ประวัติความเป็นมาของเทคโนโลยีเครือข่ายเฉพาะที่ (LAN) จากอดีตถึงปัจจุบัน

บทนำ: จากแนวคิดสู่การเชื่อมต่อเครือข่ายเฉพาะที่

เครือข่ายเฉพาะที่ หรือ Local Area Network (LAN) คือระบบการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่าง ๆ เข้าด้วยกันในพื้นที่จำกัด เช่น ภายในอาคารสำนักงาน โรงเรียน หรือบ้านพักอาศัย โดยทั่วไปแล้ว LAN จะเป็นเครือข่ายส่วนตัวขององค์กรหรือบุคคล และมักเชื่อมต่อผ่านเทคโนโลยีอีเธอร์เน็ต (Ethernet) หรือ Wi-Fi โดยใช้ชุดโปรโตคอล TCP/IP เป็นหลัก LAN มีบทบาทสำคัญในการอำนวยความสะดวกในการแบ่งปันข้อมูลและทรัพยากรเครือข่าย เช่น เครื่องพิมพ์หรือไฟล์เซิร์ฟเวอร์ การเกิดขึ้นของ LAN สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์จากการประมวลผลแบบรวมศูนย์ด้วยเมนเฟรม (mainframe computing) ไปสู่การประมวลผลแบบกระจายศูนย์ (distributed computing) ซึ่งเป็นการเพิ่มขีดความสามารถให้กับผู้ใช้งานรายบุคคลและระดับแผนก การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ได้เป็นเพียงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังเป็นการเปลี่ยนแปลงทางสังคมและวัฒนธรรมการทำงานที่สำคัญด้วย โดยมีรากฐานมาจากการที่คอมพิวเตอร์ในช่วงแรกเป็นทรัพยากรขนาดใหญ่ที่มีจำนวนจำกัดและราคาแพง การเกิดขึ้นของ LAN ทำให้คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กจำนวนมากสามารถทำงานร่วมกันและแบ่งปันทรัพยากรราคาแพงได้ แนวคิดนี้เป็นการกระจายอำนาจการเข้าถึงทรัพยากรคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นรากฐานสำคัญของการพัฒนารูปแบบไคลเอนต์-เซิร์ฟเวอร์ (client-server model) และเครือข่ายแบบเพียร์ทูเพียร์ (peer-to-peer) ในเวลาต่อมา  

แนวคิดเครือข่ายยุคบุกเบิก: ARPANET และ ALOHAnet

ก่อนที่ LAN จะถือกำเนิดขึ้นอย่างเป็นรูปธรรม มีโครงการเครือข่ายสำคัญสองโครงการที่วางรากฐานแนวคิดและเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับการพัฒนา LAN ในเวลาต่อมา โครงการแรกคือ ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network) ซึ่งริเริ่มในช่วงปลายทศวรรษ 1960s โดยกระทรวงกลาโหมสหรัฐอเมริกา ARPANET ถือเป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบสลับแพ็กเก็ต (packet-switching) ขนาดใหญ่รุ่นแรก และเป็นต้นแบบของอินเทอร์เน็ตในปัจจุบัน เป้าหมายหลักของ ARPANET คือการสร้างเครือข่ายที่ทนทาน สามารถปกป้องการไหลของข้อมูลระหว่างสถาบันวิจัยทางการทหารและมหาวิทยาลัยต่างๆ แม้ในสภาวะสงคราม และเพื่ออำนวยความสะดวกให้นักวิจัยสามารถเข้าถึงทรัพยากรคอมพิวเตอร์กำลังสูงที่มีจำนวนจำกัดและกระจายตัวอยู่ตามภูมิภาคต่างๆ ได้ ARPANET ไม่เพียงแต่พิสูจน์ความเป็นไปได้ของเครือข่ายแพ็กเก็ตสวิตชิงในวงกว้าง แต่ยังเป็นแหล่งกำเนิดของแอปพลิเคชันเครือข่ายที่สำคัญ เช่น อีเมล (email), เทลเน็ต (Telnet) สำหรับการเชื่อมต่อระยะไกล, และโปรโตคอลการถ่ายโอนไฟล์ (FTP)  

โครงการที่สองที่มีอิทธิพลอย่างสูงคือ ALOHAnet ซึ่งพัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัยฮาวาย และเริ่มใช้งานในปี 1971 ALOHAnet เป็นการสาธิตเครือข่ายข้อมูลแบบแพ็กเก็ตไร้สายสาธารณะครั้งแรกของโลก โดยใช้คลื่นวิทยุในการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ระหว่างเกาะต่างๆ ในฮาวายเข้ากับคอมพิวเตอร์ศูนย์กลาง นวัตกรรมสำคัญของ ALOHAnet คือการใช้เทคนิคการเข้าถึงสื่อกลางแบบสุ่ม (random access) ที่เรียกว่า "Pure ALOHA" ซึ่งอนุญาตให้สถานีใดๆ ส่งข้อมูลได้ทันทีที่พร้อม และมีกลไกในการจัดการกับการชนกันของข้อมูล (collision) โดยการรอและส่งใหม่ แนวคิดนี้มีอิทธิพลโดยตรงต่อการพัฒนาเทคโนโลยีอีเธอร์เน็ตในเวลาต่อมา  

การแก้ปัญหาของ ARPANET ในการเชื่อมต่อเครื่องคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงที่อยู่ห่างไกลกัน และแนวทางของ ALOHAnet ในการจัดการการเข้าถึงสื่อกลางไร้สายที่ใช้ร่วมกันในระดับท้องถิ่น ได้วางหลักการพื้นฐานที่สำคัญสำหรับอีเธอร์เน็ต ซึ่งเป็นการนำแนวคิดการเข้าถึงสื่อกลางร่วมกันแบบ ALOHAnet มาประยุกต์ใช้กับสื่อมีสายในระดับท้องถิ่น โดยอาศัยหลักการสลับแพ็กเก็ตที่ ARPANET ได้พิสูจน์แล้ว โรเบิร์ต เมตคาล์ฟ ผู้คิดค้นอีเธอร์เน็ต ได้รับอิทธิพลจากทั้งสองเครือข่ายนี้อย่างชัดเจน โดยเครือข่ายทดลองเริ่มแรกของเขามีชื่อว่า "Alto Aloha Network" ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการผสมผสานแนวคิดจาก ARPANET (การส่งข้อมูลแบบแพ็กเก็ตเพื่อแบ่งปันทรัพยากร) และ ALOHAnet (วิธีการจัดการการเข้าถึงสื่อกลางที่ใช้ร่วมกันในระดับท้องถิ่น) ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของ LAN ในยุคต่อมา นอกจากนี้ แรงจูงใจเบื้องหลัง ARPANET ที่ต้องการให้เข้าถึงทรัพยากรคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่มีจำกัดและกระจายตัวอยู่ และรูปแบบการทำงานของ ALOHAnet ที่มีเครื่องลูกข่ายอิสระหลายเครื่องแบ่งปันการใช้งานทรัพยากรกลาง ล้วนสะท้อนถึงแนวโน้มการกระจายศูนย์ ซึ่งเป็นลักษณะเด่นของ LAN ที่แตกต่างจากระบบเมนเฟรมแบบรวมศูนย์ในยุคก่อนหน้า  

ยุคกำเนิดของเทคโนโลยี LAN

ทศวรรษ 1970s ถือเป็นช่วงเวลาแห่งการบุกเบิกเทคโนโลยี LAN อย่างแท้จริง โดยมีเทคโนโลยีหลักสามประเภทเกิดขึ้นและแข่งขันกันเพื่อสร้างมาตรฐานสำหรับการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ในระดับท้องถิ่น ได้แก่ อีเธอร์เน็ต (Ethernet), โทเคนริง (Token Ring), และอาร์กเน็ต (ARCNET)

อีเธอร์เน็ต (Ethernet): การปฏิวัติจาก Xerox PARC และมาตรฐาน IEEE 802.3

อีเธอร์เน็ตได้รับการคิดค้นขึ้นในปี 1973 โดย ดร. โรเบิร์ต เมตคาล์ฟ (Dr. Robert M. Metcalfe) และทีมงานที่ศูนย์วิจัย Xerox Palo Alto Research Center (PARC) เครือข่ายอีเธอร์เน็ตทดลองเริ่มแรกมีชื่อว่า "Alto Aloha Network" สามารถทำงานที่ความเร็ว 2.94 Mbps โดยเชื่อมต่อเครื่องคอมพิวเตอร์ Xerox Alto เข้าด้วยกัน รวมถึงเชื่อมต่อไปยังเซิร์ฟเวอร์และเครื่องพิมพ์เลเซอร์ ชื่อ "อีเธอร์เน็ต" ได้รับการตั้งขึ้นในภายหลังเพื่อสื่อความหมายว่าระบบนี้สามารถรองรับคอมพิวเตอร์ได้ทุกประเภท ไม่จำกัดเฉพาะเครื่อง Alto และเพื่อเน้นย้ำว่ากลไกเครือข่ายใหม่นี้ได้พัฒนาไปไกลกว่าระบบ ALOHAnet แล้ว โดยอ้างอิงถึงแนวคิด "อีเธอร์" (luminiferous ether) ซึ่งครั้งหนึ่งเคยเชื่อกันว่าเป็นตัวกลางที่มองไม่เห็นสำหรับการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในอวกาศ เช่นเดียวกับสายเคเบิลที่ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางนำสัญญาณบิตไปยังทุกสถานี  

อีเธอร์เน็ตใช้กลไกการเข้าถึงสื่อกลางที่เรียกว่า CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) ซึ่งอนุญาตให้อุปกรณ์ใดๆ ที่ต้องการส่งข้อมูลตรวจสอบช่องสัญญาณก่อน หากช่องสัญญาณว่างจึงจะส่งข้อมูล แต่หากมีอุปกรณ์สองตัวส่งข้อมูลพร้อมกันและเกิดการชนกัน (collision) อุปกรณ์ทั้งสองจะหยุดส่งและรอเป็นระยะเวลาสุ่มก่อนจะพยายามส่งใหม่อีกครั้ง ผู้ร่วมคิดค้นอีเธอร์เน็ตที่ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1976 นอกจากเมตคาล์ฟแล้ว ยังมี เดวิด บ็อกส์ (David Boggs), บัตเลอร์ แลมป์สัน (Butler Lampson), และชัค แธ็กเกอร์ (Chuck Thacker)  

ความสำเร็จของอีเธอร์เน็ตไม่ได้มาจากนวัตกรรมทางเทคนิคเพียงอย่างเดียว แต่ยังเกิดจากการผลักดันเชิงกลยุทธ์ไปสู่การสร้างมาตรฐานและการทำให้เป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ ในปี 1979 เมตคาล์ฟได้ก่อตั้งบริษัท 3Com เพื่อพัฒนาและจำหน่ายผลิตภัณฑ์อีเธอร์เน็ต ต่อมาในปี 1980 บริษัท Digital Equipment Corporation (DEC), Intel, และ Xerox (รวมเรียกว่า DIX) ได้ร่วมกันเผยแพร่มาตรฐาน "The Ethernet, A Local Area Network. Data Link Layer and Physical Layer Specifications" หรือที่รู้จักกันในชื่อมาตรฐาน DIX ซึ่งกำหนดความเร็วอีเธอร์เน็ตไว้ที่ 10 Mbps พร้อมด้วยการใช้หมายเลขที่อยู่ (address) แบบ 48 บิต และฟิลด์ Ethertype ขนาด 16 บิต มาตรฐาน Ethernet II (เวอร์ชัน 2) ได้รับการเผยแพร่ในเดือนพฤศจิกายน 1982 ความพยายามในการกำหนดมาตรฐานอย่างเป็นทางการเหล่านี้ดำเนินไปพร้อมๆ กัน และนำไปสู่การเผยแพร่มาตรฐาน IEEE 802.3 โดย Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) เมื่อวันที่ 23 มิถุนายน 1983 และต่อมาในปี 1985 IEEE 802.3 ก็ได้กลายเป็นมาตรฐานหลักสำหรับ LAN การผสมผสานระหว่างนวัตกรรมทางเทคนิค การสร้างมาตรฐานแบบเปิด และการมีผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ในตลาด ได้สร้างแรงผลักดันอันทรงพลังที่ทำให้อีเธอร์เน็ตกลายเป็นเทคโนโลยี LAN ที่โดดเด่นในที่สุด  

ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งที่ส่งผลต่อความสำเร็จในระยะยาวของอีเธอร์เน็ตคือความสามารถในการปรับตัวของชั้นกายภาพ (physical layer) จากเดิมที่ใช้สายโคแอกเชียลแบบหนา (thick coaxial cable) ซึ่งมีขนาดใหญ่และติดตั้งยาก อีเธอร์เน็ตได้ปรับไปใช้สายโคแอกเชียลแบบบาง (thin coaxial cable) ที่มีความยืดหยุ่นและติดตั้งง่ายกว่า และที่สำคัญที่สุดคือการเปลี่ยนไปใช้สายคู่บิดเกลียว (twisted-pair cable) ในช่วงปลายทศวรรษ 1980s ถึงต้นทศวรรษ 1990s ซึ่งมีราคาถูกกว่าและจัดการได้ง่ายกว่ามาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ร่วมกับฮับและสวิตช์ในโทโพโลยีแบบดาว (star topology) ความสามารถในการปรับตัวนี้ทำให้อีเธอร์เน็ตสามารถใช้ประโยชน์จากความก้าวหน้าด้านต้นทุนและความสะดวกในการใช้งานของเทคโนโลยีสายสัญญาณที่พัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งแตกต่างจากคู่แข่งบางรายที่ผูกติดกับชนิดของสายสัญญาณที่มีราคาแพงและเฉพาะเจาะจงมากกว่า  

