บทที่ 1 หลักการเบื้องต้นของการสื่อสาร

 ความหมายของการสื่อสารข้อมูล

การสื่อสาร  หมายถึง  กระบวนการถ่ายทอดข้อมูลโดยผ่านช่องทางหรือสื่อระหว่างผู้ส่งและผู้รับ เพื่อให้เกิดความเข้าใจซึ่งกันและกัน

                การสื่อสารข้อมูล หมายถึง กระบวนการหรือวิธีการถ่ายทอดข้อมูลระหว่างผู้ส่งและผู้รับที่อยู่ห่างไกลกันด้วยระบบการสื่อสารโทรคมนาคม (Telecommunication) เป็นสื่อกลางในการส่งข้อมูล

                ระบบการสื่อสารโทรคมนาคมจะส่งข้อมูลผ่านสื่อหรือตัวกลาง เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนจากภายนอก โดยการเปลี่ยนข้อมูลเป็นสัญญาณหรือรหัส  เมื่อถึงปลายทางจะต้องถอดรหัส (สัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) เพื่อให้ผู้รับเข้าใจข้อมูลที่ถูกส่งมาถึง

การสื่อสารผ่านคอมพิวเตอร์

                  ปัจจุบันคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลง ราคาไม่แพงมาก และมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้มีการขยายปริมาณการใช้เพิ่มขึ้น มีการเชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กกับคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่สำนักงานใหญ่ เพื่อเรียกใช้ข้อมูลและแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกัน โดยการเชื่อมเข้ากับโปรเซสเซอร์ของคอมพิวเตอร์หลัก  ผ่านซอฟต์แวร์หลักที่เรียกว่า อุปกรณ์อินเตอร์เฟซ (Interface)  โดยใช้สายโทรศัพท์เป็นสื่อกลางในการถ่ายทอดข้อมูล

ความรู้พื้นฐานของการสื่อสารข้อมมูล

 ปัจจุบันเทคโนโลยีทางคอมพิวเตอร์มีความก้าวหน้าอย่างยิ่ง มีสมรรถนะด้านความเร็วในการประมวลผลสูงมาก สามารถต่อพ่วงกับอุปกรณ์รอบข้างที่มีประสิทธิภาพและทันสมัย มีความสะดวกในการใช้งาน ในขณะเดียวกันกลับมีขนาดเล็กลงจนสามารถพกพาไปไหนมาไหนได้ อีกทั้งปัจจัยด้านราคาก็ลดลงอย่างเห็นได้ชัดหากเทียบสัดส่วนกับราคาในทศวรรษที่ผ่านมา      ด้วยเหตุนี้  ทำให้คอมพิวเตอร์เข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันของมนุษย์ ทุกเพศ  ทุกวัย เพิ่มขึ้น  เรื่อย ๆ มีการใช้งานอย่างแพร่หลายตามบ้านเรือน สถาบันการศึกษา ตลอดจนหน่วยงานภาครัฐหรือภาคเอกชนทั่วไป ทิศทางความก้าวหน้าของระบบคอมพิวเตอร์ เริ่มจากการใช้งานส่วนตัวภายในเครื่องเพียงเครื่องเดียว (stand alone) จากนั้นจึงปรับเปลี่ยนมุ่งเน้นไปสู่แนวทางการเชื่อมต่อไปยังเครื่องอื่น เหตุผลเพราะต้องการใช้ทรัพยากรร่วมกัน ใช้เป็นอุปกรณ์สื่อสารระหว่างกัน และใช้เพื่อการแลกเปลี่ยนถ่ายโอนข้อมูลระหว่างกัน ก่อให้เกิดเป็นเครือข่ายของการเชื่อมต่อสื่อสารจำนวนมากที่เรียกว่าเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (computer network) 

      ความก้าวหน้าทางเครือข่ายคอมพิวเตอร์และการสื่อสารข้อมูลที่เห็นได้ชัดคือ การเติบโตของเครือข่ายอินเทอร์เน็ต ซึ่งถือได้ว่าเป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน ส่วนของการสื่อสารข้อมูลจากที่เคยถูกจำกัดด้วยระยะทาง ปริมาณของการเชื่อมต่อ ความแตกต่างทางเทคโนโลยี หรือแม้กระทั่งข้อจำกัดทางวัฒนธรรม ได้รับการปรับปรุงและพัฒนาจนสามารถติดต่อสื่อสารข้อมูลกันได้ทั่วโลก

