บทที่ 3 อุปกรณ์การสื่อสารข้อมูล

  ฮับ หรือ รีพีทเตอร์ (Hub, Repeater)

เป็นอุปกรณ์ที่ทวน และขยายสัญญาณ เพื่อส่งต่อไปยังอุปกรณ์อื่น ให้ได้ระยะทางที่ยาวไกลขึ้น ไม่มีการเปลี่ยนแปลงข้อมูลก่อนและหลัง การรับ-ส่ง และไม่มีการใช้ซอฟท์แวร์ใดๆ มาเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ชนิดนี้ การติดตั้งจึงทำได้ง่าย ข้อเสียคือ ความเร็วในการส่งข้อมูล จะเฉลี่ยลดลงเท่ากันทุกเครื่อง เมื่อมีคอมพิวเตอร์มาเชื่อมต่อมากขึ้น

  สวิทช์ หรือ บริดจ์ (Switch, Bridge)

 เป็นอุปกรณ์สำหรับเชื่อมต่อ เครือข่ายท้องถิ่น หรือ แลน (LAN) ประเภทเดียวกัน ใช้โปรโตคอลเดียวกัน สองวงเข้าด้วยกัน เช่น ใช้เชื่อมต่อ อีเธอร์เน็ตแลน (Ethernet LAN) หรือ โทเคนริงก์แลน (Token Ring LAN) ทั้งนี้ สวิทช์ หรือ บริดจ์ จะมีความสามารถในการเชื่อมต่อ ฮาร์ดแวร์ และตรวจสอบข้อผิดพลาด ของการส่งข้อมูลได้ด้วย ความเร็วในการส่งข้อมูล ก็มิได้ลดลง และติดตั้งง่าย

  เร้าเตอร์ (Router)

 เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานคล้าย สวิทช์ แต่จะสามารถเชื่อมต่อ ระบบที่ใช้สื่อ หรือสายสัญญาณต่างชนิดกันได้ เช่น เชื่อมต่อ อีเธอร์เน็ตแลน

(Ethernet LAN) ที่ส่งข้อมูลแบบ ยูทีพี (UTP: Unshield Twisted Pair) เข้ากับ อีเธอร์เน็ตอีกเครือข่าย แต่ใช้สายแบบโคแอ็กเชียล(Coaxial cable) ได้ นอกจากนี้ยังช่วยเลือก หรือกำหนดเส้นทางที่จะส่งข้อมูลผ่าน และแปลงข้อมูลให้เหมาะสมกับการนำส่ง แน่นอนว่าการติดตั้งย่อมยุ่งยากมากขึ้น

  เกทเวย์ (Gateway)

เป็นอุปกรณ์ที่มีความสามารถสูงสุด ในการเชื่อมต่อเครือข่ายต่างๆ เข้าด้วยกัน โดยไม่มีขีดจำกัด ทั้งระหว่างเครือข่ายต่างระบบ หรือแม้กระทั่ง โปรโตคอล จะแตกต่างกันออกไป เกทเวย์ จะแปลงโปรโตคอล ให้เหมาะสมกับอุปกรณ์ที่ต่างชนิดกัน จัดเป็นอุปกรณ์ที่มีราคาแพง และติดตั้งใช้งานยุ่งยาก เกตเวย์บางตัว จะรวมคุณสมบัติในการเป็น เร้าเตอร์ ด้วยในตัว หรือแม้กระทั่ง อาจรวมเอาฟังก์ชั่นการทำงาน ด้านการรักษาความปลอดภัย ที่เรียกว่า ไฟร์วอลล์ (Firewall) เข้าไว้ด้วยกัน

โมเดม (Modem)