โทเคนริง (Token Ring): ทางเลือกจาก IBM และมาตรฐาน IEEE 802.5

โทเคนริงเป็นเทคโนโลยี LAN ที่ได้รับการพัฒนาและผลักดันโดยบริษัท IBM โดยเปิดตัวผลิตภัณฑ์ครั้งแรกในปี 1984 และต่อมาได้รับการรับรองเป็นมาตรฐาน IEEE 802.5 ในปี 1989 โทเคนริงใช้วิธีการเข้าถึงช่องสัญญาณแบบ "โทเคนพาสซิง" (token passing) โดยมี "โทเคน" ซึ่งเป็นเฟรมข้อมูลพิเศษขนาด 3 ไบต์ วิ่งวนอยู่ในวงแหวนตรรกะ (logical ring) ที่เชื่อมต่อสถานีงานและเซิร์ฟเวอร์ต่างๆ อุปกรณ์ที่ต้องการส่งข้อมูลจะต้องรอจนกว่าจะได้รับโทเคนอิสระ เมื่อได้รับแล้วจึงจะสามารถเปลี่ยนโทเคนเป็นเฟรมข้อมูลและส่งออกไปยังเครือข่ายได้ กลไกนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าในแต่ละขณะจะมีอุปกรณ์เพียงตัวเดียวที่ส่งข้อมูล ทำให้สามารถหลีกเลี่ยงการชนกันของข้อมูลได้อย่างสมบูรณ์ และให้การเข้าถึงช่องสัญญาณที่เป็นธรรมแก่ทุกสถานี  

โทเคนริงในยุคแรกทำงานที่ความเร็ว 4 Mbps และต่อมาได้พัฒนาเป็น 16 Mbps แม้จะมีการออกมาตรฐานสำหรับความเร็ว 100 Mbps ในภายหลัง แต่ก็ไม่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย ในทางกายภาพ เครือข่ายโทเคนริงมักจะเดินสายในรูปแบบดาว (star topology) โดยใช้อุปกรณ์รวมศูนย์ที่เรียกว่า Multistation Access Unit (MAU) แต่ในทางตรรกะ ข้อมูลจะไหลเวียนเป็นวงแหวน สายสัญญาณที่ใช้ในยุคแรกมักเป็นสายคู่บิดเกลียวแบบมีชีลด์ (Shielded Twisted Pair - STP) ชนิด IBM Type 1 ซึ่งมีขนาดค่อนข้างใหญ่และใช้หัวต่อข้อมูลของ IBM (IBM Data Connector) ที่มีลักษณะเฉพาะและค่อนข้างเทอะทะ ต่อมาจึงมีการปรับให้ใช้กับสาย UTP ได้เช่นกัน  

การแข่งขันระหว่างโทเคนริงและอีเธอร์เน็ตส่วนหนึ่งเป็นเรื่องของปรัชญาในการออกแบบ (การเข้าถึงแบบกำหนดได้แน่นอนของโทเคนริงเทียบกับการเข้าถึงแบบสุ่มของอีเธอร์เน็ต) แต่ท้ายที่สุดแล้ว ปัจจัยเชิงปฏิบัติ เช่น ต้นทุน ความเรียบง่าย และความเป็นมาตรฐานเปิด เป็นตัวตัดสินชัยชนะของอีเธอร์เน็ต โทเคนริงมีข้อได้เปรียบในเรื่องประสิทธิภาพที่คาดการณ์ได้ โดยเฉพาะภายใต้ภาระงานที่หนักหน่วง เนื่องจากไม่มีการชนกันของข้อมูล อย่างไรก็ตาม ฮาร์ดแวร์ของโทเคนริง (เช่น การ์ด NIC ที่ต้องใช้โปรเซสเซอร์พิเศษ และ MAU) รวมถึงสายสัญญาณ STP เฉพาะกิจ ทำให้มีราคาสูงกว่าและติดตั้งซับซ้อนกว่าอีเธอร์เน็ต ในขณะที่อีเธอร์เน็ตพัฒนาความเร็วสูงขึ้นและมีการนำสวิตช์มาใช้เพื่อลดปัญหาการชนกันของข้อมูล ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของโทเคนริงจึงลดน้อยลง ประกอบกับอีเธอร์เน็ตสามารถปรับตัวไปใช้สาย UTP ราคาถูกได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ตลาดโดยรวมหันไปนิยมอีเธอร์เน็ตซึ่งเป็นโซลูชันที่ "ดีพอ" และคุ้มค่ากว่า  

อาร์กเน็ต (ARCNET): นวัตกรรมจาก Datapoint Corporation

ARCNET (Attached Resource Computer Network) พัฒนาโดยบริษัท Datapoint Corporation ในปี 1976 และเปิดตัวในปี 1977 โดยมี จอห์น เมอร์ฟี (John Murphy) เป็นหัวหน้าทีมพัฒนา ARCNET ถือเป็นระบบเครือข่ายสำหรับไมโครคอมพิวเตอร์ระบบแรกที่เผยแพร่ในวงกว้าง และได้รับความนิยมอย่างมากในช่วงทศวรรษ 1980s สำหรับงานอัตโนมัติในสำนักงาน การติดตั้ง LAN เชิงพาณิชย์ครั้งแรกของโลกโดย Datapoint ที่ธนาคาร Chase Manhattan ในนิวยอร์กเมื่อปี 1977 ก็ใช้เทคโนโลยี ARCNET นี้  

ARCNET ใช้วิธีการส่งผ่านโทเคน (token passing) คล้ายกับโทเคนริง แต่ทำงานบนโทโพโลยีแบบบัส (bus) หรือดาว (star) มีความเร็วในการส่งข้อมูลที่ 2.5 Mbps ในช่วงแรก ARCNET มีราคาถูกกว่าอีเธอร์เน็ต มีความน่าเชื่อถือและความยืดหยุ่นสูง สามารถทำงานได้ทั้งบนสายโคแอกเชียลและสายคู่บิดเกลียว และรองรับอุปกรณ์ได้สูงสุดถึง 255 โหนดต่อเครือข่าย ต่อมา ARCNET ได้รับการรับรองเป็นมาตรฐาน ANSI ARCNET 878.1  

ความสำเร็จในช่วงแรกของ ARCNET แสดงให้เห็นว่าในตลาดเทคโนโลยีที่เพิ่งเริ่มต้น ปัจจัยต่างๆ เช่น ความพร้อมใช้งานทันที ความคุ้มค่าสำหรับกลุ่มเป้าหมายเฉพาะ (เช่น ไมโครคอมพิวเตอร์) และความน่าเชื่อถือที่พิสูจน์แล้ว สามารถทำให้เทคโนโลยีหนึ่งเติบโตได้ แม้ว่าจะไม่ใช่มาตรฐานที่เร็วที่สุดหรือเปิดกว้างที่สุดก็ตาม ARCNET สามารถตอบสนองความต้องการของตลาดเฉพาะกลุ่มได้เป็นอย่างดี ก่อนที่เทคโนโลยีอื่นจะพัฒนาเต็มที่หรือมีราคาที่แข่งขันได้สำหรับกลุ่มนั้นๆ อย่างไรก็ตาม เมื่ออีเธอร์เน็ตก้าวหน้าขึ้นทั้งในด้านความเร็วที่สูงกว่า (10 Mbps เทียบกับ 2.5 Mbps ของ ARCNET) และการเปลี่ยนไปใช้สายคู่บิดเกลียวราคาถูก ประกอบกับความเป็นมาตรฐานเปิดที่ได้รับการสนับสนุนจากหลายผู้ผลิต ทำให้ ARCNET ค่อยๆ ลดความนิยมลง  

การเปรียบเทียบเทคโนโลยี LAN ยุคแรก

เมื่อพิจารณาเทคโนโลยี LAN ในยุคบุกเบิกทั้งสาม จะเห็นความแตกต่างที่สำคัญซึ่งส่งผลต่อการยอมรับในตลาดในระยะยาว อีเธอร์เน็ตโดดเด่นด้วยกลไก CSMA/CD ซึ่งแม้จะมีโอกาสเกิดการชนกันของข้อมูล แต่ก็มีความเรียบง่ายและต้นทุนต่ำกว่าในการผลิตฮาร์ดแวร์ ความสามารถในการปรับตัวไปใช้สื่อกลางประเภทต่างๆ โดยเฉพาะสาย UTP ราคาถูก เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้อีเธอร์เน็ตเข้าถึงตลาดได้กว้างขวาง ในทางตรงกันข้าม โทเคนริงนำเสนอประสิทธิภาพที่คาดการณ์ได้และไม่มีการชนกันของข้อมูล ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบในทางทฤษฎี โดยเฉพาะภายใต้ภาระงานที่หนักหน่วง อย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนของโปรโตคอลและฮาร์ดแวร์ รวมถึงต้นทุนที่สูงกว่า ทำให้โทเคนริงไม่สามารถแข่งขันกับอีเธอร์เน็ตในตลาดวงกว้างได้ ส่วน ARCNET แม้จะมีความเร็วต่ำที่สุด แต่ก็ประสบความสำเร็จในช่วงแรกด้วยราคาที่เข้าถึงได้ง่ายและความน่าเชื่อถือสำหรับตลาดไมโครคอมพิวเตอร์  

ชัยชนะของอีเธอร์เน็ตไม่ได้เกิดจากความเหนือกว่าทางเทคโนโลยีอย่างสมบูรณ์แบบตั้งแต่วันแรก แต่เป็นผลมาจากการที่อีเธอร์เน็ตสามารถพัฒนาจนกลายเป็นโซลูชันที่ "ดีพอ" ในหลายๆ ด้าน (ประสิทธิภาพ, ต้นทุน, ความง่ายในการใช้งาน) ผนวกกับระบบนิเวศที่เติบโตอย่างรวดเร็วอันเนื่องมาจากการเป็นมาตรฐานเปิดที่ได้รับการสนับสนุนจากผู้ผลิตหลายราย การกำหนดมาตรฐาน DIX และ IEEE 802.3 ได้สร้างระบบนิเวศที่หลากหลายสำหรับอีเธอร์เน็ต ช่วยผลักดันนวัตกรรมและลดต้นทุน เมื่อความเร็วของอีเธอร์เน็ตเพิ่มขึ้นและสวิตช์อีเธอร์เน็ตช่วยลดปัญหาการชนกันของข้อมูล ประสิทธิภาพของอีเธอร์เน็ตก็เพียงพอสำหรับความต้องการส่วนใหญ่ ในขณะที่ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนและความง่ายในการใช้งานก็ชัดเจนยิ่งขึ้น โซลูชันที่คุ้มค่าและ "ดีพอ" นี้ พร้อมด้วยระบบนิเวศที่แข็งแกร่ง จึงสามารถครองตลาดได้ในที่สุด  

ตารางที่ 1: เปรียบเทียบเทคโนโลยี LAN ยุคบุกเบิก

วิวัฒนาการของสื่อกลางในระบบ LAN

สื่อกลางที่ใช้ในการส่งข้อมูลในระบบ LAN ได้มีการพัฒนาเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก จากสายโคแอกเชียลขนาดใหญ่เทอะทะในยุคแรกเริ่ม มาสู่สายคู่บิดเกลียวที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย และก้าวไปสู่สายใยแก้วนำแสงที่ให้ความเร็วและเสถียรภาพสูงสุดในปัจจุบัน

สายโคแอกเชียล: จาก Thicknet สู่ Thinnet (10BASE5, 10BASE2)

ในยุคแรกของอีเธอร์เน็ต สายโคแอกเชียลเป็นสื่อกลางหลักที่ใช้ในการเชื่อมต่อเครือข่าย มาตรฐานดั้งเดิมคือ 10BASE5 หรือที่รู้จักกันในชื่อ "Thick Ethernet" หรือ "Thicknet" มาตรฐานนี้ใช้สายโคแอกเชียลชนิด RG-8 ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเกือบครึ่งนิ้ว (0.375 นิ้ว หรือ 9.5 มม.) ทำให้สายมีความแข็งและติดตั้งได้ยาก การเชื่อมต่ออุปกรณ์เข้ากับสาย Thicknet ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่า "แดร็กคูล่าแทป" (vampire tap) ซึ่งจะเจาะทะลุฉนวนด้านนอกของสายเข้าไปสัมผัสกับแกนทองแดงด้านใน สาย 10BASE5 สามารถส่งข้อมูลได้ไกลถึง 500 เมตรต่อเซกเมนต์  

ต่อมา เพื่อลดความยุ่งยากและค่าใช้จ่ายในการติดตั้ง ได้มีการพัฒนามาตรฐาน 10BASE2 หรือ "Thin Ethernet," "ThinNet," หรือ "Cheapernet" มาตรฐานนี้ใช้สายโคแอกเชียลชนิด RG-58 ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า มีความยืดหยุ่นมากกว่า และราคาถูกกว่าสาย RG-8 การเชื่อมต่ออุปกรณ์กับสาย 10BASE2 ทำได้ง่ายกว่า โดยใช้หัวต่อแบบ BNC และ T-connector ต่อพ่วงกันแบบอนุกรม (daisy-chain) อย่างไรก็ตาม ระยะทางสูงสุดต่อเซกเมนต์ของ 10BASE2 ลดลงเหลือเพียง 185 เมตร ThinNet ได้รับความนิยมอย่างมากในช่วงกลางถึงปลายทศวรรษ 1980s เนื่องจากความสะดวกและต้นทุนที่ต่ำกว่า Thicknet  

ลักษณะทางกายภาพของสายโคแอกเชียลในยุคแรกมีอิทธิพลอย่างมากต่อโทโพโลยีของ LAN ซึ่งมักจะเป็นแบบบัส (bus topology) ทำให้การติดตั้งและปรับเปลี่ยนเครือข่ายทำได้ค่อนข้างยุ่งยาก การที่ต้องเจาะสายเพื่อเชื่อมต่อในระบบ 10BASE5 หรือการต่อพ่วงแบบอนุกรมในระบบ 10BASE2 ล้วนเป็นข้อจำกัด นอกจากนี้ การใช้สื่อกลางร่วมกันในโทโพโลยีแบบบัสยังหมายความว่าหากสายเคเบิลเกิดการชำรุด ณ จุดใดจุดหนึ่ง อาจทำให้ทั้งเซกเมนต์ของเครือข่ายใช้งานไม่ได้ ข้อจำกัดเหล่านี้ได้กระตุ้นให้เกิดการแสวงหาสื่อกลางและสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่ยืดหยุ่นและจัดการได้ง่ายกว่า  

สายคู่บิดเกลียว (Twisted-Pair Cable): จุดเปลี่ยนสำคัญและความหลากหลายของมาตรฐาน (Cat3, Cat5, Cat5e, Cat6, Cat6A, Cat8)