โครงสร้างของการสื่อสารข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์
      โครงสร้างของการสื่อสารข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ เป็นการถ่ายโอนหรือแลกเปลี่ยนข้อมูลกันระหว่างต้นทาง (source) และปลายทาง (destination) ผ่านทางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือคอมพิวเตอร์  เพราะระบบการสื่อสารข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ จำเป็นต้องอาศัยอุปกรณ์หรือเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมการโอนถ่ายข้อมูล (transmitter) และมีอุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมการรับข้อมูล (receiver) ในฝั่งรับ กรณีที่ปลายทางไม่สามารถควบคุมการรับส่งได้เอง รวมทั้งต้องอาศัยสื่อกลางการส่ง (transmission medium) ในการรับส่งข้อมูล การสื่อสารข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่มักจะมีซอฟต์แวร์ควบคุมทำงานควบคู่ไปกับการทำงานของฮาร์ดแวร์ เพื่อให้การสื่อสารข้อมูลเป็นไปอย่างถูกต้อง ครบถ้วนและมีประสิทธิภาพตามความต้องการ หากเป็นการสื่อสารข้อมูลขนาดใหญ่  มีอุปกรณ์เชื่อมต่ออยู่เป็นจำนวนมาก มีระยะทางที่ห่างไกลกัน ก็จำเป็นต้องมีระบบการส่งผ่านข้อมูล (transmission system) มาช่วยในการโอนถ่ายข้อมูลจากต้นทางไปยังปลายทาง ดังรูป

อ้างอิง - ภาพ http://www.boardofstudies.nsw.edu.au/

องค์ประกอบพื้นฐานของการสื่อสารข้อมูล 
1. ผู้ส่งข้อมูล/แหล่งกำเนิดข้อมูลข่าวสาร ( Sender / Source )

    ผู้ส่งหรือแหล่งกำเนิดข่าวสาร คือ อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับส่งข้อมูลข่าวสาร ซึ่งอาจเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ เวิร์กสเตชัน โทรศัพท์ กล้องวิดีโอ เป็นต้น

2. ผู้รับ/จุดหมายปลายทาง ( Receiver / Destination ) 

    ผู้รับหรือจุดหมายปลายทาง คือ อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับส่งข้อมูลข่าวสาร ซึ่งอาจเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ เวิร์กสเตชัน โทรศัพท์ โทรทัศน์ เป็นต้น

3. ข้อมูล/ข่าวสาร (Message)

    ข่าวสารในที่นี้คือ ข้อมูลหรือสารสนเทศต่าง ๆ ที่อาจประกอบด้วยข้อความ ตัวเลข รูปภาพ เสียง หรือวิดีโอ หรืออาจเป็นสิ่งที่กล่าวมานั้นมารวมกัน เช่น ภาพพร้อมเสียง ซึ่งเรียกว่าสื่อประสม (Multimedia) ข้อมูลข่าวสารที่ส่งไปจะถูกทำการเข้ารหัส (Encoding ) เพื่อส่งผ่านตัวกลางส่งข้อมูล และเมื่อปลายทางได้รับข้อมูลที่ส่งมาก็จะทำการถอดรหัส (Decoding) เพื่อให้กลับมาเป็นข้อมูลดั้งเดิม อย่างไรก็ตามระหว่างข้อมูลข่าวสารกำลังเดินทางมาถึงปลายทาง ก็อาจมีสัญญาณรบกวนได้ 

4. ตัวกลางในการส่งข้อมูล ( Transmission Medium )

    ตัวกลางในการส่งข้อมูลในที่นี้ก็ คือ เส้นทางเชิงกายภาพที่ใช้สำหรับการลำเลียงข้อมูลข่าวสารจากผู้ส่งไปยังจุดหมายปลายทาง โดยตัวกลางในการส่งข้อมูลก็จะมีทั้งแบบมีสาย เช่น สายเคเบิล สายคู่บิดเกลียว สายไฟเบอร์ออปติค แลตัวกลางในการส่งข้อมูลแบบไร้สาย เช่น คลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ ดาวเทียม เป็นต้น

5. โปรโตคอล ( Protocol )

    โปรโตคอล คือ กฏเกณฑ์ ระเบียบ หรือข้อปฏิบัติต่าง ๆ ที่กำหนดขึ้นมาใช้เป็นข้อตกลงระหว่างผู้รับและผู้ส่ง เพื่อใช้สำหรับเป็นมาตรฐานในการกำหนดบทบาทหน้าที่ในการสื่อสารข้อมูลให้ถูกต้องตรงกัน ถึงแม้อุปกรณ์ทั้งสองฝั่งจะเชื่อมต่อกันได้ หากไม่มีโปรโตคอล ก็จะไม่สามารถสื่อสารกันได้ และอาจส่งผลให้การสื่อสารล้มเหลวในที่สุด