บทที่ 2 สื่อกลางในการสื่อสารข้อมูล

    ตัวกลางหรือสายเชื่อมโยง เป็นส่วนที่ทำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกัน และอุปกรณ์นี้ยอมให้ข่าวสารข้อมูลเดินทางผ่าน จากผู้ส่งไปสู่ผู้รับ สื่อกลางที่ใช้ในการสื่อสารข้อมูลมีอยู่หลายประเภท แต่ละประเภทมความแตกต่างกันในด้านของปริมาณข้อมูล ที่สื่อกลางนั้น ๆ สามารถนำผ่านไปได้ในเวลาขณะใดขณะหนึ่ง การวัดปริมาณหรือความจุในการนำข้อมูลหรือ ที่เรียกกันว่าแบบด์วิดท์  มีหน่วยเป็นจำนวน
บิตข้อมูลต่อวินาที  ลักษณะของตัวกลางต่างๆ มีดังต่อไปนี้
สื่อกลางประเภทมีสาย   เช่น สายโทรศัพท์ เคเบิลใยแก้วนำแสง เป็นต้น สื่อที่จัดอยู่ในการสื่อสารแบบมีสายที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ได้แก่
   สายทองแดงแบบไม่หุ้มฉนวน (Unshield Twisted Pair)
มีราคาถูกและนิยมใช้กันมากที่สุด ส่วนใหญ่มักใช้กับระบบโทรศัพท์ แต่สายแบบนี้มักจะถูกรบกวนได้ง่าย และไม่ค่อยทนทาน

 สายทองแดงแบบหุ้มฉนวน (Shield Twisted Pair)



     มีลักษณะเป็นสองเส้น มีแนวแล้วบิดเป็นเกลี่ยวเข้าด้วยกันเพื่อลดเสียงรบกวน มีฉนวนหุ้มรอบนอก มีราคาถูก ติดตั้งง่าย น้ำหนักเบาและ การรบกวนทางไฟฟ้าต่ำ สายโทรศัพท์จัดเป็นสายคู่บิดเกลี่ยวแบบหุ้มฉนวน

สายโคแอคเชียล (Coaxial)
   สายแบบนี้จะประกอบด้วยตัวนำที่ใช้ในการส่งข้อมูลเส้นหนึ่งอยู่ตรงกลางอีกเส้นหนึ่งเป็นสายดิน ระหว่างตัวนำสองเส้นนี้จะมีฉนวนพลาสติก กั้นสายโคแอคเชียลแบบหนาจะส่งข้อมูลได้ไกลหว่าแบบบางแต่มีราคาแพงและติดตั้งได้ยากกว่า
     สายเคเบิลแบบโคแอกเชียลหรือเรียกสั้น ๆ ว่า  "สายโคแอก"  จะเป็นสายสื่อสารที่มีคุณภาพที่กว่าและราคาแพงกว่า สายเกลียวคู่  ส่วนของสายส่งข้อมูลจะอยู่ตรงกลางเป็นลวดทองแดงมีชั้นของตัวเหนี่ยวนำหุ้มอยู่  2  ชั้น  ชั้นในเป็นฟั่นเกลียวหรือชั้นแข็ง  ชั้นนอกเป็นฟั่นเกลียว และคั่นระหว่างชั้นด้วยฉนวนหนา  เปลือกชั้นนอกสุดเป็นฉนวน  สายโคแอกสามารถม้วนโค้งงอได้ง่าย  มี  2  แบบ คือ  75  โอมห์ และ  50 โอมห์  ขนาดของสายมีตั้งแต่  0.4 - 1.0  นิ้ว   ชั้นตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่ป้องกันการสูญเสียพลังงานจากแผ่รังสี  เปลือกฉนวนหนาทำให้สายโคแอก
มีความคงทนสามารถฝังเดินสายใต้พื้นดินได้  นอกจากนั้นสาย  โคแอกยังช่วยป้องกัน  "การสะท้อนกลับ" (Echo)  ของเสียงได้อีกด้วยและลดการ รบกวนจากภายนอกได้ดีเช่นกัน
           สายโคแอกสามารถส่งสัญญาณได้ ทั้งในช่องทางแบบเบสแบนด์และแบบบรอดแบนด์ การส่งสัญญาณในเบสแบนด์สามารถทำได้เพียง  1 ช่องทางและเป็นแบบครึ่งดูเพล็กซ์  แต่ในส่วนของการส่งสัญญาณ ในบรอดแบนด์จะเป็นเช่นเดียวกับสายเคเบิลทีวี  คือสามารถส่งได้พร้อมกันหลายช่องทาง ทั้งข้อมูลแบบดิจิตอลและแบบอนาล็อก  สายโคแอกของเบสแบนด์สามารถส่งสัญญาณได้ไกลถึง  2  กม.  ในขณะที่บรอดแบนด์ส่งได้ไกลกว่าถึง  6 เท่า  โดยไม่ต้องเครื่องทบทวน  หรือเครื่องขยายสัญญาณเลย  ถ้าอาศัยหลักการมัลติเพล็กซ์สัญญาณแบบ  FDM  สายโคแอกสามารถมีช่องทาง (เสียง)  ได้ถึง  10,000  ช่องทางในเวลาเดียวกัน อัตราเร็วในการส่งข้อมูลมีได้สูงถึง  50  เมกะบิตต่อวินาที  หรือ 800 เมกะบิตต่อวินาที  ถ้าใช้เครื่องทบทวนสัญญาณทุก ๆ 1.6  กม. ตัวอย่างการใช้สายโคแอกในการส่งสัญญาณข้อมูลที่ใช้กันมากในปัจจุบัน คือสายเคเบิลทีวี  และสายโทรศัพท์ทางไกล (อนาล็อก)  สายส่งข้อมูลในระบบเครือข่ายท้องถิ่น  หรือ  LAN (ดิจิตอล)  หรือใช้ในการเชื่อมโยงสั้น ๆ ระหว่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์  