การเปลี่ยนมาใช้สายคู่บิดเกลียว (twisted-pair cable) โดยเฉพาะอย่างยิ่งสาย UTP (Unshielded Twisted Pair) ถือเป็นจุดเปลี่ยนครั้งสำคัญของเทคโนโลยีอีเธอร์เน็ตและ LAN โดยทั่วไป สายคู่บิดเกลียวเริ่มกลายเป็นสื่อกลางหลักสำหรับอีเธอร์เน็ตในช่วงปลายทศวรรษ 1980s พร้อมกับการมาถึงของอุปกรณ์รวมศูนย์อย่างฮับ (hub) และสวิตช์ (switch) สายคู่บิดเกลียวมีข้อได้เปรียบเหนือกว่าสายโคแอกเชียลหลายประการ เช่น ราคาถูกกว่า ติดตั้งง่ายกว่า มีขนาดเล็กและมีความยืดหยุ่นสูงกว่า  

ความสำเร็จของสายคู่บิดเกลียวมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาฮับและสวิตช์ อุปกรณ์เหล่านี้เอื้อให้เกิดการใช้โทโพโลยีแบบดาว (star topology) ซึ่งมีความทนทานและง่ายต่อการแก้ไขปัญหามากกว่าโทโพโลยีแบบบัส สายคู่บิดเกลียวซึ่งมีลักษณะการเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุด (จากอุปกรณ์ไปยังพอร์ตของฮับ/สวิตช์) เหมาะสมอย่างยิ่งกับการเดินสายแบบดาว นอกจากนี้ การจัดการเครือข่ายแบบดาว (เช่น การแยกข้อผิดพลาด การเพิ่ม/ย้าย/เปลี่ยนอุปกรณ์ทำได้ง่าย) ประกอบกับความคุ้มค่าของสาย UTP ได้ผลักดันให้อีเธอร์เน็ตเติบโตอย่างรวดเร็วในสภาพแวดล้อมสำนักงาน ดังนั้น การเปลี่ยนมาใช้ UTP ไม่ใช่เพียงแค่การเปลี่ยนชนิดของสายสัญญาณที่ดีขึ้น แต่เป็นส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรม LAN ครั้งใหญ่ที่อำนวยความสะดวกโดยฮาร์ดแวร์เครือข่ายแบบใหม่

มาตรฐานของสายคู่บิดเกลียวได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อรองรับความเร็วที่เพิ่มขึ้นของอีเธอร์เน็ต โดยมีการกำหนดเป็น "Category" หรือ "Cat" ต่างๆ :  

• Category 3 (Cat3): ได้รับการรับรองมาตรฐานโดย TIA (Telecommunications Industry Association) ในปี 1991 รองรับความเร็ว 10 Mbps (สำหรับมาตรฐาน 10BASE-T) ที่ความถี่ 16 MHz แม้จะไม่แนะนำให้ใช้ในปัจจุบัน แต่ก็ยังคงมีการติดตั้งใช้งานอยู่บ้างสำหรับระบบโทรศัพท์  
   
• Category 5 (Cat5): เปิดตัวในปี 1995 รองรับความถี่ 100 MHz และความเร็ว 100 Mbps (สำหรับมาตรฐาน 100BASE-TX)  
   
• Category 5e (Cat5e): เปิดตัวราวปี 2001 มีคุณสมบัติด้าน crosstalk ที่ดีขึ้นเพื่อรองรับความเร็วระดับ Gigabit Ethernet (1000 Mbps สำหรับมาตรฐาน 1000BASE-T) ที่ความถี่ 100 MHz  
   
• Category 6 (Cat6): ได้รับการรับรองในปี 2002 รองรับความถี่ 250 MHz สามารถรองรับความเร็ว 1000 Mbps ได้อย่างสมบูรณ์ และรองรับ 10 Gbps ได้ในระยะทางสั้นๆ (ประมาณ 35-55 เมตร)  
   
• Category 6A (Cat6A): ได้รับการรับรองในปี 2009 รองรับความถี่ 500 MHz สามารถรองรับความเร็ว 10 Gbps ได้เต็มระยะ 100 เมตร เป็นมาตรฐานที่แนะนำสำหรับการติดตั้ง LAN แนวนอนใหม่ๆ ในปัจจุบัน  
   
• Category 7 (Cat7) และ Category 7A (Cat7A): เป็นมาตรฐานของ ISO/IEC (ไม่ได้รับการรับรองโดย TIA อย่างเป็นทางการ) รองรับความถี่ 600 MHz และ 1 GHz ตามลำดับ สามารถรองรับความเร็ว 10 Gbps และเป็นที่นิยมในบางส่วนของยุโรป  
   
• Category 8 (Cat8): ได้รับการรับรองในปี 2016 รองรับความถี่สูงถึง 2 GHz ออกแบบมาเพื่อรองรับความเร็ว 25 Gbps และ 40 Gbps ในระยะทางสั้นๆ (สูงสุด 30 เมตร) โดยมุ่งเน้นการใช้งานในศูนย์ข้อมูล (data center)  
   

ตารางที่ 2: วิวัฒนาการของมาตรฐานสายคู่บิดเกลียวในระบบอีเธอร์เน็ต

สายใยแก้วนำแสง (Fiber Optic Cable): สู่ยุคแห่งความเร็วสูงและเสถียรภาพ

สายใยแก้วนำแสงเป็นสื่อกลางระดับสูงสำหรับระบบ LAN ที่ให้ประสิทธิภาพสูงสุดในด้านความเร็ว ระยะทาง และความทนทานต่อสัญญาณรบกวน เทคโนโลยีนี้ใช้พัลส์ของแสงในการส่งข้อมูลผ่านเส้นใยแก้วหรือพลาสติก ทำให้สามารถส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงกว่า 100 Gbps และมีอัตราการสูญเสียสัญญาณต่ำมากแม้ในระยะทางไกลหลายกิโลเมตร คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการป้องกันสัญญาณรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Interference - EMI) ได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งแตกต่างจากสายทองแดงที่อาจได้รับผลกระทบจาก EMI นอกจากนี้ สายใยแก้วนำแสงยังมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และมีความทนทานกว่าสายทองแดง  

แม้ว่าในอดีตสายใยแก้วนำแสงจะมีราคาสูงกว่าสายทองแดงมาก แต่ปัจจุบันราคาได้ลดลงอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วการติดตั้งสายใยแก้วนำแสงสำหรับอุปกรณ์ปลายทางยังคงมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าสายทองแดงเมื่อรวมค่าอุปกรณ์แอคทีฟ (เช่น สวิตช์, การ์ด NIC) เข้าไปด้วย ด้วยเหตุนี้ สายใยแก้วนำแสงจึงนิยมใช้เป็นหลักสำหรับส่วนที่เป็นแกนหลักของเครือข่าย (network backbone), การเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล (data center interconnects), เครือข่ายแคมปัสขนาดใหญ่ (campus networks), เครือข่ายในเขตเมือง (Metropolitan Area Networks - MANs), และการเชื่อมต่อระยะไกลอื่นๆ ที่ข้อจำกัดของสายทองแดง (ด้านระยะทาง, แบนด์วิดท์, หรือ EMI) เป็นอุปสรรค  

สายใยแก้วนำแสงมีหลายประเภท โดยแบ่งหลักๆ ได้เป็น:

• สายใยแก้วนำแสงแบบหลายโหมด (Multimode Fiber - MMF): เหมาะสำหรับการส่งข้อมูลในระยะทางสั้นกว่า เช่น ภายในอาคารหรือระหว่างอาคารที่อยู่ใกล้กัน มีขนาดแกนกลางใหญ่กว่า ทำให้ใช้แหล่งกำเนิดแสงราคาถูกกว่า (เช่น LED) ได้ มาตรฐาน MMF มีหลายรุ่น เช่น OM1, OM2, OM3, OM4, และ OM5 ซึ่งแต่ละรุ่นมีความสามารถในการรองรับแบนด์วิดท์และระยะทางที่แตกต่างกัน  
   
• สายใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดียว (Single-Mode Fiber - SMF): มีขนาดแกนกลางเล็กมาก ทำให้แสงเดินทางเป็นแนวตรง ลดการกระจายของสัญญาณ และสามารถส่งข้อมูลได้ในระยะทางไกลมาก (หลายสิบถึงหลายร้อยกิโลเมตร) เหมาะสำหรับเครือข่ายระยะไกลและต้องการแบนด์วิดท์สูงมาก มาตรฐาน SMF เช่น OS1 และ OS2  
   

การนำสายใยแก้วนำแสงมาใช้ไม่เพียงแต่เพิ่มความเร็วของเครือข่าย แต่ยังเป็นการเปิดศักยภาพใหม่ๆ ให้กับสถาปัตยกรรมเครือข่าย ทำให้สามารถออกแบบเครือข่ายขนาดใหญ่และซับซ้อนมากขึ้นได้ เช่น เครือข่ายแคมปัสที่ครอบคลุมหลายอาคาร หรือศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ที่ต้องการการเชื่อมต่อความเร็วสูงระหว่างเซิร์ฟเวอร์และระบบจัดเก็บข้อมูลจำนวนมหาศาล ความสามารถในการส่งข้อมูลระยะไกลโดยไม่สูญเสียสัญญาณและความทนทานต่อสัญญาณรบกวน EMI ทำให้สายใยแก้วนำแสงเป็นทางเลือกที่จำเป็นสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนสูง เช่น ในโรงงานอุตสาหกรรม หรือบริเวณที่มีอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังสูงติดตั้งอยู่ ปริมาณแบนด์วิดท์มหาศาลที่สายใยแก้วนำแสงสามารถรองรับได้ยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้สามารถรวมการจราจรข้อมูลจากลิงก์ทองแดงความเร็วต่ำจำนวนมากเข้าด้วยกัน และรองรับการเติบโตของข้อมูลที่เกิดจากแอปพลิเคชันยุคใหม่ เช่น การสตรีมวิดีโอความละเอียดสูง คลาวด์คอมพิวติ้ง และการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ หากไม่มีสายใยแก้วนำแสง อินเทอร์เน็ตและเครือข่ายองค์กรขนาดใหญ่ในปัจจุบันคงไม่สามารถทำงานได้ในระดับขนาดและประสิทธิภาพที่เป็นอยู่

การพัฒนาความเร็วและมาตรฐานของอีเธอร์เน็ต

วิวัฒนาการของอีเธอร์เน็ตเป็นเรื่องราวของการไล่ตามความต้องการแบนด์วิดท์ที่ไม่สิ้นสุด จากความเร็วเริ่มต้นเพียงไม่กี่เมกะบิตต่อวินาทีในห้องปฏิบัติการ สู่มาตรฐานระดับเทราบิตต่อวินาทีที่กำลังจะมาถึงในอนาคตอันใกล้ การเดินทางนี้ขับเคลื่อนโดยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องและการกำหนดมาตรฐานที่เป็นระบบโดย IEEE

จาก 10 Mbps สู่ Terabit Ethernet: ลำดับขั้นของนวัตกรรม

การเพิ่มขึ้นของความเร็วอีเธอร์เน็ตเป็นผลมาจากการพัฒนาเทคโนโลยีในหลายๆ ด้าน ทั้งสื่อส่งสัญญาณ เทคนิคการเข้ารหัสสัญญาณ และความสามารถของอุปกรณ์ประมวลผลเครือข่าย แต่ละก้าวกระโดดของความเร็วมาพร้อมกับการออกมาตรฐาน IEEE 802.3 ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเข้ากันได้ระหว่างอุปกรณ์จากผู้ผลิตหลายราย

• 10 Mbps (10BASE-T - IEEE 802.3i, ประมาณปี 1990): มาตรฐาน 10BASE-T ถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญที่ทำให้อีเธอร์เน็ตได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย โดยเป็นการนำอีเธอร์เน็ตความเร็ว 10 Mbps มาใช้งานบนสายคู่บิดเกลียว (UTP) ประเภท Category 3 (Cat3) การเปลี่ยนมาใช้สาย UTP และหัวต่อ RJ-45 ทำให้การติดตั้งง่ายและมีค่าใช้จ่ายถูกกว่าสายโคแอกเชียลอย่างมาก ประกอบกับการใช้โทโพโลยีแบบดาวร่วมกับฮับ ทำให้การจัดการเครือข่ายสะดวกขึ้น 10BASE-T จึงกลายเป็นมาตรฐานหลักสำหรับเครือข่ายสำนักงานในยุคนั้น  

   

   

• 100 Mbps (Fast Ethernet - IEEE 802.3u, 1995): เมื่อความต้องการแบนด์วิดท์เพิ่มสูงขึ้นจากการขยายตัวของอินเทอร์เน็ตและแอปพลิเคชันที่ซับซ้อนมากขึ้น Fast Ethernet จึงถือกำเนิดขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการนี้ มาตรฐาน IEEE 802.3u ได้กำหนดความเร็วไว้ที่ 100 Mbps โดยมีหลายรูปแบบย่อย ที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือ 100BASE-TX ซึ่งทำงานบนสาย UTP Category 5 (Cat5) จำนวนสองคู่สาย และ 100BASE-FX ซึ่งทำงานบนสายใยแก้วนำแสงแบบหลายโหมด Fast Ethernet ยังนำเสนอการสื่อสารแบบสองทิศทางเต็มรูปแบบ (full-duplex) ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครือข่ายได้อย่างมากเมื่อใช้ร่วมกับสวิตช์  

   

   

• 1 Gbps (Gigabit Ethernet - IEEE 802.3z [สายใยแก้ว], 1998; IEEE 802.3ab [สายทองแดง], 1999): Gigabit Ethernet เป็นการเพิ่มความเร็วขึ้นอีกสิบเท่าเป็น 1000 Mbps หรือ 1 Gbps มาตรฐาน IEEE 802.3z กำหนดการทำงานบนสายใยแก้วนำแสง โดยมีรูปแบบย่อยที่สำคัญคือ 1000BASE-SX สำหรับสายใยแก้วนำแสงแบบหลายโหมดในระยะทางสั้น และ 1000BASE-LX สำหรับสายใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดียวหรือหลายโหมดในระยะทางไกลกว่า ต่อมา มาตรฐาน IEEE 802.3ab ได้กำหนด 1000BASE-T ซึ่งทำให้ Gigabit Ethernet สามารถทำงานบนสาย UTP Category 5e (Cat5e) หรือสูงกว่าได้ ทำให้เทคโนโลยีนี้สามารถเข้าถึงระดับเดสก์ท็อปได้โดยใช้โครงสร้างพื้นฐานสายทองแดงที่มีอยู่เดิม Gigabit Ethernet กลายเป็นมาตรฐานสำคัญสำหรับเครือข่ายแกนหลัก การเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์ และเดสก์ท็อปประสิทธิภาพสูง  