ชนิดของสัญญาณทางอิเล็คทรอนิกส์

สัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการสื่อสารสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ สัญญาณ อนาล็อก และสัญญาณดิจิตอล (รูปที่ 2.4) สัญญาณอนาล็อกได้แก่ สัญญาณเสียง และสัญญาณในธรรมชาติทั้งหมด ปัญหาที่สำคัญของสัญญาณ อนาล็อกก็คือเรื่องสัญญาณรบกวน ซึ่งในบางครั้งอาจทำให้ระบบไม่สามารถใช้งานได้เลย ดังนั้นจึงมีการนำสัญญาณดิจิตอลเข้ามาแทนที่ 1. สัญญาณแบบอนาล็อก (Analog Signal) จะเป็นสัญญาณแบบต่อเนื่องที่ทุกๆ ค่า ที่เปลี่ยนแปลงไปของระดับสัญญาณจะมีความหมาย การส่งสัญญาณแบบนี้จะถูกรบกวนให้มีการแปลความหมายผิดพลาดได้ง่าย เนื่องจากค่าทุกค่าถูกนำมาใช้งาน ซึ่งสัญญาณแบบอนาล็อกนี้จะเป็นสัญญาณที่สื่อกลางในการสื่อสารส่วนมากใช้อยู่เช่น สัญญาณเสียงในสายโทรศัพท์ เป็นต้น 2. สัญญาณแบบดิจิตอล (Digital Signal) จะประกอบขึ้นจากระดับสัญญาณเพียง 2 ค่าคือ สัญญาณระดับสูงสุด และสัญญาณระดับต่ำสุด ดังนั้นจะมีประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือสูงกว่าแบบอนาล็อกเนื่องจากมีการใช้งานค่าสองค่า เพื่อนำมาตีความหมายเป็น on/off หรือ0/1 เท่านั้น ซึ่งเป็นสัญญาณที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการติดต่อสื่อสารกัน รูปแบบของการสื่อสารข้อมูล (Communications Model)  จุดมุ่งหมายหลักของระบบสื่อสารคือ การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างสองฝ่าย โดยฝ่ายหนึ่งอาจรับข้อมูลหรือส่งเพียงอย่างเดียว หรืออาจมีทั้งการรับและส่งได้ทั้งสองฝ่าย จาก (รูปที่ 2.2) แสดงการติดต่อสื่อสารกัน ระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เป็น Workstation กับเครื่อง Server ผ่านระบบเครือข่ายโทรศัพท์สาธารณะ องค์ประกอบพื้นฐานของโครงสร้างระบบสื่อสารประกอบด้วย 1. อุปกรณ์ต้นทาง (Source) อุปกรณ์นี้ทำหน้าที่สร้างข้อมูลขึ้นมา ที่ใช้ในการกระจายออกไป 2. อุปกรณ์กระจายข้อมูล (Transmitter) โดยปกติข้อมูลที่สร้างขึ้นมา จากต้นทาง ไม่สามารถกระจายหรือส่งข้อมูลในรูปแบบนั้นให้กับผู้รับอื่นได้โดยตรง จำเป็นต้องอาศัยตัวกระจายข้อมูล (Transmitter) ซึ่งจะทำหน้าที่เปลี่ยนแปลง รูปแบบข้อมูลให้อยู่ ในสภาพที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Signals) แล้วส่งผ่านเข้าไปในระบบรับส่งข้อมูล (Transmission System) ตัวอย่างเช่นข้อมูลที่สร้างขึ้นจากอุปกรณ์ต้นทาง (Source) เครื่องคอมพิวเตอร์ ก่อนที่จะส่งออกไปจะต้องมีโมเด็ม (Modem) ทำหน้าที่แปลงสัญญาณดิจิตอล (Digital Bit Stream) ไปเป็นสัญญาณอนาลอก (Analog Signal) ซึ่งเป็นสถานะของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ส่งผ่านเข้าไปในระบบเครือข่ายโทรศัพท์ (Telephone