โครงสร้างแบบบัส ( Bus Network) ~ Network Topology

โทโปโลยีแบบบัส (bus topology)

โทโปโลยีแบบบัส บางทีก็เรียกว่า Linear bus เพราะมีการเชื่อมต่อแบบเส้นตรงซึ่งเป็นลักษณะการเชื่อมต่อที่ง่ายที่สุด และเป็นโทโปโลยีที่นิยมกันมากที่สุดในสมัยแรกๆ คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับสายสัญญาณร่วม หรือ บัส จะสื่อสารกันโดยใช้ที่อยู่ (Address) ซึ่งคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องจะมีที่อยู่ที่ไม่ซ้ำกัน ในการส่งสัญญาณในสายที่แชร์กันนี้จำเป็นที่ต้องเข้าใจหลักการต่อไปนี้

- การส่งข้อมูล

- การสะท้อนกลับของสัญญาณ

- ตัวสิ้นสุดสัญญาณ

ลักษณะการส่งข้อมูล

การส่งข้อมูลบนเครือข่ายที่มีโทโปโลยีแบบบัสนั้น ข้อมูลจะถูกส่งไปบนสายสัญญาณในรูปแบบของสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสัญญาณนี้จะเดินทางไปถึงคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องที่เชื่อมต่อเข้ากับสื่อกลางบัส แต่เฉพาะคอมพิวเตอร์เครื่องที่มีอยู่ตรงกับที่อยู่ของผู้รับที่อยู่ในข้อมูลเท่านั้น จึงจะนำข้อมูลนั้นไปทำการโพรเซสส์ต่อไป ส่วนเครื่องอื่นๆ ก็จะไม่สนใจข้อมูลนั้น เนื่องจากสายสัญญาณเป็นสื่อกลางที่ใช้ร่วมกัน ดังนั้นคอมพิวเตอร์แค่เครื่องเดียวเท่านั้นที่จะส่งข้อมูลได้ในเวลาใดเวลาหนึ่งเนื่องจากมีคอมพิวเตอร์เพียงเครื่องเดียวเท่านั้นที่สามารถส่งข้อมูลได้ในเวลาใดเวลาหนึ่ง ดังนั้น จำนวนคอมพิวเตอร์ที่พ่วงต่อเข้ากับสื่อกลางจะมีผลต่อประสิทธิภาพของเครือข่าย เพราะยิ่งจำนวนคอมพิวเตอร์มีมากเท่าไร ยิ่งทำให้คอมพิวเตอร์ต้องรอนานเพื่อที่จะส่งข้อมูล ซึ่งอาจมีผลทำให้เครือข่ายช้ามากขึ้นยังไม่มีวิธีการที่เป็นมาตรฐานในการวัดว่าจำนวนคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพของเครือข่ายอย่างไร ปัจจัยที่ทำให้ประสิทธิภาพของเครือข่ายลดลงนั้นไม่ใช่เฉพาะจำนวนคอมพิวเตอร์อย่างเดียว สิ่งต่อไปนี้เป็นปัจจัยอื่นที่อาจมีผลต่อประสิทธิภาพของเครือข่ายได้

- ประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ของคอมพิวเตอร์ในเครือข่าย

- จำนวนของโปรแกรมที่กำลังรันบนเครื่องคอมพิวเตอร์

- ชนิดของแอพพลิเคชันที่ใช้เครือข่าย เช่น แอพพลิเคชันแบบไคลเอนท์เซิร์ฟเวอร์ โปรแกรมถ่ายโดนไฟล์ผ่านเครือข่าย เป็นต้น

- ระยะห่างระหว่างคอมพิวเตอร์ในเครือข่าย

ในขณะใดขณะหนึ่ง คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับเครือข่าย จะเช็คดูว่ามีข้อมูลส่งมาถึงตัวเองหรือไม่ หรือไม่ก็กำลังส่งข้อมูล เนื่องจากคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องไม่มีหน้าที่ในการส่งข้อมูล ดังนั้นเมื่อคอมพิวเตอร์เครื่องใดเครื่องหนึ่งหยุดทำงานก็จะไม่ทำให้เครือข่ายล่มได้

