CCNA1 : CCNA Exploration Network Fundamentals - 4.0

Chapter 8 OSI Physical Layer

>Physical Layer: Communication SignalsPurpose of the Physical Layer

- Physical Layer เป็นเลเยอร์ระดับล่างสุดที่ทำการส่งข้อมูลในระดับบิตไปยังสื่อที่ใช้ในการส่งข้อมูล
-  เป้าหมายของเลเยอร์นี้สร้างสัญญาณ(ไฟฟ้า, แสง, ไมโครเวฟ) ที่เป็นตัวแทนของบิตในแต่ละเฟรม

Physical Layer Operation

- สื่อที่ใช้ในการสื่อสารข้อมูล : การเลือกใช้สื่อขึ้นกับว่าต้องการส่งสัญญาณอะไร

1. Copper cable : ใช้ส่งสัญญาณไฟฟ้า
2. Fiber : ใช้ส่งแสง
3. Wireless : ใช้ส่งคลื่นวิทยุ

Physical Layer Standards

- The International Organization for Standardization (ISO)
- The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
- The American National Standards Institute (ANSI)
- The International Telecommunication Union (ITU)
- The Electronics Industry Alliance/Telecommunications Industry Association (EIA/TIA)
- National telecommunications authorities such as the Federal Communication Commission (FCC) in the USA.

Physical Layer Fundamental Principles

- The physical components : ฮาร์ดแวร์, สื่อ, ตัวเืชื่อมต่อ
- Data encoding : คือกระบวณการเปลี่ยนข้อมูลให้เป็นสัญญาณ
- Signaling : คือการแปลงสัญญาญให้อยู่ในรูปบิตข้อมูลที่เป็น 0 หรือ 1

>Physical Signaling and Encoding: Representing Bits

Signaling Bits for the Media

- การเปลี่ยนแปลงของบิตอาจจะพิจารณาตามลักษณะของ Amplitude, Frequency, Phase
- ตัวอย่างของกระบวณการแปลงบิตข้อมูลให้อยู่ในรูปของสัญญาณ
1. Non-Return to Zero (NRZ) : ถ้าบิตข้อมูลมีค่าเป็น 0 แรงดันไฟฟ้าจะมีค่าเป็นบวก แต่ถ้าบิตข้อมูลมีค่า 1 แรงดันไฟฟ้าจะมีค่าลบ กระบวณการนี้เหมาะกับการส่งข้อมูลแบบช้า
2. Manchester Encoding : กระบวณการนี้จะมีการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าจากบวกเป็นลบเมื่อบิตข้อมูลมีค่าเป็น 0 แต่ถ้าบิตข้อมูลมีค่าเป็น 1 จะมีการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าจากลบเป็นบวก ตัวอย่างการใช้เช่น 10BaseT Ethernet

Data-Carrying Capacity : พิจารณาจาก Bandwidth, Throughput, Goodput

>Physical Media: Connecting Communication

Types of Physical Media

Unshielded Twisted Pair (UTP) Cable

- สายคู่บิดเกลียวแบบไม่มีส่วนป้องกันสัญญาณรบกวนหรือ UTP (Unshielded Twisted Pairs) เป็นสายสัญญาณที่นิยมเรียกสั้น ๆ ว่าสาย UTP เป็นสายสัญญาณที่นิยมใช้กันมากที่สุดในระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ปัจจุบัน ซึ่งการใช้สายนี้ความยาวต้องไม่เกิน 100 เมตร