Network) 3. ระบบการส่งสัญญาณ (Transmission) จะทำหน้าที่เป็นตัวนำพาสัญญาณจากเครื่องส่งหรืออุปกรณ์ส่งสัญญาณไปยังอุปกรณ์รับสัญญาณ ซึ่ง transmission หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าเป็นสื่อนำสัญญาณ (media) ซึ่งมีอยู่ด้วยกันหลายลักษณะทั้งสื่อนำสัญญาณแบบมีสารและไร้สาย 4. อุปกรณ์รับสัญญาณ (Receiver) อุปกรณ์ที่เป็น receiver จะทำหน้าที่รับสัญญาณจากระบบกระจายสัญญาณ (transmission system) แล้วเปลี่ยนแปลงสัญญาณกลับเป็นรูปแบบที่เหมือนกับต้นฉบับก่อนที่จะส่งออกมาจากต้นทาง ทำให้อุปกรณ์ปลายทาง ซึ่งอาจเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์สามารถจัดการกับข้อมูล ที่รับเข้ามาได้ เช่น โมเด็ม (Modem) จะเปลี่ยนสัญญาณอนาลอก (analog) กลับไปเป็นสัญญาณดิจิตอล (digital) ให้เครื่อง คอมพิวเตอร์ปลายทางอ่านข้อมูลหรือจัดการกับข้อมูลได้ 5. อุปกรณ์ปลายทาง (Destination) รับข้อมูลเข้ามาจาก อุปกรณ์รับสัญญาณ (receiver)  ลักษณะข้อมูลเเบบดิจิตอล บิต (Bit) เป็นหน่อยข้อมูลดิจิตอลที่เล็กที่สุด ใช้ระบบคอมพิวเตอร์แบบดิจิตอลและทฤษฎีข้อมูลข้อมูลของบิตมีสถานะที่เป็นไปได้ 2 สถานะคือ บิต     0            (ปิด) บิต      1       (เปิด) เคลาด์อีแชนนอน  เริ่มใช้คำว่า บิต  ในงานเขียนของเขาในปี พ.ศ.2491 โดยย่อจากคำเต็ม ไบต์ (Byte) เป็นกลุ่มของบิตซึ่งเดิมมีหลายขนาน แต่ปัจจุบัน มักเท่ากับ 8 บิต ไบต์ขนาน 8 บิต ไบต์ขนานบิตมีชื่อเรียกว่า  ออกเท็ต สามารถ เก็บค่าได้ เวิร์ด (Word) เป็นมาตรฐานตายตัว บนเครื่องคอมพิวเตอร์สถาปัตยกรรม TA -32   จำนวน16 บิตจะเรียกว่าเวิร์ดในขณะที่32 บิตเรียกว่าดับเบิลเวิร์ด ในขณะที่สถาปัตยกรรมอื่นๆหนึ่งเวิร์ดมีค่าเท่ากับ 32 บิต 64บิตหรือค่าอื่นๆ ในระบบโทรคมนาคม หรือเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ความเร็วในการส่งนิยมใช้หน่วยในรูปของบิตต่อวินาทีบิตเป็นหน่วยวัดข้อมูลเล็กที่สุดที่ใช้กันทั่วไป หน่วยนับ        1กิโลบิต  (Kb)       =1,000 บิต           หรือ  1,024  บิต    1เมกะบิต (Mb)    =1,000กิโลบิต     หรือ     1,024 1จิกะบิต (Gb)       =1,000เมกะบิต     หรือ  1,024    1เทราบิ  (Tb)         =1,000 จิกะบิต      หรือ    1,024 รูบแบบการส่งข้อมูลแบบอนุกรม รูปแบบการส่งผ่านข้อมูลในลักษณะนี้ทุกบิตที่เข้ารหัสแทนข้อมูลหนึ่งตัวอักษรจะถูกส่งผ่านไปตามสายส่งเรียงลำดับกันไปทีละบิตในสายส่งเพียงเส้นเดียว ดังรูป ต้นทาง ปลายทาง รูปแบบสัญญาณข้อมูลไบนารี่ (Binary Data Signal Formats)        นอกจากความแตกต่างของรหัสอักขระและชนิดของข้อมูล (แบบซิงโครนัสและอะซิงโครนัส) แล้วข้อมูดิจิตอลสามารถถูกส่งหรือเข้ารหัสให้เป็นรุปแบบสัญญาณไฟฟ้าที่ต่างกัน รุปแบบต่างๆ ที่จะกล่าวต่อไปนั้นมีข้อดีหรือมีการใช้งานต่างกัน 1.Non Return to Zero (NRZ)         สัญญาณแบบ NRZ เป็นรุปแบบสัญญาณไบนารี่ 2 ระดับพื้นฐานโลจิกที่ 1 ที่ระดับหนี่ง พื้นฐานนี้เป็นอัตราสูงสุดของการเปลี่ยนแปลงที่ต้องใช้โดยระบบตามแบบข้อมูลที่กำหนดให้และต้องไม่เกินข้อจำกัดขั้นสูงของความกว้างแถบในระบบนั้น โดยทั่วไปรุปแบบสัญญาณข้อมูลไบนารี่แบบนี้เป็นแบบง่ายที่สุด เนื่องจากใช้เพียงเครื่องมือเปิดเพื่อให้เกิดโลจิก 1 หรือ ปิดซึ่งเป็นสายดิน หรือ 0V ให้เกิดโลจิก 0  2. Non Return to Zero Bipolar (NRZB)        สัญญาณแบบนี้คล้ายกับ  NRZ มาก ที่แตกต่างกันคือ ระดับโลจิก 0 เป็นที่ - V แทนที่จะเป็น 0V สัญญาณแบบนี้ใช้แทน  NRZ เมื่อบันทึกข้อมูลบนแถบแม่เหล็กของฟลักซ์จะอยู่ในทิศทางหนึ่ง  สำหรักระแสที่เคลื่อนผ่านขดลวดในหัวบันทึกในทิศทางหนึ่งและจะอยุ่ในทิศทางตรงกันข้ามสำหรับกระแสที่เกิดผ่านขดลวดในหัวในทิศทางตรงข้ามกัน ความถี่ของไซร์เวฟพื้นฐานของแบบ NRZB เป็นเช่นเดียวกับแบบ NRZ ดังนั้นจึงใช้ความกว้างแถบสำหรับอัตราบิตเช่นเดียวกัน นั่นคืออัตราบิตสุงสุดเป็นสองเท่าของความกว้างแถบ 3. Return to Zero (RZ)        สัญญารแบบ RZ ใช้ระดับ 0V สำหรับโลจิก 0 และ +V สำหรับโลจิก 1 การทำเช่นนี้จะทำให้ข้อมุลบิตโลจิก 1 เปลี่ยนเป็น 0 ในกึ่งกลางเวลาบิต การส่งแบบ RZ นี้เพื่อป้องกันกระแสข้อมูลไม่ให้อยู่ที่ระดับ +V นานเกินไป  เมื่อจำเป็นต้องส่งค่า 1 ติดต่อกันมากๆ ความถี่ไซร์เวฟพื้นฐานเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีการส่งโลจิก 1 มากกว่า 2 ตัวติดต่อกันเนื่องจากการส่งที่กึ่งกลางบิตและกลับไปยังบิต +V สำหรับบิตต่อไปทำให้เกิดไซร์เวฟ 1 รอบ  4. Return to Zero Bipolar (RZB)        ข้อมูลดิจิตอลแบบ RZB นั้นโลจิก 1 และ 0 ใช้โวลเตจตรงกันข้าม คือ +V และ -V การเปลี่ยนเวลาเช่นนี้ทำให้จุดกึ่งกลางของแต่ละบิตข้อมูลคือโวลเตจลดลงมาที่ 0V ดังนั้นจึงใช้ชื่อว่า Return to Zero Bipolar  เช่นเดียวกัน สัญญาณแบบนี้ไม่เพียงแต่ทำให้เกิดลักษณะของโวลเตจที่ตรงข้ามกันเท่านั้น แต่ ยังทำให้เกิดการส่ง (การเปลี่ยนระดับ) ในกึ่งกลางของแต่ละระยะข้อมูล  ระบบซิงโครนัสใช้ข้อดีข้อนี้ช่วยในการจับสัญญารนาฬิกาจากกระแสข้อมูลเพราะว่าระดับมีการเปลี่ยนแปลงอยู่สม่ำเสมอ  ดังนั้นวงจรจับสัญญาณนาฬิกาจะทำให้สัญญาณนาฬิกาสอดคล้องกับจุดกลางของแต่ละบิตในกระแสข้อมูล 5.Manchester Encoding ( หรือ Biphase)       แบบ Manchester Encoding เป็นรุปแบบรหัสสัญญาณมากกว่ารุปแบบสัญญาณดิจิตอลจริง ๆ  กระแสข้อมูลถูกป้อนผ่านวงจรที่เสริมหรือการกลับครึ่งแรก ของบิตข้อมุลในครึ่งหลังจะไม่ถูกกลับจะเห็นว่าโลจิก 1 ตัวแรกจะอยู่ในระดับล่าง ระหว่างครึ่งแรกของช่วงบิตแรกและอยุ่ในระดับบน