายเส้นและการ redirect trafikเมื่อเกิดข้อผิดพลาด มีความทนทานต่อความเสียหายสูงมาก (fault-tolerant) แต่ต้องใช้สายเคเบิลจำนวนมาก ไฮบริด คือการผสมผสาน: สตาร์ในแต่ละสำนักงาน เชื่อมด้วยเมชระหว่างสำนักงาน
บัส, สตาร์ และ เมช: สายเดียว, จุดศูนย์กลางเดียว หรือหลายเส้นทาง
เปรียบเทียบโทโพโลยีเครือข่าย
คลิกเลือกโทโพโลยีทั้งสี่แบบ แต่ละแบบมีการแลกเปลี่ยนระหว่างต้นทุน ความเร็ว และความสามารถในการทนต่อความล้มเหลว — ระวังจุดที่ทำให้เครือข่ายล่มทั้งหมดในแต่ละแบบ
จับคู่โทโพโลยีแต่ละชนิดกับคุณลักษณะที่กำหนด
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
บัสใช้สายเคเบิลร่วมกัน, ดาวใช้สวิตช์กลาง, เมชมีเส้นทางมากมาย, ไฮบริดเป็นการผสมผสาน
ในโทโพโลยีดาว หากสายเคเบิลของอุปกรณ์เครื่องหนึ่งล้มเหลว会发生อะไร?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
อุปกรณ์แต่ละเครื่องมีลิงก์เฉพาะไปยังสวิตช์กลาง ดังนั้นสายเคเบิลที่ขาดจะกระทบเพียงเครื่องนั้นเท่านั้น (แต่ถ้าสวิตช์ล่ม ทุกเครื่องจะล่ม)
วิธีที่แพ็กเกจเดินทางในแต่ละ topology
- Bus: ผู้ส่งวางแพ็กเกจลงบนสายที่แบ่งปันกัน; ทุกเครื่องเห็นและเฉพาะเครื่องที่มีที่อยู่ตรงตามจะยอมรับ; ส่งทีละครั้งดังนั้นจึงเกิดการชนกัน
- Star: ผู้ส่งส่งแพ็กเกจไปยังสวิตช์ ซึ่งอ่านที่อยู่ปลายทางและส่งต่อไปยังสายที่เชื่อมต่อกับเครื่องนั้นเท่านั้น คู่อื่น ๆ สามารถสื่อสารไปพร้อมกันได้
- Mesh: แพ็กเกจจะถูกส่งต่อจากโหนดหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่งตามเส้นทางใดเส้นทางหนึ่งจากหลายเส้นทางที่มีอยู่; หากลิงก์ล่ม จะใช้เส้นทางอื่นแทน
ในโทโพโลยี数据包จาก PC A ไปยัง PC B ผ่านอย่างไร?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
สวิตช์อ่านที่อยู่ MAC ของปลายทางและส่งออกไปยังพอร์ตเดียว นี่คือเหตุผลที่คู่อื่นๆ สามารถสื่อสารกันได้พร้อมกัน
ตัวอย่างวิธีทำ: อธิบายเหตุผลในการเลือก Topology
- ห้องคอมพิวเตอร์โรงเรียนที่มี PC 30 เครื่อง. Star: สายที่ล้มเหลวส่งผลต่อ PC เพียงเครื่องเดียว; เพิ่ม PC ใหม่ก็เพิ่มสาย连接到สวิตช์อีกเส้น; สวิตช์หมายถึงไม่มีการชนกัน
- ระบบสำคัญโรงพยาบาล. Mesh: หากลิงก์ใดล้มเหลวจะ redirection รอบไป sehinggaไม่มีความล้มเหลวเพียงจุดเดียวหยุดการจราจรได้
- ลิงก์ชั่วคราวระหว่าง 3 อุปกรณ์ที่ต้นทุนสำคัญที่สุด. Bus: สายเดียวและไม่ต้องใช้สวิตช์
- "Draw the star topology" หมายความว่าต้องวาดสวิตช์ตรงกลางและมีเส้นออกจากสวิตช์ไปยังแต่ละอุปกรณ์: ไม่ใช่วงแหวนหรือโซ่
จับคู่สถานการณ์แต่ละอย่างกับโทโพโลยีที่เหมาะสม
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ดาวแยกความล้มเหลวของสายเคเบิล, เมชเปลี่ยนเส้นทางรอบความล้มเหลวใดๆ, บัสคือสายเคเบิลเส้นเดียวไม่มีอะไรอื่น
Hardware ของ LAN
- Network interface card (NIC) ทำให้ Device ส่งและรับข้อมูลบนเครือข่ายและถือ MAC address 48-bit ที่ไม่ซ้ำกัน MAC. Wireless device ใช้ Wireless network interface card (WNIC). WNIC.
