Switching

Switching

Circuit Switching

เป็นเทคนิคที่ใช้ในการส่งข้อมูลทางโทรศัพท์ ซึ่งเป็นการส่งสัญญาณแบบ point-to-point

ลักษณะที่สำคัญของส่งข้อมูลแบบนี้ คือ ก่อนเริ่มส่งข้อมูลจะต้องทำการกำหนดเส้นทางการส่งข้อมูลก่อน โดยต้นทางจะมีการร้องของไปยังปลายทางก่อนว่าจะมีการส่งข้อมูลไปให้ และปลายทางจะต้องตอบรับ (Ack) กลับมาพร้อมที่จะรับข้อมูลนั้นแล้ว ดั้งนั้นจึงทำให้เสียเวลาในช่วงหนึ่ง ไปสำหรับการทำ connection นี้

Package Switching
เป็นเทคนิคที่ใช้ในการส่งข้อมูล โดยที่เครื่องคอมพิวเตอร์ผู้ส่งจะทำการแบ่ง ข้อมูล ออกเป็น หลาย packet หรือหลายท่อน โดยที่ packet เหล่านั้นจะถูกส่งอย่างกระจัดกระจายออกไปผ่านเครือข่าย ซึ่งอาจใช้เส้นทางที่ต่างกัน, ความเร็วต่างกัน หลังจากที่ packet ทั้งหมดส่งถึงผู้รับปลายทาง คอมพิวเตอร์ฝั่งรับจะทำการจัดลำดับข้อมูลของข่าวสารจาก packet ทั้งหมดให้ถูกต้องสมบูรณ์

ประโยชน์ของ Packet Switching

· รับส่งข้อมูลได้ด้วยความเร็วสูง และใช้เวลาในการส่งน้อยาเหมาะสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์หรือ เครือข่าย LAN หลายๆ เครือข่ายเข้าด้วยกันเช่น WAN

· มีความผิดพลาดในการรับส่งข้อมูลน้อยมากๆ

· สามารถลดคอมพิวเตอร์ใหเมีขนาดเล็กลง และสามารถกระจายศูนย์กลาง ประมวลผลได้

· สามารถรองรับการเชื่อมต่อกับเครือข่ายที่องค์กรใช้งาน เช่น ICP/IP

· ควบคุมค่าใช้จ่ายได้คงที่แน่นอน

· รับประกันความรวดเร็วในการส่งข้อมูล (Committed Information Rate – CIR)

สรุป... การส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายแพ็กเกจสวิตชิ่งนั้น ขนาดของของข้อมูลถูกจำกัดขนาด จึงต้องแบ่งบล็อกข้อมูลออกเป็นแพ็กเกจ (Packet)ทั้งนี้เพื่อให้มีขนาดเล็กลง และให้สถานี สวิตช์สามารถเก็บกักข้อมูลไว้ในหน่วยความจำ (Buffer)ชั่วคราวได้โดยไม่ต้องใช้ดิสก์สำรอง

Digital Transmission

DSL (Asynchronous Digital Subscriber Line)

เป็น เทคโนโลยีโมเด็มแบบใหม่ที่สามารถเปลี่ยนแปลงคู่สายโทรศัพท์ที่เป็นแบบสายคู่ ตีเกลียวที่มีอยู่เดิม ให้กลายเป็นเส้นทางเข้าถึงมัลติมีเดียและการสื่อสารข้อมูลด้วยความเร็วสูง ได้ โดย ADSL สามารถสื่อสารด้วยความเร็วกว่า 6 Mbps ไปยังผู้ใช้บริการ และได้เร็วถึงกว่า 640 Kbps ในสองทิศทาง ซึ่งอัตราความเร็วดังกล่าวช่วยเพิ่มประสิทธิภาพความจุของสายโทรศัพท์แบบเดิม ได้กว่า 50 เท่า โดยไม่ต้องลงทุนวางสายเคเบิลใหม่
ADSL สามารถแปลงโครงข่ายข้อมูลข่าวสารพื้นฐานที่มีอยู่จากที่เคยจำกัดเพียงการให้ บริการด้านเสียง ข้อความ และกราฟิกที่มีรายละเอียดไม่มากนัก ให้กลายเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพสูง ใช้ได้กับมัลติมีเดีย รวมทั้งการส่งภาพเคลื่อนไหวที่สมบูรณ์แบบไปยังบ้านเรือนต่าง ๆ ในทศวรรษนี้ได้อย่างแพร่