การสะท้อนกลับของสัญญาณและเทอร์มิเนเตอร์

เนื่องจากข้อมูลที่ส่งไปในเครือข่ายอยู่ในรูปของสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ สัญญาณนี้จะต้องเดินทางจากปลายข้างหนึ่งไปยังปลายอีกข้างหนึ่งของสายสัญญาณ ถ้าไม่มีการจำกัดสัญญาณนี้มันก็จะสะท้อนกลับมาบนสายสัญญาณ ซึ่งอาจทำให้เครื่องอื่นๆ ไม่สามารถส่งข้อมูลได้ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีการหยุดการสะท้อนกลับไปกลับมา ของสายสัญญาณนี้ หลังจากที่ข้อมูลได้ส่งถึงที่หมายเรียบร้อย ตัวเทอร์มิเนเตอร์ (Terminater) จะทำหน้าที่ดูดกลืนสัญญาณเพื่อไม่ให้สะท้อนกลับ และจะถูกติดไว้ที่ปลายสัญญาณ การดูดกลืนสัญญาณนี้จะทำให้สัญญาณว่าง และพร้อมสำหรับการส่งข้อมูลอีกที่ปลายทั้งสองข้างของสายสัญญาณจะต้องเสียบเข้ากับสิ่งใดสิ่งหนึ่ง เช่น เน็ตเวิร์คการ์ด หรือตัวเชื่อมต่อ ที่ใช้ในการเชื่อมต่อสายสัญญาณให้มีระยะยาวขึ้น ปลายที่ไม่ได้เสียบเข้ากับอุปกรณ์จะต้องติดตัวเทอร์มิเนเตอร์เพื่อป้องกันการสะท้อนกลับของสัญญาณ

การรบกวนการสื่อสารข้อมูลของเครือข่าย

เมื่อเกิดสายสัญญาณขาด ณ จุดใดจุดหนึ่ง หรือมีการถอดปลายสายออกจากเครื่องคอมพิวเตอร์ซึ่งจะทำให้สายสัญญาณ ณ จุดนั้นไม่มีตัวเทอร์มิเนเตอร์ อันเป็นเหตุให้สัญญาณสะท้อนกลับ ซึ่งจะไปรบกวนสัญญาณเดิม และทำให้ข้อมูลนั้นเสียไป สัญญาณนี้ก็จะสะท้อนกลับไปกลับมาซึ่งทำให้ไม่สามารถส่งข้อมูลใหม่ได้ นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เครือข่ายประเภทนี้ล่ม

ความสามารถในการขยายเครือข่าย

เมื่อต้องการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ใหม่เข้ากับเครือข่าย จำเป็นต้องใช้สายสัญญาณที่ยาวขึ้น สายสัญญาณที่ใช้ในโทโปโลยีแบบบัสนี้สามารถต่อให้ยาวขึ้นโดย 2 วิธี ดังนี้

- ใช้หัวเชื่อมต่อซึ่งเรียกว่า “barrel connector “เชื่อมต่อสายสัญญาณสองเส้นซึ่งจะทำให้สายสัญญาณยาวขึ้น อย่างไรก็ตามการใช้หัวเชื่อมต่อนี้จะลดกำลังของสัญญาณ ฉะนั้นควรหลีกเลี่ยงการใช้หัวเชื่อมต่อให้มากที่สุด การใช้สายสัญญาณที่ยาวเส้นเดียวจะดีกว่าการใช้สายสัญญาณหลายๆ เส้นเชื่อมต่อกันให้ยาวขึ้น การใช้หัวเชื่อมต่อหลายที่อาจจะทำให้สัญญาณลดทอนลงไป ซึ่งอาจมีผลทำให้ได้รับข้อมูลไม่ถูกต้อง