 ใยแก้วนำแสง (Optic Fiber)
    ทำจากแก้วหรือพลาสติกมีลักษณะเป็นเส้นบางๆ คล้าย เส้นใยแก้วจะทำตัวเป็นสื่อในการส่งแสงเลเซอร์ที่มีความเร็วในการส่งสัญญาณเท่ากับ ความเร็วของแสง
   หลักการทั่วไปของการสื่อสารในสายไฟเบอร์ออปติกคือการเปลี่ยนสัญญาณ (ข้อมูล)  ไฟฟ้าให้เป็นคลื่นแสงก่อน  จากนั้นจึงส่งออกไปเป็นพัลส์ ของแสง ผ่านสายไฟเบอร์ออปติกสายไฟเบอร์ออปติกทำจากแก้วหรือพลาสติกสามารถส่งลำแสง ผ่านสายได้ทีละหลาย ๆ ลำแสงด้วยมุมที่ต่างกัน  ลำแสงที่ส่งออกไปเป็นพัลส์นั้นจะสะท้อนกลับไปมาที่ผิวของสายชั้นในจนถึงปลายทาง
    จากสัญญาณข้อมูลซึ่งอาจจะเป็นสัญญาณอนาล็อกหรือดิจิตอล จะผ่านอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่มอดูเลตสัญญาณเสียก่อน  จากนั้นจะส่งสัญญาณมอดูเลต ผ่านตัวไดโอดซึ่งมี  2  ชนิดคือ  LED  ไดโอด  (light Emitting Diode)  และเลเซอร์ไดโอด หรือ  ILD ไดโอด  (Injection Leser Diode)  ไดโอดจะมีหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณมอดูเลตให้เป็นลำแสงเลเซอร์ซึ่งเป็นคลื่นแสงในย่านที่มองเห็นได้  หรือเป็นลำแสงในย่านอินฟราเรดซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้  ความถี่ย่านอินฟราเรดที่ใช้จะอยู่ในช่วง 1014-1015 เฮิรตซ์  ลำแสงจะถูกส่งออกไปตามสายไฟเบอร์ออปติก  เมื่อถึงปลายทางก็จะมีตัวโฟโต้ไดโอด (Photo Diode)  ที่ทำหน้าที่รับลำแสงที่ถูกส่งมาเพื่อเปลี่ยนสัญญาณแสงให้กลับไปเป็นสัญญาณมอดูเลตตามเดิม  จากนั้นก็จะส่งสัญญาณผ่านเข้าอุปกรณ์ดีมอดูเลต  เพื่อทำการดีมอดูเลตสัญญาณมอดูเลตให้เหลือแต่สัญญาณข้อมูลที่ต้องการ
    สายไฟเบอร์ออปติกสามารถมีแบนด์วิดท์  (BW)  ได้กว้างถึง  3 จิกะเฮิรตซ์ (1 จิกะ = 109) และมีอัตราเร็วในการส่งข้อมูลได้ถึง  1 จิกะบิต ต่อวินาที  ภายในระยะทาง  100 กม.  โดยไม่ต้องการเครื่องทบทวนสัญญาณเลย  สายไฟเบอร์ออปติกสามารถมีช่องทางสื่อสารได้มากถึง  20,000-60,000  ช่องทาง  สำหรับการส่งข้อมูลในระยะทางไกล ๆ ไม่เกิน  10 กม.  จะสามารถมีช่องทางได้มากถึง 100,000  ช่องทางทีเดียว