Shielded Twisted Pair (STP) Cable

- สายคู่บิดเกลียวแบบมีส่วนป้องกันสัญญาณรบกวน หรือ STP (Shielded Twisted Pairs) มีส่วนที่เพิ่มขึ้นมาคือ ส่วนที่ป้องกันสัญญาณรบกวนจากภายนอก ซึ่งชั้นป้องกันนี้อาจเป็นแผ่นโลหะบาง ๆ หรือใยโลหะที่ถักเปียเป็นตาข่าย ซึ่งชี้นป้องกันนี้จะห่อหุ้มสายคู่บิดเกลียวทั้งหมด ซึ่งจุดประสงค์ของการเพิ่มขั้นห่อหุ้มนี้เพื่อป้องกันการรบกวนจากคลื่นแม่ เหล็กไฟฟ้า เช่น คลื่นวิทยุจากแหล่งต่าง ๆ
- ใช้ใน Token Ring

Coaxial Cable

- สายโคแอกเชียล (Coaxial Cable) ส่วนใหญ่จะเรียกสั้น ๆ ว่าสายโคแอ็กซ์ (Coax) จะมีตัวนำไฟฟ้าอยู่สองส่วน คำว่า โคแอ็กซ์ มีความหมายว่า “มีแกนร่วมกัน” ซึ่งชื่อก็บอกความหมายว่าต้นนำทั้งสองตัวมีแกนร่วมกันนั่นเอง โครงสร้างของสายโคแอ็กซ์ประกอบด้วยสายทองแดงเป็นแกนกลาง แล้วห่อหุ้มด้วยวัสดุที่เป็นฉนวน ชั้นต่อมาจะเป็นตัวนำไฟฟ้าอีกชั้นหนึ่ง ซึ่งจะเป็นแผ่นโลหะบาง ๆ หรืออาจจะเป็นใยโลหะที่ถักเปียปุ้มอีกชั้นหนึ่ง สุดท้ายก็หุ้มด้วยฉนวนและวัสดุป้องกันสายสัญญาณ ส่วนแกนเป็นส่วนที่นำสัญญาณข้อมูล ส่วนชั้นในข่ายเป็นชั้นที่ใช้ป้องกันสัญญาณรบกวนจากภายนอกและเป็นสายดินใน ตัว ดังนั้นสองส่วนนี้ต้องไม่เชื่อมต่อกันมิฉะนั้นอาจเกิดไฟช็อตได้
- ส่วนใหญ่ใช้กับสัญญาณเคเบิลทีวี

Copper Media Safety

- Electrical Hazards
- Fire Hazards :

Fiber Media

- สายใยแก้วนำแสง (Fiber Optic) ใช้สัญญาณแสงในการส่งสัญญาณไฟฟ้า ทำให้การส่งสัญญาณไม่ถูกรบกวนจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าต่าง ๆ ทั้งยังคงทนต่อสภาพแวดล้อมอีกด้วย และตัวกลางที่ใช้สำหรับการส่งสัญญาณแสงก็คือ ใยแก้วซึ่งมีขนาดเล็กและบางทำให้ประหยัดพื้นที่ไปได้มาก สามารถส่งสัญญาณไปได้ไกลโดยมีการสูญเสียของสัญญาณน้อย ทั้งยังให้อัตราข้อมูล (Bandwidth) ที่สูงยิ่งกว่าสายแบบโลหะหลายเท่าตัว
- การแบ่ง ประเภทของสายไฟเบอร์นั้นจะใช้โมเดลดิสเปอร์ชันเป็นเกณฑ์คือ
• สายไฟเบอร์แบบมัลติโหมดจะมีขนาดคอร์ใหญ่กว่ามาก (ประมาณ 50-100 ไมครอน) ซึ่งอนุญาตให้แสงหลายโหมดผ่านได้, ใช้แสงเลเซอร์
• สายไฟเบอร์แบบซิงเกิลโหมดมีขนาดประมาณ 5-10 ไมครอน อนุญาตให้แสงโหมดเดียว (1310 nm หรือ 1550nm) ผ่านได้เท่านั้น ซึ่งทำให้การแตกกระจายของสัญญาณลดลงได้มาก, ใช้แสงจาก LEDs
- ข้อดีของใยแก้วนำแสดงคือ
1. ป้องกันการรบกวนจากสัญญาณไฟฟ้าได้มาก
2. ส่งข้อมูลได้ระยะไกลโดยไม่ต้องมีตัวขยายสัญญาณ
3. การดักสัญญาณทำได้ยาก ข้อมูลจึงมีความปลอดภัยมากกว่าสายส่งแบบอื่น
4. ส่งข้อมูลได้ด้วยความเร็วสูงและสามารถส่งได้มาก ขนาดของสายเล็กและน้ำหนักเบา

