โปรโตคอล (Protocol) คือระเบียบพิธีการในการติดต่อสื่อสาร เมื่อมาใช้กับเทคโนโลยีสื่อสารโทรคมนาคม จึงหมายถึงขั้นตอนการติดต่อสื่อสาร ซึ่งรวมถึง กฎ ระเบียบ และข้อกำหนดต่าง ๆ รวมถึงมาตรฐานที่ใช้ เพื่อให้ตัวรับและตัวส่งสามารถดำเนินกิจกรรมทางด้านสื่อสารได้สำเร็จ

แนวคิดด้านสื่อสารข้อมูล

หัวใจในการสื่อสารข้อมูลอยู่ที่ว่าจะทำอย่างไรให้อุปกรณ์สื่อสารต่าง ๆ สื่อสารกันได้อย่างอัตโนมัติ โดยเน้นการสื่อสารที่แตกต่างกันทางด้านเครื่องมือ อุปกรณ์และวิธีการต่าง ๆ เช่น คอมพิวเตอร์เมนเฟรมยี่ห้อหนึ่ง ติดต่อผ่านข่ายสื่อสารไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์อีกยี่ห้อหนึ่ง โดยมีผลิตภัณฑ์ที่เชื่อมโยงในระบบสื่อสารที่มาจากหลายบริษัทผู้ผลิต

ด้วยแนวคิดนี้ องค์กรว่าด้วยเครื่องมาตรฐานระหว่างประเทศ หรือที่รู้จักกันในนาม ISO จึงได้วางมาตรฐานโปรโตคอลไว้เป็นระดับ เพื่อให้การสื่อสารต่าง ๆ ยึดหลักการนี้และเรียกมาตรฐานโปรโตคอลนี้ว่า OSI PROTOCOL โดยวางเป็นระดับ 7 ชั้น

การวางมาตรฐานโปรโตคอลต่าง ๆ ของเครือข่าย LAN จะอยู่ในระดับล่าง 2 ระดับเท่านั้น โดยเน้นที่รูปร่างลักษณะของอุปกรณ์ รวมถึงรูปแบบสัญญาณไฟฟ้าที่ส่งรับกันโดยมาตรฐานโปรโตคอล ส่วนนี้จะกำหนดในระดับ 1 (Physical) และวิธีการจะทำให้ข้อมูลข่าวสารจากอุปกรณ์หนึ่งส่งไปยังอีกอุปกรณ์หนึ่งภายในเครือข่ายเดียวกัน อยู่ในโปรโตคอลระดับ 2 เรียกว่า "ระดับดาต้าลิงค์ (Data Link)

การทำงานของระดับโปรโตคอลใน LAN

ระบบ LAN ที่นิยมและแพร่หลายในปัจจุบัน ได้แก่ Ethernet, Token Ring และ FDDI โปรโตคอลที่ใช้ประกอบเป็น LAN

ตามมาตรฐานข้อกำหนด จึงจัดอยู่ในระดับโปรโตคอลระดับ 1 และ 2 เท่านั้น
อีเทอร์เน็ต (Ethernet) เป็น LAN ที่มีผู้นิยมใช้กันมาก อีเทอร์เน็ตมีโปรโตคอลในระดับชั้นฟิสิคัล (Physical) ได้หลายรูปแบบ ตามสภาพความเร็วของการรับส่งข้อมูล รูปแบบสัญญาณและตัวกลางที่ใช้รับส่ง การกำหนดชื่อของ LAN แบบนี้ใช้วิธีการกำหนดเป็น XXBASEY เมื่อ XX คือความเร็ว BASE คือวิธีการส่งสัญญาณเป็นแบบ Digital Baseband ส่วน Y คือตัวกลางที่ใช้ส่งสัญญาณ เช่น 10BASE2 หมายถึงส่งความเร็ว 10 เมกะบิต แบบ Thin Ethernet ตัวกลางเป็นสายโคแอกเชียล 10BASE-T หมายถึงส่งความเร็ว 10 เมกะบิต แบบสาย UTP และถ้า 10BASE-FL ก็จะเป็นการใข้สายเส้นใยแก้วนำแสง