ข้อดีของใยแก้วนำแสดงคือ
1. ป้องกันการรบกวนจากสัญญาณไฟฟ้าได้มาก
2. ส่งข้อมูลได้ระยะไกลโดยไม่ต้องมีตัวขยายสัญญาณ
3. การดักสัญญาณทำได้ยาก ข้อมูลจึงมีความปลอดภัยมากกว่าสายส่งแบบอื่น
4. ส่งข้อมูลได้ด้วยความเร็วสูงและสามารถส่งได้มาก ขนาดของสายเล็กและน้ำหนักเบา
สื่อกลางประเภทไม่มีสาย 
   ระบบไมโครเวฟ  (Microwave System)
 การส่งสัญญาณข้อมูลไปกลับคลื่นไมโครเวฟเป็นการส่งสัญญาณข้อมูลแบบรับช่วงต่อๆ กันจากหอ (สถานี)  ส่ง-รับสัญญาณหนึ่งไปยังอีกหอหนึ่ง  แต่ละหาจะครอบคลุมพื้นที่รับสัญญาณประมาณ 30-50  กม.  ระยะห่างของแต่ละหอคำนวณง่าย ๆ ได้จาก
สูตร
        d  = 7.14 (1.33h)1/2 กม.
       เมื่อ     d = ระยะห่างระหว่างหอ  h = ความสูงของหอ  

    การส่งสัญญาณข้อมูลไมโครเวฟมักใช้กันในกรณีที่การติดตั้งสายเคเบิลทำได้ไม่สะดวก เช่น ในเขตเมืองใหญ่ ๆ หรือในเขตที่ป่าเขา  แต่ละสถานีไมโครเวฟจะติดตั้งจานส่ง-รับสัญญาณข้อมูล  ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ  10 ฟุต  สัญญาณไมโครเวฟเป็นคลื่นย่านความถี่สูง  (2-10 จิกะเฮิรตซ์)  เพื่อป้องกันการแทรกหรือรบกวนจากสัญญาณอื่น ๆ  แต่สัญญาณอาจจะอ่อนลง  หรือหักเหได้ในที่มีอากาศร้อนจัด  พายุหรือฝน  ดังนั้นการติดตั้งจาน ส่ง-รับสัญญาณจึงต้องให้หันหน้าของจานตรงกัน  และหอยิ่งสูงยิ่งส่งสัญญาณได้ไกล
    ปัจจุบันมีการใช้การส่งสัญญาณข้อมูลทางไมโครเวฟกันอย่างแพร่หลาย  สำหรับการสื่อสารข้อมูลในระยะทางไกล ๆ หรือระหว่างอาคาร  โดยเฉพาะในกรณีที่ไม่สะดวกที่จะใช้สายไฟเบอร์ออปติก  หรือการสื่อสารดาวเทียม  อีกทั้งไมโครเวฟยังมีราคาถูกกว่า  และติดตั้งได้ง่ายกว่า  และสามารถส่งข้อมูลได้คราวละมาก ๆ ด้วย  อย่างไรก็ตามปัจจัยสำคัญที่ทำให้สื่อกลางไมโครเวฟเป็นที่นิยม  คือราคาที่ถูกกว่า