โดนใจอยากให้อ่าน

- cable and wireless

-www.cablethailand.com

เรื่องที่เกี่ยวข้อง

• CCNA1 : Chapter 9 Ethernet
• CCNA1 : Chapter 7 OSI Data Link Layer
• CCNA1 : Chapter 6 Addressing the Network: IPv4
• CCNA1 : Chapter 5 OSI Network Layer
• CCNA1 : Chapter 4 OSI Transport Layer

CCNA1 : CCNA Exploration Network Fundamentals - 4.0

Chapter 9 Ethernet

>Overview of EthernetEthernet: Standards and Implementation

- สถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์นานาชาติ IEEE หรือ The Institute of Electrical and Electronics Engineers  ที่มีศูนย์อำนวยการใหญ่อยู่ที่ประเทศสหรัฐอเมริกา และเป็นศูนย์กลางแลกเปลี่ยนความรู้วิทยาการใหม่ๆ ด้านอิเล็กทรอนิกส์
IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) ก่อตั้งขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1963 ในประเทศสหรัฐอเมริกา โดยการรวมตัวของ 2 สถาบัน คือ AIEE และ TRE ซึ่งดำเนินกิจกรรมวิจัยและพัฒนาศาสตร์ด้านการโทรคมนาคม ระบบแสง ไฟฟ้ากำลัง และอื่นๆมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1884
- IEEE กำหนดเครือข่ายเฉพาะที่โดยใช้ตัวเลข 802 ตามด้วยตัวเลขย่อยเป็นรหัสประจำแต่ละมาตรฐาน รูปที่ข้างล่างนี้ เป็นแบบจำลองบางส่วนของมาตรฐานซึ่งเป็นที่รู้จักแพร่หลายได้แก่
• IEEE 802.3 หรืออีเทอร์เนต ใช้โปรโตคอลซีเอสเอ็มเอ/ซีดีในโทโปโลยีแบบบัส
• IEEE 802.4 หรือโทเคนบัส ใช้โปรโตคอลส่งผ่านโทเคนในโทโปโลยีแบบบัส
• IEEE 802.5 หรือโทเคนริง ใช้โปรโตคอลส่งผ่านโทเคนในโทโปโลยีวงแหวน
ข้อกำหนดเพิ่มเติมที่ IEEE สร้างขึ้นในทุกมาตรฐาน 802 คือแยกระดับชั้นเดาทาลิงค์ออกเป็น 2 ส่วนย่อย โดยให้มาตรฐาน  802.2 ซึ่งเรียกว่า แอลแอลซี (LLC : Logical Link Control) เป็นส่วนเชื่อมต่อกับชั้นเน็ตเวิร์ค อินเทอร์เฟสของแอลแอลซีในเครือข่ายแต่ละชนิด (802.3, 802.4 และ 802.5) จะมีรูปแบบเชื่อมต่อกับชั้นเน็ตเวิร์คเช่นเดียวกันหมด