ต่อมามี การพัฒนา ADSL Lite หรือที่เรียกกันว่า G.Lite ซึ่งสามารถเพิ่มระยะทางในการส่งข้อมูลได้ไกลสุดที่ประมาณ 5 กิโลเมตร สามารถส่งสัญญาณ Upstream ได้ที่ 384 Kbps และ Downstream ได้ที่ 6 Mbps และยังมีการพัฒนาเทคโนโลยี ADSL ออกไปอีกเพื่อให้สามารถรับ-ส่งข้อมูลให้สูงขึ้นจนเป็น ADSL2 และ ADSL2+ ซึ่งเทคโนโลยี ADSL2 สามารถทำอัตราส่งสัญญาณขาออกได้ที่ 3.5 Mbps และขารับข้อมูลที่ 12 Mbps ในระยะทางการเชื่อมต่อได้ที่ประมาณ 2.5 กิโลเมตร และในส่วนของ ADSL2+ นั้นจะเป็นการขยายช่องสัญญาณจากปกติที่ 1.1 MHz เป็น 2.2 MHz ทำให้สามารถรองรับอัตราการรับข้อมูลที่ 24 Mbps และอัตราการส่งข้อมูลที่ 3.5 Mbps แต่ได้ระยะทางน้อยกว่า ADSL2 คือที่ระยะประมาณ 1.5

ADSL Modem

รอง รับการสื่อสารข้อมูลในอัตราเดียวกันกับ digital hierachies ของอเมริกาเหนือและยุโรป ผู้ใช้บริการสามารถเลือกซื้อบริการที่อัตราความเร็ว และความสามารถต่าง ๆ ได้ตามต้องการ ทั้งนี้รูปแบบต่ำสุดให้ดาวน์สตรีมได้ 1.5 หรือ 2.0 Mbps และช่องดูเพล็กซ์ 16 Kbps อีกหนึ่งช่อง ส่วนรูปแบบอื่น ๆ ให้บริการได้ในอัตรา 6.1 Mbps และ 64 Kbps ดูเพล็กซ์

DSLAM ( Digital Subscriber Line Access Multiplexers )

ใน ระหว่างทางการเชื่อมต่อระหว่างผู้ใช้งานอินเตอร์เน็ต กับ ชุมสายโทรศัพท์ จะมีอุปกรณ์ที่ชื่อว่า DSLAM อยู่ตรงกลางซึ่งอุปกรณ์ DSLAM ทำหน้าที่แยกสัญญาณออกจากเส้นทองแดงและส่งต่อ ดังนี้

1. ในกรณีที่ ผูใช้ ทำการเชื่อมต่อใช้งานอินเตอร์เน็ตความเร็วสูง (ADSL) DSLAM จะทำการเชื่อต่อ กับ ผู้ให้บริการอินเตอร์เน็ต( ISP ) เพื่อใช้งาน อินเตอร์เน็ต
2. ในกรณีที่ผู้ใช้ ยกหูโทรศัพท์เพื่อติดต่อกับปลายทางโดยใช้โทรศัพท์ DSLAM จะส่งให้กับชุมสายโทรศัพท์เพื่อทำการใช้งานโทรศัพท์

Multiplexing

Multiplexing ก็คือ การรวมให้ช่องสัญญาณที่มีขนาดความจุของข่าวสารต่ำ สามารถใช้งานผ่านสื่อสัญญาณ(transmission Media)ที่มีขนาดความจุสูงชุดเดียวกันได้ ทำให้ความจุของระบบสื่อสัญญาณนั้นถูกใช้งานอย่างคุ้มค่าที่สุด

- Frequency Division Multiplexing (FDM)

1. ใช้เกี่ยวกับสัญญาณ Analog ใช้ต่อเมื่อสายส่งสัญญาณกว้างพอที่จะรองรับหลาย ๆ สัญญาณได้
2. ประโยชน์คือความกว้างของสัญญาณมาก
3. ในแต่ละสัญญาณถูกเปลี่ยนโดยใช้ carrier frequency
4. หลังจากส่งแต่ละสัญญาณจะไม่กวนกันเช่น broadcast radio
5. ช่องสัญญาณถูกยกให้แม้ไม่มีข้อมูลที่จะส่ง

- Wavelength Division Multiplexing (WDM)