   

   

• 2.5GBASE-T และ 5GBASE-T (IEEE 802.3bz, 2016): มาตรฐานเหล่านี้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการแบนด์วิดท์ที่สูงกว่า 1 Gbps แต่ยังไม่ถึงระดับ 10 Gbps โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ Wi-Fi Access Point ความเร็วสูง (เช่น มาตรฐาน 802.11ac Wave 2 และ 802.11ax) ซึ่งต้องการอัปลิงก์ที่เร็วกว่า 1 Gbps IEEE 802.3bz กำหนดให้ 2.5GBASE-T และ 5GBASE-T สามารถทำงานบนสาย UTP Category 5e และ Category 6 ที่มีการติดตั้งไว้อย่างแพร่หลายอยู่แล้วได้ โดยใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาต่อยอดมาจาก 10GBASE-T แต่ลดอัตราการส่งสัญญาณลง มาตรฐานนี้ยังรองรับ Power over Ethernet (PoE) ทำให้เหมาะสำหรับการจ่ายไฟให้กับ Access Point ผ่านสาย LAN เส้นเดียว  

   

   

• 10 Gbps (10 Gigabit Ethernet - IEEE 802.3ae [สายใยแก้ว], 2002; IEEE 802.3an [สายทองแดง], 2006): 10 Gigabit Ethernet (10GbE) เป็นก้าวกระโดดครั้งสำคัญอีกครั้ง โดยเพิ่มความเร็วเป็น 10 Gbps มาตรฐาน IEEE 802.3ae กำหนดการทำงานบนสายใยแก้วนำแสง มีหลายรูปแบบย่อย เช่น 10GBASE-SR (Short Reach) สำหรับระยะทางสั้นบนสาย MMF, 10GBASE-LR (Long Reach) สำหรับระยะทางไกลบนสาย SMF, และ 10GBASE-ER (Extended Reach) สำหรับระยะทางไกลมากบนสาย SMF ต่อมา มาตรฐาน IEEE 802.3an ได้กำหนด 10GBASE-T ซึ่งทำให้ 10GbE สามารถทำงานบนสายคู่บิดเกลียว Category 6A (Cat6A) ได้ไกลถึง 100 เมตร 10GbE กลายเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับศูนย์ข้อมูล การเชื่อมต่อระหว่างเซิร์ฟเวอร์ (server interconnects) และเครือข่ายแกนหลักขององค์กรขนาดใหญ่  

   

   

• 40 Gbps (IEEE 802.3ba, 2010) และ 100 Gbps (IEEE 802.3ba, 2010; IEEE 802.3bj, 2014; IEEE 802.3bm, 2015): เพื่อตอบสนองความต้องการแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากคลาวด์คอมพิวติ้ง บิ๊กดาต้า และการประมวลผลสมรรถนะสูง (HPC) มาตรฐาน IEEE 802.3ba ได้กำหนดความเร็วใหม่สองระดับพร้อมกันคือ 40 Gbps และ 100 Gbps ในปี 2010 เทคโนโลยีเหล่านี้ส่วนใหญ่ทำงานบนสายใยแก้วนำแสง โดยใช้เทคนิคการรวมหลายเลน (multiple lanes) ของสัญญาณความเร็วต่ำกว่า (เช่น 4x10 Gbps สำหรับ 40GbE หรือ 10x10 Gbps/4x25 Gbps สำหรับ 100GbE) มาตรฐาน IEEE 802.3bj (2014) ได้เพิ่มข้อกำหนดสำหรับ 100 Gbps บนแผงวงจรหลัง (backplane) และสายทองแดงคู่ขนาน (twinaxial copper cable) รวมถึงปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และ IEEE 802.3bm (2015) ได้ปรับปรุงข้อกำหนดสำหรับ 40GbE และ 100GbE บนสายใยแก้วนำแสงให้มีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากยิ่งขึ้น  

   

   

• 200 Gbps และ 400 Gbps (IEEE 802.3bs, 2017; IEEE 802.3cd, 2018): การเติบโตอย่างไม่หยุดยั้งของศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ (hyperscale data centers) และปริมาณการใช้งานอินเทอร์เน็ตมหาศาล ผลักดันให้เกิดการพัฒนามาตรฐานความเร็วที่สูงขึ้นไปอีก มาตรฐาน IEEE 802.3bs (2017) ได้กำหนดความเร็ว 200 Gbps และ 400 Gbps โดยอาศัยเทคโนโลยีการมอดูเลตสัญญาณขั้นสูง เช่น PAM4 (Pulse Amplitude Modulation with 4 levels) ซึ่งช่วยให้ส่งข้อมูลได้มากขึ้นในแต่ละสัญลักษณ์ และการใช้หลายเลนบนสายใยแก้วนำแสง มาตรฐาน IEEE 802.3cd (2018) ได้เพิ่มเติมข้อกำหนดสำหรับ 50 Gbps, 100 Gbps (แบบเลนเดียวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น) และ 200 Gbps บนสื่อกลางต่างๆ รวมถึงสายทองแดงและแผงวงจรหลัง  

   

   

• Terabit Ethernet (800 Gbps, 1.6 Tbps - IEEE 802.3df, กำลังพัฒนา): ปัจจุบัน การพัฒนาอีเธอร์เน็ตก้าวเข้าสู่ยุคเทราบิต โดยคณะทำงาน IEEE 802.3df กำลังพัฒนามาตรฐานสำหรับความเร็ว 800 Gbps และ 1.6 Tbps แรงผลักดันหลักมาจากความต้องการแบนด์วิดท์มหาศาลของปัญญาประดิษฐ์ (AI), การเรียนรู้ของเครื่อง (ML), เครือข่าย 5G/6G, และปริมาณข้อมูลที่เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ ความท้าทายสำคัญในการพัฒนา Terabit Ethernet รวมถึงการใช้พลังงาน ต้นทุน และวิธีการทดสอบใหม่ๆ อย่างไรก็ตาม ได้มีการทดลองที่ประสบความสำเร็จในการส่งสัญญาณ 1.2 Tbps และ 1.6 Tbps ในระยะทางไกล โดยใช้เทคโนโลยีล้ำสมัย เช่น WaveLogic ของ Ciena และเราเตอร์ PTX ของ Juniper Terabit Ethernet ถือเป็นพรมแดนใหม่สำหรับเครือข่ายความจุสูงพิเศษ ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างพื้นฐานอินเทอร์เน็ตในอนาคตและแอปพลิเคชันที่ใช้ข้อมูลปริมาณมหาศาล  

   

   

ประวัติศาสตร์การพัฒนาความเร็วของอีเธอร์เน็ตทั้งหมดนี้เป็นเครื่องพิสูจน์ถึงความต้องการแบนด์วิดท์ที่ไม่เคยหยุดนิ่ง ซึ่งขับเคลื่อนโดยแอปพลิเคชันที่พัฒนาอย่างต่อเนื่อง (จากการแชร์ไฟล์และเครื่องพิมพ์ธรรมดาไปสู่สื่อสมบูรณ์แบบ คลาวด์ และ AI/ML) และจำนวนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อเพิ่มมากขึ้น มาตรฐานความเร็วใหม่แต่ละมาตรฐานเกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อปัญหาคอขวด (bottleneck) ที่มีอยู่หรือคาดว่าจะเกิดขึ้นในอนาคต นอกจากนี้ ความก้าวหน้าของความเร็วอีเธอร์เน็ตไม่ได้ขึ้นอยู่กับมาตรฐานเพียงอย่างเดียว แต่ยังต้องการการพัฒนาควบคู่กันไปของเทคโนโลยีสายสัญญาณ (เช่น Cat5e สำหรับ 1Gbps, Cat6A สำหรับ 10Gbps บนสายทองแดง, และสายใยแก้วนำแสงขั้นสูง), ความสามารถของการ์ด NIC, และฮาร์ดแวร์สวิตช์/เราเตอร์ (เช่น ASIC ที่เร็วขึ้น, โมดูลออปติคัลใหม่) สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงระบบนิเวศที่พึ่งพาอาศัยกัน ซึ่งความก้าวหน้าในด้านหนึ่ง (เช่น มาตรฐานความเร็วใหม่) จำเป็นต้องอาศัยและขับเคลื่อนนวัตกรรมในด้านอื่นๆ (สายสัญญาณ, ซิลิคอน, ออปติก)  

ตารางที่ 3: ลำดับเวลาและวิวัฒนาการความเร็วและมาตรฐานของอีเธอร์เน็ต

การปฏิวัติไร้สาย: กำเนิดและวิวัฒนาการของ Wi-Fi

ในขณะที่เทคโนโลยี LAN แบบมีสายกำลังพัฒนาอย่างต่อเนื่อง การปฏิวัติอีกด้านหนึ่งก็ได้เริ่มก่อตัวขึ้น นั่นคือการมาถึงของเครือข่าย LAN ไร้สาย หรือที่รู้จักกันในชื่อ Wi-Fi ซึ่งได้เปลี่ยนแปลงวิธีการเชื่อมต่อเข้ากับเครือข่ายของเราไปอย่างสิ้นเชิง

จุดเริ่มต้นของเครือข่าย LAN ไร้สาย

รากฐานของ Wi-Fi สามารถย้อนกลับไปได้ถึงการตัดสินใจของคณะกรรมการกลางกำกับดูแลกิจการสื่อสารของสหรัฐอเมริกา (FCC) ในปี 1985 ที่อนุญาตให้ใช้คลื่นความถี่ ISM (Industrial, Scientific, and Medical) บางส่วน รวมถึงย่านความถี่ 2.4 GHz โดยไม่ต้องขอใบอนุญาต การเปิดเสรีคลื่นความถี่นี้เป็นปัจจัยสำคัญที่เอื้อต่อการพัฒนานวัตกรรมเครือข่ายไร้สายในเชิงพาณิชย์ เนื่องจากช่วยลดอุปสรรคในการเข้าสู่ตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ไร้สายใหม่ๆ  

ก่อนหน้าการกำหนดมาตรฐาน IEEE 802.11 อย่างเป็นทางการ มีความพยายามในการพัฒนาเทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายหลายโครงการที่สำคัญ ในปี 1991 บริษัท NCR Corporation (ปัจจุบันคือส่วนหนึ่งของ Nokia Labs และ LSI Corporation) ร่วมกับ AT&T ได้คิดค้น WaveLAN ขึ้นในประเทศเนเธอร์แลนด์ ซึ่งถือเป็นเทคโนโลยีต้นแบบของมาตรฐาน 802.11 โดยมีวัตถุประสงค์เริ่มแรกเพื่อใช้ในระบบแคชเชียร์ บุคคลสำคัญในโครงการนี้คือ วิค เฮย์ส (Vic Hayes) จาก NCR ซึ่งต่อมาได้ดำรงตำแหน่งประธานคณะทำงาน IEEE 802.11 เป็นเวลานานถึง 10 ปี และ บรูซ ทัช (Bruce Tuch) จาก Bell Labs นอกจากนี้ ในปี 1992 องค์การวิจัยวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมแห่งเครือจักรภพ (CSIRO) ของออสเตรเลีย นำโดย จอห์น โอซัลลิแวน (John O'Sullivan) ก็ได้พัฒนาต้นแบบทดสอบสำหรับ WLAN และได้ยื่นจดสิทธิบัตรเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง ซึ่งต่อมาสิทธิบัตรนี้ได้กลายเป็นแหล่งรายได้สำคัญของ CSIRO จากการฟ้องร้องบริษัทเทคโนโลยีต่างๆ ที่นำเทคโนโลยีนี้ไปใช้  

อิทธิพลจาก ALOHAnet ซึ่งสาธิตการส่งข้อมูลแบบแพ็กเก็ตไร้สายโดยใช้การเข้าถึงแบบสุ่ม ก็มีส่วนสำคัญในการวางแนวคิดพื้นฐานสำหรับเครือข่ายไร้สายที่ใช้สื่อกลางร่วมกัน การรวมกันของปัจจัยเหล่านี้ ทั้งการเปิดเสรีคลื่นความถี่ การวิจัยและพัฒนาจากภาคเอกชนและสถาบันวิจัย และประสบการณ์จากเครือข่ายไร้สายยุคแรก ได้ปูทางไปสู่การก่อตั้งคณะทำงาน IEEE 802.11 เพื่อกำหนดมาตรฐานกลางสำหรับเทคโนโลยี WLAN  

มาตรฐาน IEEE 802.11: จากรุ่นสู่รุ่น

คณะทำงาน IEEE 802.11 ได้พัฒนามาตรฐานต่างๆ ออกมาอย่างต่อเนื่อง เพื่อเพิ่มความเร็ว ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพของเครือข่าย Wi-Fi ให้สามารถตอบสนองความต้องการใช้งานที่หลากหลายและเพิ่มสูงขึ้นตลอดเวลา แต่ละมาตรฐานใหม่มักจะนำเสนอเทคโนโลยีที่ก้าวหน้ากว่าเดิม เช่น การมอดูเลตสัญญาณที่ดีขึ้น การใช้หลายเสาอากาศพร้อมกัน (MIMO) และการจัดการช่องสัญญาณที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

• 802.11 (Legacy, 1997): เป็นมาตรฐาน Wi-Fi ฉบับแรกที่เผยแพร่ในปี 1997 ทำงานบนคลื่นความถี่ 2.4 GHz และให้ความเร็วในการเชื่อมต่อสูงสุดเพียง 1-2 Mbps แม้จะช้า แต่ก็เป็นการวางรากฐานสำคัญสำหรับเทคโนโลยี Wi-Fi ในอนาคต  

   

   

• 802.11b (Wi-Fi 1, 1999): เปิดตัวในปี 1999 ยังคงทำงานบนคลื่นความถี่ 2.4 GHz แต่เพิ่มความเร็วสูงสุดเป็น 11 Mbps โดยใช้เทคโนโลยี DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum) และ CCK (Complementary Code Keying) 802.11b เป็นมาตรฐานที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางเป็นครั้งแรก เนื่องจากอุปกรณ์มีราคาไม่แพง อย่างไรก็ตาม มันมีความอ่อนไหวต่อสัญญาณรบกวนจากอุปกรณ์อื่นๆ ที่ใช้คลื่น 2.4 GHz เช่นกัน เช่น เตาไมโครเวฟและโทรศัพท์ไร้สาย การที่ Apple นำ Wi-Fi (ภายใต้ชื่อ AirPort) มาใส่ในแล็ปท็อป iBook ในปี 1999 ถือเป็นปัจจัยสำคัญที่ช่วยกระตุ้นการยอมรับ Wi-Fi ในตลาดผู้บริโภค  