Ethernet: Layer 1 and Layer 2

Logical Link Control: Connecting to the Upper Layers

- LLC  (Logical  Link  Control)  เปนเลเยอรยอยที่อยูดานบนของดาตาลิงคเลเยอร  ซึ่งจะใหบริการกับโปรโตคอลของเลเยอรบนในการเขาใกลสื่อกลางหรือสายสัญญาณในการรับสงขอมูล ตามมาตรฐาน  IEEE  802  แลวจะอนุญาตใหสถาปตยกรรมของ  LAN  ที่ตางกันสามารถทํางานรวมกันได  กลาวคือ  โปรโตคอลเลเยอรบนไมจําเปนตองทราบวาฟสิคอลเลเยอรใชสัญญาณประเภทใดในการรับสงขอมูลเพราะ   LLC   รับผิดชอบแทนในการปรับเฟรมขอมูลใหสามารถสงไปไดในสายสัญญาณประเภทนั้นๆ  LLC  เปนเลเยอรที่แยกชั้นเครือขาย  (Network  Layer)  ออกจากการเปลี่ยนแปลงบอยๆ ของสถาปัตยกรรมของ LAN โดยโปรโตคอลของเลเยอรสูงกวา ไมจําเปนตองสนใจวาแพ็กเก็ตจะสงผานเครือขายแบบอีเทอรเน็ต  โทเคนริง  หรือ  ATM  และไมจําเปนตองรูวาการสงผานขอมูลในชั้นกายภาพจะใชการรับสงขอมูลแบบใด ชั้น LLC จะจัดการเรื่องเหลานี้ใหทั้งหมด

MAC : Getting Data to the Media

- MAC  (Media  access  Control)  เปนเลเยอรยอยที่อยูลางสุดของดาตาลิงคเลเยอร  ซึ่งจะทําหนาที่เชื่อมตอกับฟสิคอลเลเยอร   และรับผิดชอบในการรับสงขอมูลใหสําเร็จและถูกตอง   โดยการแบงหนาที่ออกเปนสองสวนคือ การสงขอมูลและการรับขอมูล
- MAC  จะทําหนาที่หอหุมขอมูลที่สงผานจากชั้น  LLC  และทําใหอยูในรูปเฟรมขอมูล  ซึ่ง  เฟรมขอมูลนี้จะประกอบดวยที่อยู  (Addresses)  และขอมูลตางๆ  ที่จําเปนสําหรับการสงขอมูลใหถึงปลายทาง   ชั้น   MAC   ยังรับผิดชอบในการสรางกลไกสําหรับตรวจสอบขอผิดพลาดของขอมูลใน   เฟรมนั้นๆ   ในระหวางการรับสงเฟรมดวย   นอกจากนี้   MAC   ยังตรวจสอบชั้นกายภาพวาชองสัญญาณพรอมสําหรับการสงขอมูลหรือไม   ถาพรอมเฟรมจะถูกสงไปยังชั้นกายภาพเพื่อทําการสงไปตามสายสัญญาณตอไป แตถายังไมพรอมชั้น MAC จะรอจนกวาจะวาง แลวคอยทําการสงขอมูลหนาที่สุดทายของชั้น  MAC  คือ  การตรวจสอบสถานภาพของเฟรมที่กําลังสง  วามีการชนกันของขอมูลเกิดขึ้นหรือไม   ถาหากมีการชนกันเกิดขึ้นก็หยุดการสงขอมูล   และเขาสูกลไกการรอดวยชวงเวลาที่เปนเลขสุมเพื่อทําการสงขอมูลใหมอีกครั้ง  ซึ่งจะทําเชนนี้ไปเรื่อยๆ  จนกวาจะทําการสงขอมูลไดสําเร็จ  กระบวนการสงขอมูลที่วานี้เปนทั้งขอดีและขอเสียของอีเทอรเน็ต  ขอดี  คือ  เปนการรับรองโปรโตคอลชั้นที่อยูเหนือกวามั่นใจวาขอมูลจะถูกสงไปถึงปลายทางอยางแนนอน  แตในขณะเดียวกันขอเสียก็คือ การสงขอมูลอาจใชเวลานานมากถามีการใชเครือขายมากๆ

Physical Implementations of Ethernet

-

more…

เรื่องที่เกี่ยวข้อง

• CCNA1 : Chapter 8 OSI Physical Layer
• CCNA1 : Chapter 7 OSI Data Link Layer
• CCNA1 : Chapter 6 Addressing the Network: IPv4
• CCNA1 : Chapter 5 OSI Network Layer
• CCNA1 : Chapter 4 OSI Transport Layer