1. มี concept ให้ FDM ยกเว้น DeMultiplexing ที่รวมและส่งในสาย fiber optic
2. รวมเอาคลื่นที่มีความถี่แตกต่างกันที่มีความถี่สูงออกไปพร้อม ๆ กัน
3. หลักการง่าย ๆ แต่เทคโนโลยีซับซ้อน
4. แยกคลื่นแสงไปเป็นสัญญาณไฟฟ้า หลักการเหมือน FDM เพราะใช้ความถี่ในการทำ
   แต่เทคโนโลยีซับซ้อนเพราะมีการหักเหของแสง

- Time - Division Multiplexing (TDM)

TDM คือการประมวผล digital ความจุของ link จะต้องใหญ่กว่าข้อมูลที่ต้องการส่งหรือรับ

Physical Layer (2)

Noiselless Channel : Nyquist Bit Rate

เป็นการคำนวณอัตราการส่งบิตโดยที่ช่องสื่อสารไม่มีสัญญาณรบกวน ซึ่งเรียกได้ว่าเป็นอัตราเร็วสูงสุดของการส่งข้อมูล ใช้สมการดังนี้
- Bitrate = 2*bandwidth *log2L
bandwidth หมายถึง bandwidthของช่องสื่อสาร
L หมายถึง จำนวนระดับของสัญญาณที่ใช้แทนข้อมูล

Noisy Channel : Shannon Capacity

ใน ความเป็นจริงแล้วมันเป็นไปไม่ได้ที่ช่องสื่อสารจะไม่มีสัญญาณรบกวนเลย จึงพัฒนาสมการใหม่สามารถคำนวณหาอัตราการส่งบิตข้อมูลภายในช่องสื่อสารที่มี สัญญาณรบกวน
- Capacity = bandwidth * log2(1+SNR)
Capacity เป็นความสามารถของการส่งข้อมูลภายในช่องสื่อสารที่มีสัญญาณรบกวน
bandwidth หมายถึง bandwidth ของช่องสื่อสาร
SNR (Signal-to-noise ratio) เป็นอัตราส่วนระหว่างพลังงานของสัญญาณที่ใช้ในการส่งข้อมูลพลังงานของสัญญาณรบกวน


Differential Manchester

คือ จะมีการเปลี่ยนสัญญาณช่วงตรงกลางบิตข้อมูล แต่จะแตกต่างจากวิธี manchester ตรงที่วิธีการแบบนี้จะไม่สนใจว่าแรงดันไฟฟ้าจะเป็นบวกหรือลบ การเปลี่ยนสัญญาณจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อบิตมีค่าเป็น "0" เท่านั้น ถ้าบิตข้อมูลมีค่าเป็น "1" ไม่ต้องมีการเปลี่ยนแปลงสัญญาณ

Pulse Amplitude Modulation (PAM)

วิธีการหนึ่งที่ใช้สำหรับแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล คือ pulse amplitude modulation (PAM) ซึ่งเทคนิคแบบนี้จะทำการสุ่มสัญญาณอะนาล็อกตามช่วงเวลาต่าง ๆ โดยจะแบ่งแต่ละช่วงเวลาของการสุ่มให้เท่าๆ กัน ผลที่ได้จากการสุ่มจะเป็นลักษณะลำดับของ pulse และ ขนาดของ pulse จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับสัญญาณอะนาล็อก ดังนั้น pulse ที่ได้จะแทนถึงสัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลและเป็นพื้นฐานของวิธีแบบ Pulse code modulatio (PCM)

Pulse Code Modulation (PCM)

PAM นั้นยังไม่ได้สร้างเป็นสัญญาณดิจิตอลที่แท้จริง ดังนั้นจึงมีการดัดแปลงPAM ใหม่ โดยเรียกว่า Pulse code modulation (PCM) เพื่อนที่จะให้เป็นการแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอลได้โดยสมบูรณ์
การแปลงสัญญาณแบบ PCM สัญญาณอะนาล็อกจะถูก Quantization หรือ กำหนดค่าตัวเลขให้กับ pulse ตัวเลขที่กำหนดให้กับ pulse นั้นจะได้มาจากขนาดของสัญญาณอะนาล็อกที่ถูกสุ่มสัญญาณ
ขนาดของ pulse ที่ได้จาการสุ่มสัญญาณ จะถูกเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของเลขฐานสอง
เมื่อได้กลุ่มตัวเลขที่เป็นบิตของข้อมูลแล้วก็จะสามารถที่จะแปลงให้เป็น สัญญาณดิจิตอลได้ โดยการใช้เทคนิคของ line coding จะแสดงตัวอย่างของผลที่ได้จาก PCM โดยใช้วิธีการแบบ unipolar ในการแปลงบิตข้อมูลให้เป็นสัญญาณดิจิตอล