   

   

• 802.11a (Wi-Fi 2, 1999): เปิดตัวในปีเดียวกับ 802.11b แต่ทำงานบนคลื่นความถี่ 5 GHz ซึ่งมีสัญญาณรบกวนน้อยกว่าย่าน 2.4 GHz และใช้เทคโนโลยี OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) ทำให้มีความเร็วสูงสุดถึง 54 Mbps อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ 802.11a ในช่วงแรกมีราคาสูงกว่าและมีระยะทำการสั้นกว่า 802.11b  

   

   

• 802.11g (Wi-Fi 3, 2003): มาตรฐานนี้เปิดตัวในปี 2003 โดยพยายามรวมข้อดีของ 802.11a และ 802.11b เข้าด้วยกัน คือทำงานบนคลื่นความถี่ 2.4 GHz เพื่อให้เข้ากันได้กับอุปกรณ์ 802.11b ที่มีอยู่เดิม แต่ใช้เทคโนโลยี OFDM เพื่อให้ได้ความเร็วสูงสุด 54 Mbps เช่นเดียวกับ 802.11a  

   

   

• 802.11n (Wi-Fi 4, 2009): เป็นการก้าวกระโดดครั้งสำคัญของ Wi-Fi เปิดตัวในปี 2009 สามารถทำงานได้ทั้งบนคลื่นความถี่ 2.4 GHz และ 5 GHz และนำเทคโนโลยี MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) มาใช้ ซึ่งอนุญาตให้ใช้อุปกรณ์ส่งและรับสัญญาณหลายเสาพร้อมกัน ทำให้เพิ่มความเร็วและความน่าเชื่อถือได้อย่างมาก ความเร็วตามทฤษฎีสูงสุดถึง 600 Mbps นอกจากนี้ยังมีการนำเทคนิค Channel Bonding (การรวมช่องสัญญาณ) มาใช้เพื่อเพิ่มแบนด์วิดท์  

   

   

• 802.11ac (Wi-Fi 5, 2013/2014): เปิดตัวในปี 2013 (บางแหล่งข้อมูลระบุ 2014) มาตรฐานนี้ทำงานเฉพาะบนคลื่นความถี่ 5 GHz เพื่อหลีกเลี่ยงความแออัดในย่าน 2.4 GHz และให้ความสำคัญกับการเพิ่มความเร็วและปริมาณการรับส่งข้อมูล 802.11ac นำเสนอเทคโนโลยี MU-MIMO (Multi-User MIMO) แบบ Downlink, ช่องสัญญาณที่กว้างขึ้น (สูงสุด 160 MHz), การมอดูเลตที่ซับซ้อนขึ้น (256-QAM), และเทคโนโลยี Beamforming เพื่อส่งสัญญาณไปยังอุปกรณ์เป้าหมายได้แม่นยำขึ้น ความเร็วตามทฤษฎีสามารถสูงถึง 3.46-6.933 Gbps  

   

   

• 802.11ax (Wi-Fi 6/6E, 2019/2021): มาตรฐาน Wi-Fi 6 เปิดตัวในปี 2019 (บางแหล่งข้อมูลระบุ 2021 สำหรับการรับรองสมบูรณ์) โดยมุ่งเน้นการปรับปรุงประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่มีอุปกรณ์หนาแน่น ลดความหน่วงแฝง (latency) และประหยัดพลังงานแบตเตอรี่ของอุปกรณ์ Wi-Fi 6 ทำงานได้ทั้งบนคลื่น 2.4 GHz และ 5 GHz และนำเทคโนโลยี OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) มาใช้เพื่อแบ่งช่องสัญญาณให้สามารถรองรับอุปกรณ์จำนวนมากได้พร้อมกันอย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึง UL/DL MU-MIMO และการมอดูเลตแบบ 1024-QAM ความเร็วตามทฤษฎีสูงสุด 9.6 Gbps ต่อมา Wi-Fi 6E ได้ขยายการทำงานไปยังคลื่นความถี่ 6 GHz ที่เพิ่งเปิดให้ใช้งาน ซึ่งมีช่องสัญญาณกว้างและสัญญาณรบกวนน้อยกว่ามาก มาตรฐานนี้ยังรองรับ WPA3 เพื่อความปลอดภัยที่สูงขึ้น  

   

   

• 802.11be (Wi-Fi 7, 2024): เป็นมาตรฐานล่าสุดที่เพิ่งเปิดตัวในปี 2024 ออกแบบมาเพื่อรองรับความต้องการแบนด์วิดท์ที่สูงมากและความหน่วงแฝงต่ำสุดๆ สำหรับแอปพลิเคชันยุคใหม่ เช่น AR/VR, การสตรีมวิดีโอ 8K, และเกมบนคลาวด์ Wi-Fi 7 ทำงานได้บนคลื่นความถี่ 2.4 GHz, 5 GHz, และ 6 GHz และนำเสนอคุณสมบัติเด่น เช่น Multi-Link Operation (MLO) ที่อนุญาตให้อุปกรณ์เชื่อมต่อและส่งข้อมูลผ่านหลายย่านความถี่พร้อมกัน, ช่องสัญญาณกว้างถึง 320 MHz, และการมอดูเลตแบบ 4096-QAM ความเร็วตามทฤษฎีคาดว่าจะสูงถึง 23-46 Gbps  

   

   

• 802.11bn (Wi-Fi 8, คาดการณ์ปี 2028): เป็นมาตรฐานที่กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา คาดว่าจะเปิดตัวราวปี 2028 โดยมุ่งเน้นไปที่ "Ultra High Reliability (UHR)" หรือความน่าเชื่อถือสูงเป็นพิเศษ Wi-Fi 8 ตั้งเป้าที่จะทำงานร่วมกับเครือข่ายเซลลูลาร์ได้อย่างราบรื่น ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้คลื่นความถี่ด้วยเทคโนโลยี เช่น Non-Primary Channel Access (NPCA) และ In-Device Coexistence (IDC) และลดความหน่วงแฝงในสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุด (long-tail latency) ผ่านกลไกอย่าง TXOP Preemption และ High Priority EDCA (HIP EDCA) ความเร็วตามทฤษฎีอาจสูงถึง 100 Gbps  

   

   

วิวัฒนาการของมาตรฐาน Wi-Fi แสดงให้เห็นถึงความพยายามอย่างต่อเนื่องในการสร้างสมดุลระหว่างความเร็วที่เพิ่มขึ้น ความเข้ากันได้กับอุปกรณ์รุ่นเก่า ต้นทุนในการผลิต และการใช้ประโยชน์จากคลื่นความถี่ที่มีอยู่หรือที่เพิ่งเปิดให้ใช้งานใหม่ แต่ละรุ่นไม่ได้มุ่งเน้นเพียงแค่การเพิ่มความเร็วเท่านั้น แต่ยังพิจารณาถึงประสบการณ์การใช้งานโดยรวม เช่น ประสิทธิภาพในที่แออัด หรือความน่าเชื่อถือในการเชื่อมต่อด้วย นอกจากนี้ Wi-Fi ที่เริ่มต้นจากการเป็นส่วนขยายที่สะดวกสบายของ LAN แบบมีสายสำหรับอุปกรณ์พกพา ได้พัฒนาจนกลายเป็นวิธีการเข้าถึงเครือข่ายหลักสำหรับผู้ใช้จำนวนมาก และในหลายๆ กรณีก็สามารถทดแทนการเชื่อมต่อแบบมีสายได้ สิ่งนี้ได้เปลี่ยนแนวทางการออกแบบ LAN และความคาดหวังของผู้ใช้อย่างมาก โดย LAN สมัยใหม่มักจะออกแบบให้มีแกนหลักแบบมีสายความเร็วสูงเพื่อรองรับ Access Point จำนวนมาก ทำให้ Wi-Fi เป็นช่องทางหลักที่ผู้ใช้ปลายทางสัมผัสประสบการณ์เครือข่าย

ตารางที่ 4: วิวัฒนาการของมาตรฐาน IEEE 802.11 (Wi-Fi) และคุณสมบัติหลัก

Wi-Fi Alliance: บทบาทในการรับรองและส่งเสริมเทคโนโลยี

Wi-Fi Alliance ก่อตั้งขึ้นในปี 1999 โดยกลุ่มบริษัทชั้นนำหลายแห่ง ภายใต้ชื่อเดิมว่า Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) โดยมีเป้าหมายหลักเพื่อส่งเสริมประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุดสำหรับเทคโนโลยีเครือข่ายไร้สายใหม่ โดยไม่คำนึงถึงยี่ห้อของอุปกรณ์ ในปี 2000 กลุ่มได้เปลี่ยนชื่อเป็น Wi-Fi Alliance® และนำคำว่า "Wi-Fi®" (ซึ่งคิดค้นโดยบริษัทที่ปรึกษาด้านแบรนด์ Interbrand ) มาใช้เป็นชื่อเรียกอย่างเป็นทางการสำหรับงานด้านเทคนิคของตน  

บทบาทสำคัญของ Wi-Fi Alliance คือการสร้างความมั่นใจในความสามารถในการทำงานร่วมกัน (interoperability) ของผลิตภัณฑ์ Wi-Fi จากผู้ผลิตหลายราย ผ่านโครงการรับรองผลิตภัณฑ์ที่เรียกว่า Wi-Fi CERTIFIED™ โปรแกรมนี้ช่วยให้ผู้บริโภคและธุรกิจมั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการรับรองจะสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่น ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ช่วยเร่งการยอมรับเทคโนโลยี Wi-Fi ในตลาดวงกว้าง การสร้างแบรนด์ "Wi-Fi" ที่จดจำง่ายและการรับประกันความเข้ากันได้นี้ถือเป็นกลยุทธ์ที่ประสบความสำเร็จอย่างสูงในการแปลงมาตรฐานทางเทคนิคที่ซับซ้อน (เช่น IEEE 802.11b) ให้กลายเป็นเทคโนโลยีที่ผู้บริโภคทั่วไปเข้าถึงและไว้วางใจได้  

นอกจากนี้ Wi-Fi Alliance ยังทำงานอย่างใกล้ชิดกับ IEEE ในการพัฒนามาตรฐานใหม่ๆ จัดทำข้อกำหนดของตนเองเมื่อจำเป็น และทำงานร่วมกับหน่วยงานกำกับดูแลและรัฐบาลต่างๆ ทั่วโลกเพื่อส่งเสริมการใช้งานเทคโนโลยี Wi-Fi และผลักดันให้เกิดแอปพลิเคชันและการใช้งานใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง  

ผลกระทบของ Wi-Fi ต่อการเชื่อมต่อเครือข่าย

การมาถึงของ Wi-Fi ได้เปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ของการเชื่อมต่อเครือข่ายอย่างมหาศาล ทั้งในด้านบวกและด้านที่ท้าทาย:

ข้อดี:

• ความคล่องตัวและความยืดหยุ่น (Mobility and Flexibility): Wi-Fi มอบอิสระในการเคลื่อนย้ายอุปกรณ์โดยไม่ต้องผูกติดกับสายเคเบิล ทำให้ผู้ใช้สามารถทำงานหรือเข้าถึงเครือข่ายได้จากทุกที่ภายในระยะทำการของสัญญาณ สิ่งนี้ได้ส่งเสริมรูปแบบการทำงานใหม่ๆ เช่น การทำงานจากที่บ้าน (home working) หรือการเข้าถึงข้อมูลองค์กรขณะอยู่ที่ไซต์ลูกค้า  
   
• ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น (Increased Efficiency): การสื่อสารข้อมูลที่ดีขึ้นนำไปสู่การถ่ายโอนข้อมูลที่รวดเร็วขึ้นภายในธุรกิจและระหว่างคู่ค้าและลูกค้า  
   
• การเข้าถึงและความพร้อมใช้งาน (Access and Availability): ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องใช้สายเคเบิลหรืออะแดปเตอร์เพิ่มเติมเพื่อเข้าถึงเครือข่ายสำนักงาน  
   
• การประหยัดต้นทุน (Cost Savings): การติดตั้งเครือข่ายไร้สายอาจง่ายกว่าและถูกกว่า โดยเฉพาะในอาคารเก่าหรือสถานที่ที่ไม่สะดวกในการเดินสายเคเบิล  
   
• โอกาสทางธุรกิจใหม่ (New Opportunities): Wi-Fi ได้สร้างโอกาสในการนำเสนอบริการใหม่ๆ เช่น การให้บริการ Wi-Fi hotspot ในพื้นที่สาธารณะต่างๆ  
   

ความท้าทาย:

• ความปลอดภัย (Security): การส่งข้อมูลแบบไร้สายมีความเสี่ยงต่อการถูกโจมตีจากผู้ไม่ประสงค์ดีมากกว่าเครือข่ายแบบมีสาย จึงจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับการรักษาความปลอดภัยของระบบไร้สายเป็นพิเศษ  
   
• ปัญหาการติดตั้งและการรบกวน (Installation Problems and Interference): อาจเกิดปัญหาสัญญาณรบกวนจากอุปกรณ์ไร้สายอื่นๆ ในอาคารเดียวกัน หรือจากแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ เช่น เตาไมโครเวฟ อุปกรณ์ Bluetooth หรือแม้แต่วัสดุก่อสร้างบางชนิด (เช่น โลหะ, กระจก, หรือตู้ปลา) ซึ่งอาจทำให้การสื่อสารมีคุณภาพต่ำหรือขาดหายไปได้  
   
• ระยะครอบคลุม (Coverage): ในบางอาคาร การให้สัญญาณครอบคลุมทุกพื้นที่อาจเป็นเรื่องยาก ทำให้เกิด "จุดอับสัญญาณ" (black spots) ได้ ระยะทางจากเราเตอร์ก็มีผลต่อความแรงของสัญญาณเช่นกัน  
   