- ใช้อุปกรณ์ทวนสัญญาณ หรือ repeater อุปกรณ์ตัวนี้จะใช้ในการเชื่อมต่อสายสัญญาณให้ยาวขึ้น และในขณะเดียวกันก็เพิ่มกำลังให้กับสัญญาณด้วย

โครงสร้างเครือข่ายแบบบัส (Bus Network)

คือลักษณะการเชื่อมต่อแบบอนุกรม โดยใช้สายเคเบิลเส้นยาวต่อเนื่องกันไปดังรูปที่ได้แสดงไว้ โครงสร้างแบบนี้มีจุดอ่อนคือเมื่อคอมพิวเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งมีปัญหากับสายเคเบิล ก็จะทำให้เครือข่ายรวนไปทั้งระบบ นอกจากนี้เมื่อมีการเพิ่มคอมพิวเตอร์เข้าไปในเครือข่าย อาจต้องหยุดการใช้งานของระบบเครือข่ายก่อน เพื่อตัดต่อสายเข้าเครื่องใหม่ ส่วนข้อดีคือโครงสร้างแบบบัสนี้ไม่ต้องมีอุปกรณ์อย่าง Hub หรือ Switch ใช้เพียงเส้นเดียวก็สามารถเชื่อมต่อเป็นเครือข่ายขนาดเล็กที่มีจำนวนเครื่องไม่มาก ปัจจุบันไม่ค่อยใช้กันแล้ว เนื่องจากไม่มีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ เพิ่มเติม ทำให้ความเร็วถูกจำกัดอยู่ที่ 10 Mbps และถูกทดแทนโดยการเชื่อมต่อแบบสตาร์

การทำงานของบัส

การทำงานหลัก ๆ ของบัสประกอบด้วยสองขั้นตอนคือการส่งแอดเดรสและการรับหรือส่งข้อมูล นิยามจากการทำงานที่กระทำกับหน่วยความจำ คือ ขั้นตอนการอ่านจะทำการส่งข้อมูลจากหน่วยความจำไปยังหน่วยประมวลผลและอุปกรณ์ I/O อื่นๆ และขั้นตอนการเขียน จะทำการเขียนข้อมูลลงบนหน่วยความจำ เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนเราจะเรียกว่า output และ input ตามลำดับ ซึ่งเป็นการอ้างอิงจากการทำงานของหน่วยประมวลผล กล่าวคือ input จะหมายถึงกระบวนการส่งข้อมูลจากอุปกรณ์ I/O ต่างๆ ไปยังหน่วยความจำที่ซึ่งหน่วยประมวลผลสามารถอ่านได้ และ output จะหมายถึงกระบวนการส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์ต่างๆ จากหน่วยความจำที่ซึ่งหน่วยประมวลผลสามารถเขียนได้

อุปกรณ์ที่ใช้ในการเชื่อมต่อ

ในการเชื่อมต่อแบบต่างๆ จะต้องใช้สายเคเบิ้ลเป็นตัวกลาง (Media) นำข้อมูล การจะใช้เคเบิ้ลแบบใดจะขึ้นอยู่กับรูปแบบการเชื่อมต่อ เช่น แบบบัส (Bus)จะใช้สายเคเบิ้ลโคแอกเซียล(Coaxial) แบบสตาร์ (Star) จะใช้สายเคเบิ้ลแบบยูทีพี (UTP) สายเคเบิ้ลที่ใช้งานในระบบเน็ทเวิร์กจะมีอยู่ 4 ประเภท คือ

1. สายโคแอกเซียล (Coaxial) เป็นสายเส้นเดียวมีลวดทองแดงเป็นแกนกลางหุ้มด้วยฉนวนยางโดยจะมีลวดถักหุ้มสายยางอีกชั้น (Shield) ปกป้องสัญญาณรบกวน และมีฉนวนด้านนอกเป็นยางสีดำหุ้มอีกชั้น จะมี 2 แบบคือ อย่างหนา (thick) อย่างบาง (thin) ส่วนมากจะใช้งานกับระบบ Ethernet โดยที่ปลายสายทั้งสองด้านจะต้องมีตัว Terminator ปิดด้วย มีความเร็วในการส่งข้อมูล 10 Mbps ต่ำกว่าสาย UTP