สัญญาณทางไฟฟ้าของอีเทอร์เน็ตเป็นแบบดิจิตอล จึงทำให้มีข้อจำกัดในเรื่องระยะทางที่ใช้ระเบียบข้อกำหนดเหล่านี้จึงอยู่ในกลุ่มโปรโตคอลระดับฟิสิคัล ส่วนในระดับโปรโตคอลดาต้าลิงค์เป็นวิธีการกำหนดแอดเดรสระหว่างกันในเครือข่าย ซึ่งแต่ละสถานีจะมีแอดเดรสเป็นตัวเลขขนาด 48 บิต การรับส่งเป็นการสร้างข้อมูลเป็นแพ็กเก็ตเรียกว่า "เฟรม" การส่งข้อมูลมีวิธีการใส่ข้อมูลแอดเดรสต้นทางและปลายทางและส่งกระจายออกไป ผู้รับจะตรวจสอบแอดเดรสของเฟรมถ้าตรงกับแอดเดรสตนก็จะรับข้อมูลเข้ามา

FDDI เป็น LAN อีกชนิดหนึ่งที่ใช้เส้นใยแก้วนำแสงเป็นตัวกลางมีความเร็วในการรับส่ง 100 เมกะบิตต่อวินาที รูปแบบของเครือข่ายเป็นแบบวงแหวน การรับส่งภายในวงแหวนใช้โปรโตคอลแบบโทเก็นพาสซิ่ง (Token Passing)

โทเก็นริง (Token Ring) ระบบ LAN ที่ใช้โครงสร้างเชื่อมโยงแบบวงแหวน แต่ใช้ตัวกลางเป็นสาย UTP การรับส่งสัญญาณเป็นแบบ Digital Baseband ความเร็วในการรับส่งมีทั้งแบบ 4 เมกะบิตต่อวินาที และ 16 เมกะบิตต่อวินาที
การกำหนดโปรโตคอลใน FDDI และ Token Ring ในระดับดาต้าลิงค์ ใช้รูปแบบข้อมูลเป็นเฟรม อุปกรณ์แต่ละตัวมีแอดเดรสประจำ การรับส่งข้อมูล ส่งต่อตามบำดับตามเส้นทางของสายต่อที่เป็นวงแหวน ตัวรับจะตรวจสอบแอดเดรส ซึ่งตัวตรงกับของตนก็จะคัดลอกข้อมูลขึ้นมา แล้วตอบรับว่าได้รับข้อมูลนั้นแล้ว

จะเห็นได้ชัดว่า โปรโตคอลของ LAN ใน 2 ระดับล่าง เป็นการสื่อสารกันในกลุ่มของตนเอง ภายใต้กลุ่ม LAN นั้น ๆ เท่านั้น เช่น ถ้าเป็น Ethernet ก็จะสื่อสารกันในอุปกรณ์ที่ต่ออยู่ในกลุ่มนั้นเท่านั้น

เมื่อนำ LAN ต่างกลุ่มมาต่อเชื่อมรวมกัน การเชื่อมรวมกันนี้อาจเป็น LAN ที่ใช้โปรโตคอลเหมือนกัน หรือต่างกันก็ได้ เช่น นำ Ethernet มาเชื่อมต่อกับ Ethernet หรือ Ethernet กับ Token Ring การเชื่อมต่อระหว่าง LAN ด้วยกันนี้ จำเป็นต้องมีโปรโตคอล ช่วยในการติดต่อระหว่างกัน โปรโตคอลในระดับนี้จึงอยู่ในชั้นระดับสามคือ โปรโตคอลชั้นเน็ตเวิร์ค