CCNA1 : CCNA Exploration Network Fundamentals - 4.0

Chapter 7 OSI Data Link Layer

>Data Link Layer: Accessing the MediaSupporting and Connecting to Upper-Layer Services

- Data-Link Layer จะเกี่ยวข้องกับการรวมข้อมูลเป็น  Data  Frame  หรือ   Packet ซึ่งมีการระบุจุดเริ่มต้น  จุดสิ้นสุด และการตรวจสอบความผิดพลาดของข้อมูลในระหว่างการรับ-ส่งข้อมูล

Controlling Transfer Across Local Media

- กระบวณการ media access control คือ วิธีในการควบคุมการเข้าใช้งานสื่อกลาง จะเป็นข้อตกลงที่ใช้ในการรับส่งข้อมูลผ่านสื่อกลางซึ่งทุกโหนดในเครือข่ายจะต้องใช้มาตรฐานเดียวกัน การทำงานจะเกิดอยู่ในส่วนของแผงวงจรเชื่อมต่อเครือข่าย (Network Interface Card : NIC) และทำงานอยู่ในครึ่งท่อนล่างของ Data link Layer

Creating a Frame

- ประกอบด้วย

1. Data : แพ็กเกตจาก Network Layer
2. Header : ประกอบด้วยข้อมูล Frame Start, Addressing, Type, Contol
3. Trailer : ประกอบด้วย Error Detection, Frame Stop

Connecting Upper-Layer Services to the Media

- จะมีการแบ่ง Data Link Layer ออกเป็น 2 sublayer

1. Upper sublayer : กำหนดกระบวณการของซอฟต์แวร์ที่จัดหาเซอร์วิสให้กับโพรโตคอลใน Network Layer
2. Lower sublayer : กำหนดกระบวณการควบคุมการใช้สื่อร่วมกันของฮาร์ดแวร์

- ตัวอย่างของ เทคโนโลยี LAN , Eternet มี sublayer ดังนี้

1. Logical Link Control
LLC (Logical Link Control) เป็นเลเยอร์ที่อยู่ด้านบนของดาต้าลิงค์เลเยอร์  ซึ่งจะให้บริการกับโปโตคอลของเลเยอร์บนในการเข้าใช้สื่อกลางหรือสายสัญญาณใน การรับส่งข้อมูล ตามมาตรฐาน IEEE802 แล้วจะอนุญาตให้สถาปัตยกรรมของ LAN ที่ต่างกันสามารถทำงานร่วมกันได้ กล่าวคือ โปรโตคอลเลเยอร์บนไม่จำเป็นต้องทราบว่าฟิซิคอลเลเยอร์ใช้สายสัญญารประเภทใด ในการรับส่งข้อมูล เพราะ LLC จะรับผิดชอบแทนในการปรับเฟรมข้อมูลให้สามารถส่งไปได้ในสายสัญญาณประเภทนั้น ๆ LLC เป็นเลเยอร์ที่แยกชั้นเครือข่าย (Network Layer) ออกจากการเปลี่ยนแปลงบ่อย ๆ ของสถาปัตยกรรมของ LAN โดยโปรโตคอลของเลเยอร์ที่สูงกว่าไม่จำเป็นต้องสนใจว่าแพ็กเก็ตจะส่งผ่าน เครือข่ายแบบอีเธอร์เน็ต โทเคนริง หรือ ATM และไม่จำเป็นต้องรู้ว่าการส่งผ่านข้อมูลในขั้นกายภาพจะใช้การรับส่งข้อมูล แบบใด ชั้น LLC จะจัดการเรื่องเหล่านี้ได้ทั้งหมด
ที่มา : http://www.thaiinternetwork.com/chapter/detail.php?id=0053
2.Media Access Control
MAC (Media Access Control) เป็นเลเยอร์ย่อยที่อยู่ล่างสุดของดาต้าลิงค์เลเยอร์ ซึ่งจะทำหน้าที่เชื่อมต่อกับฟิสิคอลเลเยอร์ และรับผิดชอบในการรับส่งข้อมูลให้สำเร็จและถูกต้อง  โดยจะแบ่งหน้าที่ออกเป็นสองส่วนคือ การส่งข้อมูลและการรับข้อมูล
MAC จะทำหน้าที่ห่อหุ้มข้อมูลที่ส่งผ่านจากชั้น LLC และทำให้อยู่ในรูปแบบเฟรมข้อมูล ซึ่งเฟรมข้อมูลนี้จะประกอบด้วยที่อยู่ (Address) และข้อมูลต่าง ๆ ที่จำเป็นสำหรับการส่งข้อมูลให้ถึงปลายทาง ชั้น MAC ยังรับผิดชอบในการสร้างกลไกสำหรับตรวจสอบข้อผิดพลาดของข้อมูลในเฟรมนั้น ๆ ในระหว่างการรับส่งเฟรมด้วย นอกจากนี้ MAC ยังต้องตรวจสอบชั้นกายภาพว่าช่องสัญญาณพร้อมสำหรับการส่งข้อมูลหรือไม่ ถ้าไม่พร้อมเฟรมก็จะถูกส่งต่อไปยังชั้นกายภาพเพื่อทำการส่งไปตามสายสัญญาณ ต่อไป  แต่ถ้ายังไม่พร้อมชั้น MAC ก็จะรอจนกว่าจะว่าง แล้วค่อยทำการส่งข้อมูล
หน้าที่สุดท้ายของชั้น MAC คือ การตรวจสอบสถานะภาพของเฟรมที่กำลังส่ง ว่ามีการชนกันของข้อมูลเกิดขึ้นหรือไม่ ถ้าหากมีการชนกันเกิดขึ้นก็หยุดการส่งข้อมูล และเข้าสู่กลไกการรอด้วยช่วงเวลาที่เป็นเลขสุ่มเพื่อการส่งข้อมูลใหม่อีก ครั้ง  ซึ่งจะทำเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะทำการส่งข้อมูลได้สำเร็จ กระบวนการส่งข้อมูลที่ว่านี้เป็นทั้งข้อดีและข้อเสียของอีเธอร์เน็ต ข้อดีก็คือ เป็นการรองรับให้แก่โปรโตคอลชั้นที่อยู่เหนือกว่ามั่นใจว่าข้อมูลจะถูกส่งไป ถึงปลายทางอย่างแน่นอน แต่ในขณะเดียวกันข้อเสียก็คือ การส่งข้อมูลอาจใช้เวลานานมากถ้ามีการใช้เครือข่ายมาก   ๆ

ที่มา : http://www.thaiinternetwork.com/chapter/detail.php?id=0051

Standards

- Data Link layer services และ specifications ถูกกำหนดโดยหลากหลายมาตรฐานขึ้นกับเทคโนโลยีและสื่อที่โพรโตคอลใช้
- Engineering organizations ได้กำหนดมาตรฐานและโพรโตคอลที่ใช้ใน Data Link layer เช่น:

1. International Organization for Standardization (ISO) : HDLC
2. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) : 802.2(LLC), 802.3(Eternet), 802.5(Token Ring), 802.11(Wireless LAN)
3. American National Standards Institute (ANSI) : Q.922
4. International Telecommunication Union (ITU) : 3T9.5 , ADCCP

more…

เรื่องที่เกี่ยวข้อง

• CCNA1 : Chapter 6 Addressing the Network: IPv4
• CCNA1 : Chapter 9 Ethernet
• CCNA1 : Chapter 8 OSI Physical Layer
• CCNA1 : Chapter 5 OSI Network Layer
• CCNA1 : Chapter 4 OSI Transport Layer