- Switch ส่ง Frame ไปยังพอร์ตสำหรับ MAC Address ปลายทางเท่านั้น; Hub ที่ล้าสมัยคัดลอก Frame ทุกตัวไปยังทุกพอร์ต; Wireless access point (WAP) ทำให้ Wireless clients เข้าถึง LAN แบบมีสายได้
- Server ให้บริการแก่เครื่องอื่น; Bridge เชื่อมต่อสอง LAN Segments เข้าด้วยกันเป็นเครือข่ายเดียว; Repeater รับสัญญาณที่อ่อนแล้วส่งต่อด้วยความแรงเต็มเพื่อขยายระยะสาย
The switch at the center of a star
*สวิตช์อ่าน MAC Address ปลายทางและส่งต่อไปยังพอร์ตเดียว
ที่อยู่ฮาร์ดแวร์ 48 บิตที่ไม่ซ้ำกันและตายตัวของ NIC เรียกว่าที่อยู่ ______
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ที่อยู่ MAC ถูกฝังไว้ในการ์ดอินเทอร์เฟซเครือข่าย (DHCP asigna IP addresses which can change.)
สวิตช์ต่างจากฮับอย่างไร?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
สวิตช์ส่งแต่ละเฟรมออกไปเฉพาะพอร์ตของปลายทาง (มีประสิทธิภาพและปลอดภัยกว่า) ฮับจะคัดลอกไปยังทุกพอร์ต การ routing ด้วย IP เป็นหน้าที่ของเร้าเตอร์
สวิตช์ฉลาดกว่าฮับเพราะส่งแต่ละเฟรมไปเฉพาะพอร์ตของปลายทาง ไม่ใช่ทุกพอร์ต
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
สิ่งนี้ทำให้เครือข่ายแบบสวิตช์มีความเร็วและปลอดภัยมากกว่าเครือข่ายเก่าที่ใช้ฮับ
อุปกรณ์ใดช่วยขยายหรือเชื่อมต่อขอบเขตทางกายภาพของ LAN? เลือก ทุก ข้อที่เกี่ยวข้อง
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
รีพีตเตอร์ยืดระยะสายเคเบิล, บริดจ์เชื่อมสองส่วน, WAP เพิ่มลูกค้าไร้สาย NIC อยู่ภายในอุปกรณ์หนึ่งเครื่อง
ตัวอย่างวิธีทำ: อธิบายหน้าที่ของ WNIC
- คำตอบ 4 คะแนน, 1 คะแนนต่อบรรทัด
- แปลงข้อมูลของ Device เป็นคลื่นวิทยุและแปลงคลื่นวิทยุที่เข้ามากลับเป็นข้อมูล
- ถือ MAC Address ที่ไม่ซ้ำกันของ Device เพื่อให้สามารถ addressing Frames มาหาได้
- เชื่อมต่อ Device กับ Wireless access point และปฏิบัติตามโปรโตคอลไร้สาย โดยใช้ channel และความถี่ที่ตกลงกันไว้
WNIC แปลงข้อมูลของอุปกรณ์ให้เป็น _____ สัญญาณและกลับมาอีกครั้ง
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
การแปลงวิทยุ, ที่อยู่ MAC, การเชื่อมต่อกับแอกเซสพอยท์ และการปฏิบัติตามโปรโตคอลไร้สาย คือ 4 ฟังก์ชันที่ข้อสอบระบุ
Router
- Router เชื่อมต่อ เครือข่ายที่แตกต่างกัน และส่งต่อข้อมูลระหว่างเครือข่าย โดยทั่วไปอยู่ที่ขอบเขตของ LAN และอินเทอร์เน็ต
- มันอ่าน ที่อยู่ IP (IP address) ของ แพ็กเก็ต (packet) แต่ละตัวและส่งต่อไปยังพอร์ตที่ถูกต้องโดยใช้ ตารางการกำหนดเส้นทาง (routing table) นั่นคือ สวิตช์แพ็กเก็ต (packet switching): แพ็กเก็ตของข้อความหนึ่งอาจใช้เส้นทางที่แตกต่างกันและถูกประกอบใหม่ตามลำดับที่ปลายทาง
- รوترในบ้านยังทำหน้าที่ การแปลงที่อยู่เครือข่าย (NAT) ให้หลายที่อยู่ส่วนตัวใช้ที่อยู่สาธารณะร่วมกันได้; ทำงานด้วย DHCP เพื่อจ่ายที่อยู่ส่วนตัว; และทำหน้าที่เป็น ไฟร์วอลล์ ป้องกันการรับข้อมูลที่ไม่พึงประสงค์จากภายนอก
SWITCH ทำงานด้วย MAC addresses ภายใน LAN; ROUTER ทำงานด้วย IP addresses ระหว่างเครือข่าย
หน้าที่หลักของเร้าเตอร์คือ:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
เร้าเตอร์เชื่อมต่อเครือข่าย (เช่น LAN กับอินเทอร์เน็ต) และส่งแพ็กเก็ตโดยใช้ที่อยู่ IP ปลายทางและตารางการ路由