โปรโตคอลชั้นเน็ตเวิร์ค

ในระดับสามนี้ทำหน้าที่เชื่องโยงระหว่างเครือข่ายย่อย เราอาจเรียกโปรโตคอลนี้ว่า เราติ้งโปรโตคอล (Routing Protocol) การกำหนดเส้นทางนี้จะต้องวางมาตรฐานกลางสำหรับการเชื่อมโยงอุปกรณ์ ซึ่งมาจากระดับล่างหลาย ๆ มาตรฐาน วิธีการหนึ่งที่นิยมคือ การกำหนดแอดเดรสของอุปกรณ์ระดับล่างใหม่ และให้แอดเดรสเป็นมาตรฐานกลาง เช่น การใช้โปรโตคอลดินเตอร์เน็ต (IP) ทุกอุปกรณ์มีแอดเดรสของตนเองมีการสร้างรูปแบบฟอร์แมตข้อมูลใหม่ที่เรียกว่า แพ็กเก็ต (Packet) ดังนั้น โปรโตคอลในระดับนี้จึงรับส่งข้อมูลกันเป็นแพ็กเก็ต ทุกแพ็กเก็ตมีการกำหนดแอดเดรสต้นทางและปลายทางโดยไม่ต้องคำนึงว่าระดับล่างที่ใช้นั้นคืออะไร

อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่รับส่ง และรับรู้โปรโตคอลในระดับเน็ตเวิร์คนี้จะทำหน้าที่เป็นแปลงแพ็กเก็ตให้เข้าสู่เฟรมข้อมูลในระดับสอง และรับเฟรมข้อมูลระดับสองเปลี่ยนมาเป็นแพ็กเก็ตในระดับสามเช่นกัน ข้อเด่นในที่นี้ คือ ทำให้สามารถเชื่อม LAN ทุกมาตรฐานเข้าด้วยกันได้ ในระดับนี้ยังมีมาตรฐานโปรโตคอลอื่น ๆ เช่น IPX ของบริษัทแน็ตแวร์ เป็นต้น

ลองนึกเลยต่อไปว่า ขณะที่เราใช้โปรแกรมวินโดว์ส 95 เป็นเครื่องไคลแอนต์ (Client) ต่อเข้าสู่อินเทอร์เน็ตเชื่อมไปยังเครื่องให้บริการ (เซิร์ฟเวอร์) เครื่องใดเครื่องหนึ่ง นั่นหมายความว่า เราเชื่อมกันในระดับ 3 คือใช้ IP โปรโตคอล ทำให้ไม่ต้องคำนึงว่าทางฝ่ายไคลแอนต์หรือเซิร์ฟเวอร์ใช้ LAN แบบใด

เครื่องไคลแอนต์ที่ใช้วินโดว์ส 95 ทำให้สามารถเปิดงานได้หลาย ๆ วินโดว์สพร้อมกันได้ ดังนั้นในเครื่องหนึ่งมีแอดเดรสในระดับสามตัวเดียว เชื่อมไปยังเซิร์ฟเวอร์ที่มีแอดเดรสในระดับสามตัวเดียวเช่นกัน แต่เปิดงานหลายงานได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างโปรโตคอลในระดับสี่ แยกงานต่าง ๆ เหล่านี้ออกจากกันเราเรียกว่า โปรโตคอลระดับ 4 ว่า "ทรานสปอร์ต" (Transport)"

ในระดับ 4 ก็มีแอดเดรสแยกอีก แต่คราวนี้เราเรียกว่า "หมายเลขพอร์ต" ซึ่งจะทำให้ตัวรับและตัวส่ง ทั้งฝ่ายไคลแอนต์และเซิร์ฟเวอร์ติดต่อแอดเดรสIP เดียวกัน แต่แยกกันด้วยโปรโตคอลระดับ 4 ในกรณีของอินเทอร์เน็ตจึงมีโปรโตคอล TCP (Transmission Control Protocol) เป็นตัวแยกที่ทำให้คอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งสามารถติดต่อกับเครื่องอื่นได้หลาย ๆ งานพร้อมกัน

การแบ่งแยกกลุ่มโปรโตคอลนี้เป็นหนทางอันชาญฉลาดของผู้ออกแบบที่ทำให้ระบบสื่อสารข้อมูลดำเนินไปอย่างมีระบบ จนสามารถประยุกต์ใช้งานได้อย่างกว้างขวาง