   การสื่อสารด้วยดาวเทียม  (Satellite Transmission)
    ที่จริงดาวเทียมก็คือสถานีไมโครเวฟลอยฟ้านั่นเอง  ซึ่งทำหน้าที่ขยายและทบทวนสัญญาณข้อมูล  รับและส่งสัญญาณข้อมูลกับสถานีดาวเทียม ที่อยู่บนพื้นโลก  สถานีดาวเทียมภาคพื้นจะทำการส่งสัญญาณข้อมูล ไปยังดาวเทียมซึ่งจะหมุนไปตามการหมุนของโลกซึ่งมีตำแหน่งคงที่เมื่อเทียมกับ ตำแหน่งบนพื้นโลก  ดาวเทียมจะถูกส่งขึ้นไปให้ลอยอยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ  23,300  กม.  เครื่องทบทวนสัญญาณของดาวเทียม (Transponder)  จะรับสัญญาณข้อมูลจากสถานีภาคพื้นซึ่งมีกำลังอ่อนลงมากแล้วมาขยาย   จากนั้นจะทำการทบทวนสัญญาณ และตรวจสอบตำแหน่งของสถานีปลายทาง  แล้วจึงส่งสัญญาณข้อมูลไปด้วยความถี่ในอีกความถี่หนึ่งลงไปยังสถานีปลายทาง  การส่งสัญญาณข้อมูลขึ้นไปยังดาวเทียมเรียกว่า  "สัญญาณอัปลิงก์"
(Up-link) และการส่งสัญญาณข้อมูลกลับลงมายังพื้นโลกเรียกว่า "สัญญาณ ดาวน์-ลิงก์ (Down-link)
 ลักษณะของการรับส่งสัญญาณข้อมูลอาจจะเป็นแบบจุดต่อจุด (Point-to-Point)  หรือแบบแพร่สัญญาณ (Broadcast)  สถานีดาวเทียม  1 ดวง สามารถมีเครื่องทบทวนสัญญาณดาวเทียมได้ถึง  25 เครื่อง   และสามารถครอบคลุมพื้นที่การส่งสัญญาณได้ถึง  1 ใน 3  ของพื้นผิวโลก  ดังนั้นถ้าจะส่งสัญญาณข้อมูลให้ได้รอบโลกสามารถทำได้โดยการส่งสัญญาณผ่านสถานีดาวเทียมเพียง  3  ดวงเท่านั้น

    ระหว่างสถานีดาวเทียม  2  ดวง  ที่ใช้ความถี่ของสัญญาณเท่ากันถ้าอยู่ใกล้กันเกินไปอาจจะทำให้เกิดการรบกวนสัญญาณ ซึ่งกันและกันได้  เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน  หรือชนกันของสัญญาณดาวเทียม จึงได้มีการกำหนดมาตรฐานระยะห่างของสถานีดาวเทียม และย่านความถี่ของสัญญาณดังนี้
   ระยะห่างกัน  4 องศา  (วัดมุมเทียงกับจุดศูนย์กลางของโลก)  ให้ใช้ย่านความถี่ของสัญญาณ  4/6 จิกะเฮิรตซ์  หรือย่าน C แบนด์โดยมีแบนด์วิดท์ของสัญญาณอัป-ลิงก์เท่ากับ  5.925-6.425 จิกะเฮิรตซ์  และมีแบนด์วิดท์ของสัญญาณดาวน์-ลิงก์เท่ากับ  3.7-4.2 จิกะเฮิรตซ์
ระยะห่างกัน  3 องศา  ให้ใช้ย่านความถี่ของสัญญาณ  12/14  จิกะเฮิรตซ์  หรือย่าน KU แบนด์  โดยมีแบนด์วิดท์ของสัญญาณอัป-ลิงก์เท่ากับ  14.0-14.5  จิกะเฮิรตซ์  และมีแบนด์วิดท์ของสัญญาณดาวน์-ลิงก์เท่ากับ  11.7-12.2 จิกะเฮิรตซ์ 
 นอกจากนี้สภาพอากาศ เช่น ฝนหรือพายุ  ก็สามารถทำให้สัญญาณผิดเพี้ยนไปได้เช่นกัน
     สำหรับการส่งสัญญาณข้อมูลนั้นในแต่ละเครื่องทบทวนสัญญาณจะมีแบนด์วิดท์เท่ากับ  36  เมกะเฮิรตซ์  และมีอัตราเร็วการส่งข้อมูลสูงสุดเท่ากับ  50 เมกะบิตต่อวินาที
      ข้อเสีย ของการส่งสัญญาณข้อมูลทางดาวเทียมคือ  สัญญาณข้อมูลสามารถถูกรบกวนจากสัญญาณภาคพื้นอื่น ๆ ได้  อีกทั้งยังมีเวลาประวิง(Delay Time)  ในการส่งสัญญาณเนื่องจากระยะทางขึ้น-ลง ของสัญญาณ  และที่สำคัญคือ มีราคาสูงในการลงทุนทำให้ค่าบริการสูงตามขึ้นมาเช่นกัน