วิธีการของ PCM นั้นสรุปกระบวนการทำงานได้ดังนี้
1. PAM
2. Quantization
3. Binary encoding
4. Line coding

Sampling Rate
Highest frequency = x Hz
Sampling rate = 2x samples/s

Transmission Modes

- Parallel mode
เป็นการส่งข้อมูลออกไปพร้อมๆกันได้คราวละหลายบิต ทำให้ส่งขอ้มูลได้เร็ว แต่ค่าใช้จ่ายสูง เพราะจะต้องใช้จำนวนของสายมาก นอกจากนั้นแล้วการส่งข้อมูลภายในสายอาจจะไปถึงปลายทางไม่พร้อมกัน ทำให้เกิดความผิดพลาดของการรับส่งข้อมูลได้

- Serial mode
เป็นการส่งข้อมูลที่ใช้สายส่งเพียงเส้นเดียว บิต่ถูกส่งออกจะเรียงตามลำดับกันไป การติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอกเครื่องคอมพิวเตอร์ต้องใช้การส่งข้อมูลแบบอนุกรม แล้ว จะต้องทำการแปลงข้อมูลจากแบบขนานไปเป็นแบบอนุกรม (Parallel-to-serial) เสียก่อน ส่วนเครื่องคอมพิวเตอร์ฝั่งรับก็จะต้องแปลงข้อมูลแบบอนุกรมจากสายส่งไปแบบ ขนานด้วย (Serial-to-parallel)

Types of Serial Transmission

- Asynchronous
ส่งข้อมูลครั้งละไบต์ (1 Byte = 8 bit) ในแต่ลไบต์ที่ถูกส่งออกไปจึงต้องมีบิตเริ่มต้น (Start bit) ซึ่งจะกำหนดค่าเป็น "0" และบิตสิ้นสุด (Stop bit) ซึ่งจะกำหนดค่าใหเป็น "1"

- Synchronous
ใช้การนับจำนวนบิตของข้อมูลที่เข้ามาให้ได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ การส่งแบบ Synchronous จะมีความเร็วของการรับส่งข้อมูลได้เร็วกว่าแบบ Asynchronous เนื่องจากไม่ต้องมีบิตพิเศษเพิ่มเติมเข้ามา และไม่มีช่องว่างเกิดขึ้นระหว่างไบต์ของข้อมูลอีกด้วย

- Isochronous

Digital to analog conversion

- Bit rate คือ จำนวนของบิตข้อมูลที่สามารถส่งได้ใน 1 วินาที มีหน่วยเป็น bps

- Baud rate คือ อัตราการเปลี่ยนแปลงสัญญาณใน 1 วินาที มีหน่วยเป็น baud/s

Amplitude Shift Keying (ASK)

เป็นเทคนิคในการแปลงบิตข้อมูลให้เป็นสัญญาณอะนาล็อก โดยหลักการ Modulat บิตข้อมูลกับสัญญาณคลื่นพาห์แบบ ASK นั้นจะให้ความถี่ และเฟสคงที่ แต่จะให้แอมพลิจูดเปลี่ยนไปตามบิตข้อมูล

Phase Shift Keying (PSK)

เป็นเทคนิค Modulat บิตข้อมูลกับสัญญาณคลื่นพาห์แบบ PSK นั้นจะให้เฟสของสัญญาณเปลี่ยนแปลงไปตามบิตข้อมูล โดยให้แอมพลิจูด และความถี่คงที่ ดังนั้นเทคนิคแบบ PSK นี้บิตข้อมูลจะเป็นตัวกำหนดว่าจะให้เฟสของสัญญาณมีค่าเท่าไหร่

Physical Layer(1) [Con't1]