• ความเร็วในการส่งข้อมูล (Transmission Speeds): ในยุคแรกๆ หรือในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนสูง ความเร็วในการส่งข้อมูลแบบไร้สายอาจช้ากว่าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าเครือข่ายแบบมีสาย คลื่นความถี่ 2.4 GHz แม้จะมีระยะทำการไกลกว่า แต่ก็มีช่องสัญญาณน้อยและถูกรบกวนได้ง่ายกว่า ในขณะที่คลื่น 5 GHz (และ 6 GHz ใน Wi-Fi 6E) มีช่องสัญญาณมากกว่าและถูกรบกวนน้อยกว่า แต่ก็มีระยะทำการสั้นกว่าและทะลุทะลวงสิ่งกีดขวางได้ไม่ดีเท่า  
   

ความสะดวกสบายและความแพร่หลายของ Wi-Fi เป็นปัจจัยสำคัญที่กระตุ้นการเติบโตของอุปกรณ์พกพา (สมาร์ทโฟน, แท็บเล็ต, แล็ปท็อป) และอุปกรณ์ IoT ซึ่งในทางกลับกันก็ผลักดันความต้องการประสิทธิภาพและความจุของ Wi-Fi ที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้ได้เปลี่ยนปรัชญาการออกแบบ LAN จากเดิมที่เน้น "โครงสร้างพื้นฐานแบบมีสาย" เป็นหลัก ไปสู่การให้ความสำคัญกับ "การวางแผนความครอบคลุมและความจุของเครือข่ายไร้สาย" สำหรับการเข้าถึงของผู้ใช้ปลายทาง โดยเครือข่ายแบบมีสายมักทำหน้าที่เป็นแกนหลักความเร็วสูงสำหรับ Access Point ของ Wi-Fi  

วิวัฒนาการของส่วนประกอบสำคัญในระบบ LAN

ความก้าวหน้าของเทคโนโลยี LAN ไม่ได้เกิดขึ้นจากมาตรฐานหรือสื่อกลางเพียงอย่างเดียว แต่ยังเกิดจากการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ที่สำคัญ ซึ่งแต่ละชิ้นมีบทบาทในการกำหนดประสิทธิภาพ สถาปัตยกรรม และขีดความสามารถของเครือข่าย

การ์ดเครือข่าย (Network Interface Cards - NICs): จากการ์ดเสริมสู่อุปกรณ์อัจฉริยะ

การ์ดเครือข่าย หรือ NIC (Network Interface Card) เป็นส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นสำหรับคอมพิวเตอร์ในการเชื่อมต่อเข้ากับเครือข่าย NIC ทำหน้าที่เป็นตัวกลางระหว่างคอมพิวเตอร์กับสื่อกลางของเครือข่าย โดยรับผิดชอบการทำงานในระดับชั้นกายภาพ (physical layer) และชั้นเชื่อมโยงข้อมูล (data link layer) ของแบบจำลอง OSI  

ประวัติของ NICs ย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษ 1970s และ 1980s ซึ่งเป็นยุคแรกเริ่มของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ เมื่อความต้องการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกันเพิ่มสูงขึ้น จึงเกิดความจำเป็นในการมีฮาร์ดแวร์ที่เป็นมาตรฐานสำหรับทำหน้าที่นี้ NICs ในยุคแรกมักจะเป็นการ์ดเสริม (expansion card) ที่ต้องติดตั้งเข้ากับสล็อตบนเมนบอร์ดของคอมพิวเตอร์ การ์ดเหล่านี้รองรับโปรโตคอลเครือข่ายต่างๆ ที่มีในขณะนั้น เช่น Ethernet, Token Ring, และ ARCNET เมื่อเวลาผ่านไป NICs ได้พัฒนาให้รองรับความเร็วเครือข่ายที่สูงขึ้น ตั้งแต่ 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps และสูงขึ้นไปอีก พร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีบัสบนเมนบอร์ด เช่น จาก ISA ไปเป็น PCI และ PCIe ในปัจจุบัน NICs จำนวนมากได้ถูกรวมเข้าเป็นส่วนหนึ่งของเมนบอร์ดโดยตรง (integrated NICs) หรือแม้กระทั่งรวมอยู่ในชิปเซ็ตของ CPU ซึ่งสะท้อนถึงความสำคัญของการเชื่อมต่อเครือข่ายในระบบคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ บริษัทชั้นนำในอุตสาหกรรม NICs ได้แก่ Intel, Broadcom, Realtek, และ Qualcomm  

นวัตกรรมล่าสุดในวงการ NICs คือ SmartNICs หรือ DPUs (Data Processing Units) SmartNICs เป็นการ์ดเครือข่ายขั้นสูงที่มีหน่วยประมวลผล (processor), หน่วยความจำ (memory), และซอฟต์แวร์เครือข่ายติดตั้งอยู่บนตัวการ์ดเอง ทำให้สามารถแบ่งเบาภาระงานประมวลผลที่เกี่ยวข้องกับเครือข่ายออกจาก CPU หลักของเซิร์ฟเวอร์ได้ ความสามารถในการ offload งานเหล่านี้รวมถึงการจัดการเครือข่ายเสมือน (network virtualization) เช่น VXLAN หรือ NVGRE, การรักษาความปลอดภัย เช่น การเข้ารหัสข้อมูล หรือการทำงานของไฟร์วอลล์, การจัดการระบบจัดเก็บข้อมูล (storage) เช่น NVMe-over-Fabrics, การประมวลผลแพ็กเก็ต, และการทำโหลดบาลานซ์ การใช้ SmartNICs ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเซิร์ฟเวอร์ ลดความหน่วงแฝง เพิ่มความปลอดภัย และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากรโดยรวม ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมศูนย์ข้อมูล โทรคมนาคม และการประมวลผลสมรรถนะสูง (HPC) DPUs ถือเป็นวิวัฒนาการอีกขั้นของ SmartNICs โดยมักจะมีความสามารถในการประมวลผลที่สูงกว่าและรองรับฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลายกว่า IPDK (Infrastructure Programmer Development Kit) เป็นชุดพัฒนาซอฟต์แวร์แบบโอเพนซอร์สที่ออกแบบมาเพื่อรองรับการทำงานบน CPU, IPU, DPU และสวิตช์ โดยไม่ขึ้นกับผู้ผลิตรายใดรายหนึ่ง  

วิวัฒนาการของ NICs มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำให้ระบบปลายทางสามารถใช้ประโยชน์จากความเร็วเครือข่ายที่เพิ่มขึ้นได้อย่างเต็มที่ หาก NIC ไม่สามารถประมวลผลข้อมูลได้ทันท่วงที ประโยชน์ของสวิตช์และสายสัญญาณที่เร็วขึ้นก็จะสูญเปล่าที่อุปกรณ์ปลายทาง SmartNICs ได้ยกระดับบทบาทของ NIC ขึ้นไปอีกขั้น โดยไม่เพียงแต่เป็นตัวเชื่อมต่อ แต่ยังเป็นหน่วยประมวลผลที่ช่วยลดภาระของ CPU และป้องกันไม่ให้ CPU กลายเป็นคอขวดในแอปพลิเคชันที่ต้องใช้เครือข่ายอย่างหนักหน่วง

ฮับ (Hubs): จุดรวมสัญญาณแบบแบ่งปัน

ฮับเป็นอุปกรณ์เครือข่ายพื้นฐานที่ทำงานในระดับชั้นกายภาพ (Layer 1) ของแบบจำลอง OSI หน้าที่หลักของฮับคือการทำหน้าที่เป็นจุดรวมการเชื่อมต่อสำหรับอุปกรณ์หลายตัวใน LAN โดยทำซ้ำ (repeat) สัญญาณข้อมูลที่ได้รับจากพอร์ตหนึ่งไปยังพอร์ตอื่นๆ ทุกพอร์ตที่เชื่อมต่ออยู่ (ยกเว้นพอร์ตต้นทาง) ด้วยเหตุนี้ ฮับจึงสร้างสิ่งที่เรียกว่า "โดเมนการชนกัน" (collision domain) เพียงโดเมนเดียว และอุปกรณ์ทุกตัวที่เชื่อมต่อกับฮับจะใช้แบนด์วิดท์ร่วมกัน ฮับทำงานในโหมด half-duplex เท่านั้น หมายความว่าไม่สามารถส่งและรับข้อมูลได้ในเวลาเดียวกัน  

ฮับมีหลายประเภท เช่น ฮับแบบพาสซีฟ (passive hub) ที่ไม่ต้องการแหล่งจ่ายไฟและไม่ขยายสัญญาณ, ฮับแบบแอคทีฟ (active hub) ที่ขยายสัญญาณเพื่อเพิ่มระยะทาง, และฮับอัจฉริยะ (intelligent hub) ที่อาจมีฟังก์ชันการจัดการบางอย่าง นอกจากนี้ยังมีฮับแบบสองความเร็ว (dual-speed hub) ที่พยายามเชื่อมช่องว่างระหว่างเทคโนโลยี 10 Mbps และ 100 Mbps ในช่วงที่สวิตช์ยังมีราคาสูง  

ฮับเคยเป็นทางเลือกที่ประหยัดสำหรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์ใน LAN ขนาดเล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้โทโพโลยีแบบดาว อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพที่เกิดจากการใช้แบนด์วิดท์ร่วมกันและการชนกันของข้อมูล ทำให้ฮับไม่เหมาะกับเครือข่ายที่มีอุปกรณ์จำนวนมากหรือมีการใช้งานหนาแน่น เมื่อราคาสวิตช์ลดลงอย่างมาก ฮับจึงค่อยๆ เสื่อมความนิยมลง และถูกแทนที่ด้วยสวิตช์เกือบทั้งหมด มาตรฐาน IEEE 802.3 ได้ยกเลิกการแนะนำให้ใช้ฮับในการเชื่อมต่อเซกเมนต์เครือข่ายตั้งแต่ปี 2011  

ฮับถือเป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนผ่านที่สำคัญ จากโทโพโลยีแบบบัสบนสายโคแอกเชียลไปสู่เครือข่ายแบบดาวที่ใช้สวิตช์ แม้ว่าฮับจะช่วยให้การเดินสายง่ายขึ้น แต่ก็ยังคงข้อจำกัดของสื่อกลางแบบแบ่งปันไว้ในรูปแบบที่เข้มข้นขึ้น ซึ่งเป็นการเน้นย้ำถึงปัญหาด้านประสิทธิภาพและกระตุ้นให้เกิดความต้องการสวิตช์ที่สามารถแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้ได้

สวิตช์ (Switches): สู่การสื่อสารแบบเจาะจงและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

สวิตช์เป็นอุปกรณ์เครือข่ายที่ทำงานในระดับชั้นเชื่อมโยงข้อมูล (Layer 2) ของแบบจำลอง OSI ซึ่งเป็นความแตกต่างที่สำคัญจากฮับ สวิตช์มีความสามารถในการ "เรียนรู้" หมายเลขที่อยู่ MAC (Media Access Control address) ของอุปกรณ์แต่ละตัวที่เชื่อมต่ออยู่กับแต่ละพอร์ตของมัน และจะส่งต่อเฟรมข้อมูลไปยังพอร์ตปลายทางที่ถูกต้องเท่านั้น แทนที่จะกระจายข้อมูลไปยังทุกพอร์ตเหมือนฮับ การทำงานในลักษณะนี้ทำให้แต่ละพอร์ตของสวิตช์เปรียบเสมือนเป็นโดเมนการชนกันแยกต่างหาก และสวิตช์สามารถทำงานในโหมด full-duplex ได้ คือสามารถส่งและรับข้อมูลได้พร้อมกันบนแต่ละพอร์ต  

การเปลี่ยนจากฮับมาใช้สวิตช์ถือเป็นการพัฒนาครั้งใหญ่ในด้านประสิทธิภาพของ LAN สวิตช์ช่วยลดการชนกันของข้อมูลได้อย่างมาก เพิ่มแบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้จริงสำหรับผู้ใช้แต่ละคน และปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของเครือข่ายอย่างเห็นได้ชัด สวิตช์เชิงพาณิชย์ตัวแรกสำหรับ LAN เปิดตัวในปี 1991 และได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วแทนที่ฮับ เมื่อราคาลดลงและข้อดีด้านประสิทธิภาพเป็นที่ประจักษ์  

สวิตช์ยังได้มีการพัฒนาไปอีกขั้นเป็น Layer 3 switches หรือ multilayer switches ซึ่งรวมความสามารถในการกำหนดเส้นทาง (routing) ของเราเตอร์ (Layer 3) เข้ากับความเร็วในการสวิตชิ่งของสวิตช์ (Layer 2) ทำให้สามารถกำหนดเส้นทางระหว่าง VLANs (Virtual LANs) หรือเครือข่ายย่อยต่างๆ ได้อย่างรวดเร็วภายในเครือข่ายเดียวกัน คุณสมบัติอื่นๆ ที่พัฒนาขึ้นในสวิตช์สมัยใหม่ ได้แก่ การรองรับความเร็วที่สูงขึ้น (ตั้งแต่ 1 Gbps, 10 Gbps ไปจนถึง 400 Gbps และกำลังพัฒนาสู่ 800 Gbps) , จำนวนพอร์ตที่มากขึ้น, การรองรับ Power over Ethernet (PoE) สำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ปลายทางผ่านสาย LAN, และคุณสมบัติการจัดการขั้นสูง เช่น Quality of Service (QoS) สำหรับจัดลำดับความสำคัญของข้อมูล, VLANs สำหรับแบ่งกลุ่มเครือข่ายเชิงตรรกะ, และการทำงานร่วมกับ Software-Defined Networking (SDN)  

การเปลี่ยนจากฮับมาเป็นสวิตช์เป็นปัจจัยพื้นฐานที่ทำให้ LAN สามารถขยายขนาดรองรับจำนวนอุปกรณ์และปริมาณการจราจรข้อมูลที่เพิ่มขึ้นได้อย่างมหาศาล หากไม่มีสวิตช์ เครือข่าย LAN ขนาดใหญ่และมีประสิทธิภาพสูงอย่างที่เราเห็นในปัจจุบันคงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ คุณสมบัติต่างๆ เช่น VLANs และ Layer 3 switching ช่วยให้สามารถสร้างสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพสูงได้

เราเตอร์ (Routers): ประตูสู่เครือข่ายอื่นและการจัดการ IP

เราเตอร์เป็นอุปกรณ์เครือข่ายที่ทำงานในระดับชั้นเครือข่าย (Layer 3) ของแบบจำลอง OSI หน้าที่หลักของเราเตอร์คือการส่งต่อแพ็กเก็ตข้อมูลระหว่างเครือข่ายที่แตกต่างกัน โดยอาศัยข้อมูลหมายเลขที่อยู่ IP (IP address) ปลายทางในการตัดสินใจเลือกเส้นทางที่ดีที่สุด เราเตอร์จึงทำหน้าที่เป็น "ประตู" (gateway) ที่เชื่อมต่อ LAN เข้ากับ LAN อื่นๆ หรือเชื่อมต่อ LAN เข้ากับเครือข่ายบริเวณกว้าง (Wide Area Network - WAN) เช่น อินเทอร์เน็ต  