2. สายยูทีพี (Unshielded Twisted Pair) เป็นสายเส้นเล็กจำนวน 8เส้น ตีเกลียวคู่มี 4 คู่ ไม่มีเส้นรวดถัก (Shield) เนื่องจากการตีเกลียวคู่เป็นการลดสัญญาณรบกวนแล้ว การใช้งานจะต้องมีการเข้าหัวอาร์เจ 45 (RJ-45) กับสายยูทีพีแล้วนำไปเสียบกับฮับ (Hub) มีความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่ 10/100 Mbps ปัจจุบันเป็นที่นิยมใช้งานกันมาก

3. สายเอสทีพี (Shielded Twisted Pair) เป็นสายเส้นคู่ตีเกลียวมีอยู่ 2 คู่มีเส้นลวดถัก (Shield) เพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน ใช้งานในการเชื่อมต่อระยะไกล ๆ ซึ่งสายยูทีพีทำไม่ได้ สายเอสทีพีมีราคาค่อนข้างแพง

4. สายไฟเบอร์ออฟติก (Fiber Optic) หรือสายเส้นใยแก้วนำแสง เป็นสายที่รับ-ส่ง สัญญาณด้วยแสง มีความเร็วในการทำงานสูงมาก ส่งได้ไกลและไม่มีสัญญาณรบกวนมีราคาแพงมากกว่าสายสัญญาณแบบอื่น ๆ

ข้อดีข้อเสียของการเชื่อมต่อแบบบัส

ข้อดี

1. ใช้สายส่งข้อมูลน้อยและมีรูปแบบที่ง่ายในการติดตั้ง ทำให้ลดค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและบำรุงรักษา

2. สามารถเพิ่มอุปกรณ์ชิ้นใหม่เข้าไปในเครือข่ายได้ง่าย

3. ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการวางสายสัญญาณมากนัก สามารถขยายระบบได้ง่าย เสียค่าใช้จ่ายน้อย ซึ่งถือว่าระบบบัสนี้เป็นแบบโทโปโลยีที่ได้รับความนิยมใช้กันมากที่สุดมา ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน เหตุผลอย่างหนึ่งก็คือสามารถติดตั้งระบบ ดูแลรักษา และติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติมได้ง่าย ไม่ต้องใช้เทคนิคที่ยุ่งยากซับซ้อนมากนัก

ข้อเสีย

1. ในกรณีที่เกิดการเสียหายของสายส่งข้อมูลหลัก จะทำให้ทั้งระบบทำงานไม่ได้

2. การตรวจสอบข้อผิดพลาดทำได้ยาก ต้องทำจากหลาย ๆจุด

3. อาจเกิดข้อผิดพลาดง่าย เนื่องจากทุกเครื่องคอมพิวเตอร์ ต่อยู่บนสายสัญญาณเพียงเส้นเดียว ดังนั้นหากมี สัญญาณขาดที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง ก็จะทำให้เครื่องบางเครื่อง หรือทั้งหมดในระบบไม่สามารถใช้งานได้ตามไปด้วย

4. การตรวจหาโหนดเสีย ทำได้ยาก เนื่องจากขณะใดขณะหนึ่ง จะมีคอมพิวเตอร์เพียงเครื่องเดียวเท่านั้น ที่สามารถส่งข้อความ ออกมาบนสายสัญญาณ ดังนั้นถ้ามีเครื่องคอมพิวเตอร์จำนวนมากๆ อาจทำให้เกิดการคับคั่งของเน็ตเวิร์ค ซึ่งจะทำให้ระบบช้าลงได้