Composite signal
- ในคลื่นซายน์จะมีค่าที่เท่าเดิมตลอด ซึ่งไม่เพียงพอต่อการใช้งาน จึงมีการผสมคลื่นรูปซายน์หลายๆแบบ โดยคลื่นที่นำมาผสมจะมีค่าแอมพลิจูด ความถี่ และเฟส ที่ต่างกัน แล้วเกิดคลื่นใหม่
Frequencies, Phases
- เฟสของสัญญาณอะนาล็อกจะเป็นค่าที่แสดงถึงต่ำแหน่งต่างๆ ของคลื่นรูปซายน์ ถ้าเลื่อนแกน y ไปทางขวาหรือซ้ายจะเห็นถึงเฟสที่มีความแตกต่างกันไป
Bandwidth
- ความแตกต่างระหว่างความถี่สูงและความถี่ต่ำที่อยุ่ในSignal
ปริมาณการส่งข้อมูลของช่องทางการสื่อสาร (Channel Capacity)
- อัตราในการส่งข้อมูลของช่องทางการสื่อสาร อยู่ภายใต้ข้อจำกัดในการสื่อสารต่างๆ
- ปริมาณในการส่งข้อมูลขึ้นอยู่กับ
1. Data rate อัตราในการส่งข้อมูล มีหน่วยเป็น บิตต่อวินาที (bps)
2. Bandwidth ความกว้างของช่องทางในการส่งข้อมูล ซึ่งขึ้นอยู่กับตัวส่งข้อมูล และตัวกลางในการส่งข้อมูล มีหน่วยเป็น Hertz
3. Noise คลื่นสัญญาณรบกวน
4. Error rate อัตราความผิดพลาดในการส่งข้อมูล

- กรณีไม่มีสัญญาณรบกวน

1. Noise ทำให้ความสามารถในการเคลื่อนย้ายข้อมูลลดลง
2. Signal-to-noise ratio อธิบายระดับของการรบกวน
3. S=กำลังส่งสัญญาณ (watts) , N=กำลัง noise (watts)
4. SNR วัดเท่าของกำลังสัญญาณส่งกับกำลัง noise

SNR สูงสัญญาณคุณภาพดี
SNR ต่ำสัญญาณคุณภาพไม่ดี

5. Data rate สูงสุดถ้ามี noise หาจากสูตร shannon
Exponential Function
ฟังก์ชันที่สามารถเขียนได้ในรูป y = a-x เมื่อ a > 0 และ a ¹ 1 เช่น y = 2x
- y = a0 = 1
- y = a ¹ = a
- y = a-x = 1/ax
- y = am+ an= am+n
Logarithmic Function
ฟังก์ชัน ที่เขียนในรูป y = logax เมื่อ x เป็นจำนวนจริงบวกและ a เป็นจำนวนจริงบวกที่ไม่เท่ากับ 1logax อ่านว่า ลอการิทึมของเอกซ์ฐานเอ
log2L = N
L - number of level
N - number of bits that can send in period
8 Kbps - 8 kilo bits per sec
8 KBps - 8 kilo byte per sec
1 byte - 8 bits

Baseband transmission
- ใช้ความจุเต็มที่ของchannel ในการส่งข้อมูล
low-pass channel
- ความถี่ต่ำสุดคือ 0
wide bandwidth
- ความถี่สูงมาก
narrow bandwidth
- ความถี่ไม่สูงมาก
Bandpass channel
- ไม่ต้องเริ่มจาก 0

Mediumanalog bandwidth
- hertz
digital bandwidth
- bits per second

Nyquist Bit คือ

การคำนวณอัตราการส่งบิตข้อมูลโดยที่ช่องสื่อสารไม่มีสัญญาณรบกวน ซึ่งเรียกได้ว่าเป็นอัตราเร็วสูงสุดของการส่งข้อมูล จะใช้สมการ ดังนี้

RateBitrate = 2 * bandwidth * log2L

L = จำนวนระดับของสัญญาณที่ใช้แทนข้อมูล
Bandwidth = bandwidth ของช่องสื่อสาร

Nyquist Bit Rate คือ
การคำนวณหาอัตราการส่งบิตข้อมูลภายในช่องสื่อสารที่มีสัญญาณรบกวน จะใช้สมการดังนี้

Bitrate = 2 * bandwidth * log2L

Capacity
- เป็นความสามารถของการส่งข้อมูลภายในช่องสื่อสารที่มีสัญญาณรบกวน
Bandwidth
- bandwidth ของช่องสื่อสาร
SNR (signal to noise ratio)
- เป็นอัตราส่วนระหว่างพลังงานของสัญญาณที่ใช้ในการส่งข้อมูลกับพลังงานของสัญญาณรบกวน