เราเตอร์ในยุคแรกเริ่ม (ทศวรรษ 1970s) พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในเครือข่าย ARPANET และการเชื่อมต่อระหว่างเครือข่าย (internetworking) ในช่วงแรก เราเตอร์มักจะเป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก (minicomputers) ที่ทำงานด้วยซอฟต์แวร์พิเศษ และมักรองรับหลายโปรโตคอล (multiprotocol routers) เนื่องจากในยุคนั้นยังไม่มีโปรโตคอล TCP/IP เป็นมาตรฐานหลักเพียงหนึ่งเดียว  

สำหรับ LAN ในปัจจุบัน โดยเฉพาะในบ้านและสำนักงานขนาดเล็ก (SOHO - Small Office/Home Office) เราเตอร์มักจะรวมฟังก์ชันหลายอย่างไว้ในอุปกรณ์เดียว เช่น การทำหน้าที่เป็นสวิตช์อีเธอร์เน็ต (มีหลายพอร์ต LAN), เป็นจุดเข้าใช้งานไร้สาย (Wireless Access Point - WAP), และให้บริการสำคัญๆ เช่น Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) สำหรับแจกจ่าย IP address ให้กับอุปกรณ์ในเครือข่ายโดยอัตโนมัติ และ Network Address Translation (NAT) ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์หลายตัวใน LAN สามารถใช้งานอินเทอร์เน็ตผ่าน IP address สาธารณะเพียงหมายเลขเดียวได้  

ในขณะที่สวิตช์จัดการการจราจรข้อมูล ภายใน LAN เราเตอร์คืออุปกรณ์สำคัญที่เชื่อมต่อ LAN เข้าด้วยกัน และที่สำคัญที่สุดคือเชื่อมต่อ LAN เข้ากับอินเทอร์เน็ต การพัฒนาราคาของเราเตอร์ SOHO ที่เข้าถึงได้ง่ายได้ทำให้การเข้าถึงอินเทอร์เน็ตสำหรับ LAN กลายเป็นเรื่องปกติในทุกครัวเรือนและธุรกิจขนาดเล็ก ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลง LAN จากที่เป็นเพียงเกาะของทรัพยากรภายใน ให้กลายเป็นประตูสู่ข้อมูลและบริการระดับโลก

ผลกระทบองค์รวมต่อประสิทธิภาพและสถาปัตยกรรม LAN

วิวัฒนาการของส่วนประกอบสำคัญเหล่านี้ ตั้งแต่ NICs, ฮับ, สวิตช์, ไปจนถึงเราเตอร์ ได้ส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อประสิทธิภาพและสถาปัตยกรรมของ LAN โดยรวม การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดคือการเปลี่ยนจากสถาปัตยกรรมแบบสื่อกลางร่วม (shared media) ซึ่งใช้สายโคแอกเชียลในโทโพโลยีแบบบัส หรือสาย UTP ร่วมกับฮับ ไปสู่สถาปัตยกรรมแบบสวิตช์ (switched media) ที่อุปกรณ์แต่ละตัวมีการเชื่อมต่อเฉพาะไปยังพอร์ตของสวิตช์  

การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลให้:

• การชนกันของข้อมูลลดลงอย่างมาก: สวิตช์สร้างโดเมนการชนกันแยกกันสำหรับแต่ละพอร์ต ทำให้แทบไม่มีการชนกันของข้อมูลเกิดขึ้นในเครือข่ายที่ใช้สวิตช์ทั้งหมด  
   
• แบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้ต่อผู้ใช้เพิ่มขึ้น: ในระบบสวิตช์ แต่ละพอร์ตมักจะได้รับแบนด์วิดท์เต็มตามความเร็วของพอร์ตนั้นๆ (เช่น 100 Mbps หรือ 1 Gbps) แทนที่จะต้องแบ่งปันแบนด์วิดท์กับอุปกรณ์อื่นๆ เหมือนในระบบฮับ  
   
• ประสิทธิภาพโดยรวมของเครือข่ายสูงขึ้น: ด้วยการชนกันที่ลดลงและแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพโดยรวมของ LAN จึงดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ทำให้สามารถรองรับแอปพลิเคชันที่ต้องการแบนด์วิดท์สูงได้  
   
• สถาปัตยกรรมเครือข่ายที่ซับซ้อนและขยายขนาดได้มากขึ้น: สวิตช์และเราเตอร์ช่วยให้สามารถออกแบบเครือข่ายที่มีโครงสร้างเป็นลำดับชั้น (hierarchical design) เช่น การแบ่งเป็นชั้น core, distribution, และ access ซึ่งมีความยืดหยุ่นและสามารถขยายขนาดได้ง่ายกว่า  
   
• NICs ที่พัฒนาตาม: การ์ดเครือข่ายได้พัฒนาให้รองรับความเร็วที่สูงขึ้น และ SmartNICs ยังช่วยแบ่งเบาภาระการประมวลผลจาก CPU ของเครื่องปลายทาง ทำให้ไม่เกิดคอขวดที่อุปกรณ์ปลายทาง  
   

ประสิทธิภาพและสถาปัตยกรรมของ LAN ที่เราเห็นในปัจจุบันไม่ได้เกิดจากส่วนประกอบใดส่วนประกอบหนึ่งเพียงอย่างเดียว แต่เป็นผลมาจากการพัฒนาร่วมกันอย่างสอดประสานของสื่อกลาง วิธีการเข้าถึงสื่อกลาง ฮาร์ดแวร์ที่ทำงาน (NICs, ฮับ, สวิตช์, เราเตอร์) และโปรโตคอล ความก้าวหน้าในด้านหนึ่งมักจะสร้างความต้องการหรือโอกาสในด้านอื่นๆ ก่อให้เกิดวงจรการพัฒนาที่ไม่หยุดนิ่ง ตัวอย่างเช่น ข้อจำกัดของสายโคแอกเชียลและโทโพโลยีแบบบัส นำไปสู่การใช้สาย UTP และฮับ ซึ่งแม้จะแก้ปัญหาการเดินสาย แต่ก็ยังคงปัญหาประสิทธิภาพของสื่อกลางร่วมกัน ปัญหาของฮับจึงนำไปสู่การพัฒนาสวิตช์ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมครั้งใหญ่จาก shared ไปเป็น switched การเพิ่มความเร็วของมาตรฐานอีเธอร์เน็ตก็ต้องการสาย UTP ที่ดีขึ้น (Cat5e, Cat6A) และ NIC/พอร์ตสวิตช์ที่เร็วขึ้น การเชื่อมต่อ LAN หลายเครือข่ายหรือเชื่อมต่อ LAN กับอินเทอร์เน็ตก็ต้องการเราเตอร์และโปรโตคอลที่สามารถกำหนดเส้นทางได้ (TCP/IP) การมาถึงของ Wi-Fi ก็เพิ่มความคล่องตัว แต่ก็ต้องการ WAP และการผสานรวมเข้ากับ LAN แบบมีสาย ซึ่งมักจะผ่านสวิตช์และเราเตอร์เช่นกัน ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นถึงระบบนิเวศที่ซับซ้อนและพึ่งพาอาศัยกันของเทคโนโลยี LAN

ระบบปฏิบัติการเครือข่ายและโปรโตคอล: การเปลี่ยนผ่านสู่มาตรฐานกลาง

ในช่วงแรกของการพัฒนา LAN ระบบปฏิบัติการเครือข่าย (Network Operating System - NOS) และโปรโตคอลที่ใช้มักจะเป็นกรรมสิทธิ์ของผู้ผลิตแต่ละราย ซึ่งสร้างความท้าทายในการทำงานร่วมกันระหว่างระบบที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม การเติบโตของอินเทอร์เน็ตและความต้องการในการเชื่อมต่อที่หลากหลายได้ผลักดันให้เกิดการเปลี่ยนผ่านไปสู่มาตรฐานกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโปรโตคอล TCP/IP

ยุคของ NOS เฉพาะทาง: Novell NetWare (IPX/SPX), Microsoft LAN Manager (NetBEUI), Banyan VINES

ในยุคที่ระบบปฏิบัติการไคลเอนต์ (เช่น DOS) ยังไม่มีความสามารถด้านเครือข่ายในตัว NOS จึงมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการทำให้ LAN สามารถทำงานได้ โดย NOS จะทำหน้าที่จัดการทรัพยากรที่ใช้ร่วมกัน เช่น ไฟล์และเครื่องพิมพ์ รวมถึงการยืนยันตัวตนผู้ใช้ และมักจะมาพร้อมกับชุดโปรโตคอลเครือข่ายที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเอง

• Novell NetWare: เป็น NOS ที่ครองตลาด LAN ในช่วงทศวรรษ 1980s ถึงกลางทศวรรษ 1990s NetWare มีชื่อเสียงด้านประสิทธิภาพและความปลอดภัย โดยมีฟังก์ชันหลักคือการให้บริการไฟล์และเครื่องพิมพ์ โปรโตคอลดั้งเดิมที่ใช้คือ IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) และ NCP (NetWare Core Protocol) IPX/SPX ได้รับการออกแบบมาให้มีขนาดเล็กและกำหนดค่าได้ง่ายบน LAN อย่างไรก็ตาม ความนิยมของ NetWare ลดลงเมื่อ Windows NT ซึ่งมาพร้อมกับความสามารถด้านเครือข่ายในตัว และโปรโตคอล TCP/IP ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง  

   

   

• Microsoft LAN Manager: พัฒนาโดย Microsoft ร่วมกับ 3Com โดยทำงานบนระบบปฏิบัติการ OS/2 ในช่วงแรก LAN Manager ใช้โปรโตคอล NetBIOS Frames (NBF) หรือ NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface) และ XNS ต่อมาได้เพิ่มการรองรับ TCP/IP LAN Manager ถูกแทนที่ด้วย Windows NT ซึ่งรวมบริการเครือข่ายเข้ากับระบบปฏิบัติการเซิร์ฟเวอร์โดยตรง  

   

   

• Banyan VINES: เป็นที่รู้จักจากบริการไดเรกทอรีระดับโลกที่เรียกว่า StreetTalk ซึ่งมีความก้าวหน้าในยุคนั้น VINES ใช้โปรโตคอล VINES Internetwork Protocol (VIP) ซึ่งมีพื้นฐานมาจาก XNS แต่ก็เสื่อมความนิยมลงเนื่องจากการแข่งขันจาก Novell และ Microsoft รวมถึงรูปแบบธุรกิจที่เป็นระบบปิด  

   

   

• AppleTalk: เป็นชุดโปรโตคอลกรรมสิทธิ์ของ Apple สำหรับเครื่อง Macintosh มีจุดเด่นที่การตั้งค่าที่ง่าย การกำหนดที่อยู่แบบไดนามิก และการแบ่งโซน (zones) ชั้นกายภาพที่ใช้คือ LocalTalk (ผ่านพอร์ต RS-422) และ PhoneNET (ผ่านสายโทรศัพท์) อย่างไรก็ตาม AppleTalk มีข้อจำกัดด้านความสามารถในการขยายขนาด (scalability) และมีลักษณะ "ช่างพูด" (chatty) คือมีการส่งข้อมูลควบคุมจำนวนมาก ทำให้ไม่เหมาะกับเครือข่ายขนาดใหญ่ ในที่สุด Apple ก็เปลี่ยนไปใช้ TCP/IP เป็นโปรโตคอลหลัก  

   

   

การครอบงำของ NOS เฉพาะทางมักหมายถึงการครอบงำของโปรโตคอลที่เกี่ยวข้องบน LAN นั้นๆ ด้วย การเสื่อมถอยของ NOS เหล่านี้เชื่อมโยงกับการเกิดขึ้นของระบบปฏิบัติการเซิร์ฟเวอร์อเนกประสงค์ (เช่น Windows NT) ที่รวมบริการเครือข่ายไว้ในตัว และการยอมรับ TCP/IP ในระดับสากล

ตารางที่ 5: เปรียบเทียบโปรโตคอลเครือข่าย LAN ยุคแรก

การผงาดของ TCP/IP: โปรโตคอลแห่งการเชื่อมต่อสากล

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1970s โดยหน่วยงาน DARPA ของสหรัฐอเมริกา โดยมี วินต์ เซิร์ฟ (Vint Cerf) และ บ็อบ คาห์น (Bob Kahn) เป็นบุคคลสำคัญ เป้าหมายคือการสร้างชุดโปรโตคอลที่ทนทาน กระจายศูนย์ และสามารถทำงานร่วมกันได้บนเครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่หลากหลายประเภท TCP/IP ได้รับการยอมรับให้เป็นมาตรฐานสำหรับเครือข่าย ARPANET อย่างเป็นทางการในวันที่ 1 มกราคม 1983 และกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ ได้กำหนดให้เป็นมาตรฐานสำหรับเครือข่ายคอมพิวเตอร์ทางการทหารทั้งหมดในปี 1982  

หลักการออกแบบที่สำคัญของ TCP/IP ซึ่งรวมถึงความเป็นมาตรฐานเปิด ความสามารถในการทำงานร่วมกัน (interoperability) ระหว่างระบบที่แตกต่างกัน และความสามารถในการขยายขนาด (scalability) เพื่อรองรับเครือข่ายขนาดใหญ่และซับซ้อน เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ TCP/IP ได้รับชัยชนะใน "สงครามโปรโตคอล" (protocol wars) และกลายเป็นมาตรฐานสากล การเติบโตอย่างรวดเร็วของอินเทอร์เน็ต ซึ่งใช้ TCP/IP เป็นพื้นฐาน ได้สร้างแรงผลักดันมหาศาลให้ LAN ต่างๆ หันมาใช้ TCP/IP เพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตได้อย่างราบรื่น  