Ethernet
- Ethernet เป็นมาตรฐานสำหรับ LAN แบบมีสาย: อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกันด้วยสายคู่บิดเกลียวหรือไฟเบอร์ออปติก ข้อมูลจะถูกส่งในรูปแบบเฟรมที่มี MAC address ของแหล่งกำเนิดและปลายทาง
- ในสื่อร่วม (shared medium) อุปกรณ์สองเครื่องสามารถส่งข้อมูลพร้อมกันได้ และสัญญาณทั้งสองจะรบกวนซึ่งกันและกัน: เกิด การชนกัน (collision)
- Ethernet แบบสวิตช์สมัยใหม่ใช้ โหมดเต็มคู่ (full-duplex) แบบจุดต่อจุดระหว่างอุปกรณ์แต่ละตัวกับ SWITCH ดังนั้นจึงไม่มีการชนกันอีกต่อไป แต่โปรโตคอลสำหรับการจัดการกับการชนยังคงถูกศึกษา
CSMA/CD
- CSMA/CD คือ Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
- Carrier sense: ฟังก่อนส่ง และรอหากสายกำลังใช้งานอยู่ Multiple access: อุปกรณ์จำนวนมากแบ่งปันสื่อเดียวกัน
- Collision detection: ฟังต่อไปขณะส่ง เมื่อเกิดการชน ให้หยุด ส่งสัญญาณรบกวน (jam signal) สั้นๆ เพื่อให้ทุกเครื่องทราบ แล้วรอเวลา สุ่ม (random backoff) ก่อนพยายามอีกครั้ง เวลาสุ่มนี้คือสิ่งที่ป้องกันไม่ให้สองเครื่องเดียวกันชนกันซ้ำ
ฟัง, ส่ง, ตรวจจับ, ส่งสัญญาณรบกวน, รอ, ลองใหม่อีกครั้ง
เรียงลำดับขั้นตอน CSMA/CD สำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการส่งข้อมูลบนสายเคเบิลร่วมกัน
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
carrier sense → ส่ง → ตรวจจับการชน → รบกวน → ถอยหลังแบบสุ่ม เวลาสุ่มหยุดให้ทั้งสองเครื่องชนกันอีกครั้งทันที
ตัวอย่างคำอธิบาย: 3 หน้าที่ของ CSMA/CD
- อธิบายว่าอุปกรณ์บน Ethernet แบบแบ่งปันส่งข้อมูลและจัดการกับการชนอย่างไร [3]
- เครื่องฟังสายเคเบิล ตรวจจับ carrier และส่งก็ต่อเมื่อว่างเท่านั้น
- ตรวจสอบการชนอย่างต่อเนื่องขณะกำลังส่ง
- เมื่อเกิดการชน หยุด ส่งสัญญาณรบกวน รอแบบสุ่มแล้วส่งใหม่ 3 หน้าที่ 3 คะแนน按照顺序
หลังจากเกิดการชน CSMA/CD ทำให้ทั้งสองเครื่องรอเวลาเดียวกันก่อนส่งใหม่
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
การถอยหลังเป็นแบบสุ่ม ถ้าทั้งสองรอเวลาเดียวกัน พวกมันจะชนกันอีกครั้งทันทีที่ลองส่งใหม่
คะแนนที่หลุดหายไป
- SWITCH ส่งข้อมูลโดย MAC address ภายในเครือข่ายเดียว; ROUTER ส่งข้อมูลโดย IP address ระหว่างเครือข่าย การสลับกันจะทำให้เสียคะแนนไม่ว่าทางไหน
- ใน topology แบบดาว (star topology) SWITCH เป็นจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียว ไม่ใช่สายเคเบิล
- เวลา backoff ต้อง สุ่ม หากเป็นเวลาที่ตายตัว จะทำให้สองเครื่องเดิมชนกันซ้ำซาก
- HUB ไม่ใช่ SWITCH: มันส่ง every frame ไปทุก port จึงล้าสมัย
คุณเข้าใจแล้ว
- bus สายเดียว共用 · star switch หนึ่งตัว พบบ่อยที่สุด · mesh หลายเส้นทาง ทนต่อการล้มเหลว · hybrid ผสมผสาน; อธิบายเหตุผลโดยต้นทุน ความน่าเชื่อถือ และการแพร่กระจายของความล้มเหลว
- NIC/WNIC Mang 48-bit MAC address; SWITCH ส่งเฟรมไปยังพอร์ตเดียว; WAP, server, bridge, repeater มีหน้าที่อย่างใดอย่างหนึ่ง
- ROUTER เชื่อมต่อเครือข่ายและส่งแพ็กเก็ตโดย IP address ใช้ตารางการกำหนดเส้นทาง再加上 NAT, DHCP และ firewall
- CSMA/CD: ฟัง, ส่งwhile listening, เมื่อเกิดการชน send jam และรอ random backoff; Switched full-duplex Ethernet ไม่มี collision