การแพร่หลายของ TCP/IP ได้รับการสนับสนุนจากการยอมรับในแวดวงมหาวิทยาลัย การเผยแพร่ซอร์สโค้ด TCP/IP ของ BSD UNIX สู่สาธารณะในปี 1989 การจัดงานประชุม Interop ที่มุ่งเน้นการทำงานร่วมกันของเครือข่าย และการสนับสนุนจากผู้ผลิตเชิงพาณิชย์รายใหญ่ (เช่น IBM, Microsoft) และรายย่อยจำนวนมาก ภายในกลางทศวรรษ 1990s TCP/IP ได้กลายเป็นโปรโตคอลที่โดดเด่น แทนที่โปรโตคอลกรรมสิทธิ์ต่างๆ เช่น IPX/SPX, SNA, DECnet, NetBEUI, และ AppleTalk ทั้งในสภาพแวดล้อม LAN และ WAN  

บทบาทของ TCP/IP ในการทำงานร่วมกันของระบบ LAN

TCP/IP มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการทำให้ระบบ LAN ที่มีความหลากหลายสามารถทำงานร่วมกันได้ และเชื่อมต่อกับเครือข่ายภายนอกได้อย่างราบรื่น ชุดโปรโตคอล TCP/IP ซึ่งประกอบด้วยหลายโปรโตคอลย่อยที่ทำงานในแต่ละชั้น (layer) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลสามารถถูกส่งและรับได้อย่างถูกต้องระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ โดยไม่คำนึงถึงผู้ผลิตฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ หรือประเภทของสื่อกลางที่ใช้ (เช่น สายทองแดง, ใยแก้วนำแสง, หรือไร้สาย)  

ในสภาพแวดล้อม LAN ขององค์กร TCP/IP ช่วยให้การสื่อสารสำหรับอีเมล การประชุมทางวิดีโอ การทำงานร่วมกันบนคลาวด์ และบริการอื่นๆ เป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบ IP addressing ช่วยให้สามารถระบุและค้นหาอุปกรณ์แต่ละชิ้นบนเครือข่ายได้ ในขณะที่โปรโตคอลการกำหนดเส้นทาง (routing protocols) ช่วยให้ข้อมูลสามารถเดินทางข้ามเครือข่ายย่อย (subnets) หรือระหว่าง LAN กับ WAN ได้ TCP/IP ยังทำงานร่วมกับเทคโนโลยี LAN พื้นฐานอย่างอีเธอร์เน็ตและ Wi-Fi ได้อย่างลงตัว โดยทำหน้าที่เป็น "ภาษากลาง" ที่อุปกรณ์ต่างๆ ใช้ในการสื่อสาร  

เทคโนโลยี LAN สมัยใหม่และแนวโน้มในอนาคต

เทคโนโลยี LAN ไม่ได้หยุดนิ่งอยู่กับที่ แต่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปของธุรกิจและผู้ใช้งานทั่วไป เทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น Power over Ethernet (PoE) และ Software-Defined Networking (SDN) ได้เข้ามาเพิ่มขีดความสามารถและความยืดหยุ่นให้กับ LAN ในขณะที่แนวโน้มในอนาคตชี้ไปที่ความเร็วที่สูงขึ้นและความชาญฉลาดที่มากขึ้น

Power over Ethernet (PoE): การจ่ายไฟพร้อมข้อมูลผ่านสาย LAN

Power over Ethernet (PoE) เป็นเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวิธีการติดตั้งอุปกรณ์เครือข่ายจำนวนมาก โดยอนุญาตให้ส่งทั้งข้อมูลและพลังงานไฟฟ้าผ่านสายเคเบิลอีเธอร์เน็ตเส้นเดียว สิ่งนี้ช่วยลดความจำเป็นในการเดินสายไฟแยกต่างหากสำหรับอุปกรณ์ปลายทาง เช่น กล้อง IP, โทรศัพท์ VoIP, จุดเข้าใช้งานไร้สาย (Wireless Access Points), และอุปกรณ์ IoT ต่างๆ ทำให้การติดตั้งง่ายขึ้น ลดค่าใช้จ่าย และเพิ่มความยืดหยุ่นในการเลือกตำแหน่งติดตั้งอุปกรณ์ โดยเฉพาะในบริเวณที่การเข้าถึงปลั๊กไฟทำได้ยาก  

มาตรฐาน PoE ได้รับการพัฒนาโดย IEEE และมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเพื่อรองรับกำลังไฟที่สูงขึ้น:

• IEEE 802.3af (PoE Type 1): เป็นมาตรฐานดั้งเดิม เปิดตัวในปี 2003 สามารถจ่ายไฟได้สูงสุด 15.4 วัตต์ต่อพอร์ตจากอุปกรณ์จ่ายไฟ (Power Sourcing Equipment - PSE) และรับประกันกำลังไฟที่อุปกรณ์ปลายทาง (Powered Device - PD) อย่างน้อย 12.95 วัตต์ เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ  
   
• IEEE 802.3at (PoE+ หรือ PoE Type 2): เปิดตัวในปี 2009 เพิ่มกำลังไฟสูงสุดเป็น 30 วัตต์ต่อพอร์ตจาก PSE และรับประกันกำลังไฟที่ PD อย่างน้อย 25.5 วัตต์ รองรับอุปกรณ์ที่ต้องการพลังงานมากขึ้น เช่น กล้อง PTZ (Pan-Tilt-Zoom) หรือ Access Point ประสิทธิภาพสูง  
   
• IEEE 802.3bt (PoE++): เป็นมาตรฐานล่าสุดที่เพิ่มกำลังไฟขึ้นไปอีก แบ่งออกเป็นสองประเภทย่อย:
  • Type 3 (4PPoE): สามารถจ่ายไฟได้สูงสุด 60 วัตต์ต่อพอร์ตจาก PSE (ประมาณ 51 วัตต์ที่ PD) โดยใช้สายทองแดงทั้งสี่คู่ในสายอีเธอร์เน็ต  
     
  • Type 4 (Higher Power 4PPoE): สามารถจ่ายไฟได้สูงสุดถึง 90-100 วัตต์ต่อพอร์ตจาก PSE (ประมาณ 71-73 วัตต์ที่ PD) ทำให้สามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่ต้องการพลังงานสูงมาก เช่น แล็ปท็อปบางรุ่น, ป้ายดิจิทัล, หรือระบบไฟอัจฉริยะ  
     

PoE ไม่เพียงแต่ช่วยลดความซับซ้อนในการติดตั้ง แต่ยังช่วยให้สามารถจัดการพลังงานจากส่วนกลางได้ และสามารถรีเซ็ตหรือปิดการทำงานของอุปกรณ์จากระยะไกลได้อีกด้วย  

ตารางที่ 6: วิวัฒนาการของมาตรฐาน Power over Ethernet (PoE)

Software-Defined Networking (SDN) และ SD-LAN: การจัดการเครือข่ายแบบอัจฉริยะ

Software-Defined Networking (SDN) เป็นแนวทางสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่แยกส่วนควบคุม (control plane) ออกจากส่วนส่งต่อข้อมูล (data plane) ของอุปกรณ์เครือข่าย ทำให้สามารถควบคุมและจัดการเครือข่ายทั้งหมดจากจุดศูนย์กลางผ่านซอฟต์แวร์คอนโทรลเลอร์ได้ SDN ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่น ความสามารถในการโปรแกรม และระบบอัตโนมัติให้กับเครือข่าย ทำให้สามารถปรับเปลี่ยนการกำหนดค่าเครือข่ายได้อย่างรวดเร็วเพื่อตอบสนองต่อความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปของแอปพลิเคชันและธุรกิจ  

Software-Defined LAN (SD-LAN) คือการนำหลักการของ SDN มาประยุกต์ใช้กับสถาปัตยกรรม LAN SD-LAN ช่วยให้การควบคุมนโยบายต่างๆ ถูกย้ายจากสวิตช์แต่ละตัวมาอยู่ที่คอนโทรลเลอร์ส่วนกลาง ทำให้ผู้ดูแลระบบสามารถมองเห็นและควบคุมเครือข่าย LAN ทั้งหมดได้ดีขึ้น ประโยชน์ของ SD-LAN รวมถึงการจัดการจากส่วนกลางที่ง่ายขึ้น การปรับใช้ระบบอัตโนมัติสำหรับงานต่างๆ และความสามารถในการปรับขนาดเครือข่ายได้อย่างยืดหยุ่น  

ประโยชน์ของ SDN/SD-LAN:

• การควบคุมจากส่วนกลาง (Centralized Control): ช่วยให้การจัดการและกำหนดค่าเครือข่ายง่ายขึ้น  
   
• ความสามารถในการโปรแกรม (Programmability): สามารถปรับเปลี่ยนพฤติกรรมของเครือข่ายได้ตามความต้องการของแอปพลิเคชัน  
   
• ระบบอัตโนมัติ (Automation): ลดความจำเป็นในการกำหนดค่าด้วยตนเอง เพิ่มความรวดเร็วในการปรับใช้บริการใหม่ๆ  
   
• การมองเห็นเครือข่ายที่ดีขึ้น (Improved Visibility): ช่วยให้ผู้ดูแลระบบเข้าใจภาพรวมของเครือข่ายและแก้ไขปัญหาได้ง่ายขึ้น  
   
• การลดต้นทุนการดำเนินงาน (Reduced Operating Costs): จากการจัดการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและการใช้ทรัพยากรที่ดีขึ้น  
   

ความท้าทายของ SDN/SD-LAN:

• ความซับซ้อนในการติดตั้ง (Implementation Complexity): การเปลี่ยนจากเครือข่ายแบบเดิมไปเป็น SDN อาจมีความซับซ้อน โดยเฉพาะการทำงานร่วมกับระบบเก่า  
   
• ทักษะเฉพาะทาง (Specialized Skills): ผู้ดูแลระบบอาจต้องมีทักษะใหม่ๆ ในการจัดการและแก้ไขปัญหา SDN  
   
• จุด отказаเดียว (Single Point of Failure): หากคอนโทรลเลอร์ส่วนกลางล้มเหลว อาจส่งผลกระทบต่อทั้งเครือข่าย จึงต้องมีการออกแบบเพื่อความพร้อมใช้งานสูง (high availability)  
   
• ต้นทุนเริ่มต้นสูง (High Initial Cost): ค่าใช้จ่ายสำหรับฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และการฝึกอบรมอาจสูงในช่วงแรก  
   
• การขาดมาตรฐานสากล (Lack of Universal Standards): อาจทำให้เกิดปัญหาความเข้ากันได้ระหว่างอุปกรณ์จากผู้ผลิตต่างราย  
   

ความปลอดภัยในระบบ LAN: ความท้าทายและแนวทางการพัฒนา

ความปลอดภัยเป็นประเด็นสำคัญสำหรับ LAN มาโดยตลอด เนื่องจากเป็นช่องทางหลักในการเข้าถึงข้อมูลและทรัพยากรขององค์กร ความท้าทายด้านความปลอดภัยใน LAN มีหลากหลาย ตั้งแต่การเข้าถึงโดยไม่ได้รับอนุญาต มัลแวร์ การดักจับข้อมูล ไปจนถึงการโจมตีแบบ Denial-of-Service (DoS)

แนวทางการพัฒนาด้านความปลอดภัยใน LAN รวมถึง:

• การยืนยันตัวตนและการควบคุมการเข้าถึง (Authentication and Access Control): เช่น การใช้มาตรฐาน IEEE 802.1X, การกำหนดสิทธิ์ผู้ใช้, และการใช้รหัสผ่านที่รัดกุม
• การแบ่งส่วนเครือข่าย (Network Segmentation): การใช้ VLANs เพื่อแยกกลุ่มผู้ใช้หรืออุปกรณ์ออกจากกัน ช่วยจำกัดผลกระทบหากส่วนใดส่วนหนึ่งของเครือข่ายถูกโจมตี  
   
• ไฟร์วอลล์ (Firewalls): ทั้งแบบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ เพื่อกรองการจราจรข้อมูลที่ไม่พึงประสงค์
• ระบบตรวจจับและป้องกันการบุกรุก (Intrusion Detection/Prevention Systems - IDS/IPS): เพื่อเฝ้าระวังและป้องกันการโจมตี
• การเข้ารหัสข้อมูล (Data Encryption): โดยเฉพาะสำหรับเครือข่ายไร้สาย (เช่น WPA3 สำหรับ Wi-Fi ) และสำหรับการส่งข้อมูลที่ละเอียดอ่อน  
   
• การจัดการแพตช์และความปลอดภัยของอุปกรณ์ปลายทาง (Patch Management and Endpoint Security): เพื่อให้มั่นใจว่าอุปกรณ์ทุกชิ้นใน LAN มีความปลอดภัย
• SmartNICs/DPUs: สามารถช่วยแบ่งเบาภาระงานด้านความปลอดภัย เช่น การเข้ารหัส และการทำงานของไฟร์วอลล์ออกจาก CPU หลัก  
   

ความท้าทายใหม่ๆ เช่น การเพิ่มขึ้นของอุปกรณ์ IoT ที่อาจมีช่องโหว่ด้านความปลอดภัย และการโจมตีที่มีความซับซ้อนมากขึ้น ทำให้การพัฒนาเทคโนโลยีและแนวปฏิบัติด้านความปลอดภัยใน LAN ยังคงเป็นเรื่องที่ต้องให้ความสำคัญอย่างต่อเนื่อง

แนวโน้มอนาคต: Terabit Ethernet, Wi-Fi 8 และเทคโนโลยีอุบัติใหม่

เทคโนโลยี LAN ยังคงมีการพัฒนาอย่างไม่หยุดยั้ง เพื่อรองรับความต้องการแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น ความหน่วงแฝงที่ต่ำลง และความน่าเชื่อถือที่มากขึ้น

• Terabit Ethernet: ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การพัฒนาอีเธอร์เน็ตกำลังมุ่งหน้าสู่ความเร็วระดับเทราบิต (800 Gbps, 1.6 Tbps และสูงกว่า) โดยมีมาตรฐาน IEEE 802.3df เป็นแกนหลักในการพัฒนา เทคโนโลยีนี้จำเป็นสำหรับศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่, ผู้ให้บริการคลาวด์, และแอปพลิเคชันที่ใช้ข้อมูลมหาศาล เช่น AI และการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ การทดลองล่าสุดแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการส่งข้อมูล 1.2 Tbps และ 1.6 Tbps ในระยะทางไกล อย่างไรก็ตาม ความท้าทายด้านการใช้พลังงาน ต้นทุน และความซับซ้อนทางเทคนิคยังคงเป็นประเด็นที่ต้องแก้ไข  

   

   

• Wi-Fi 8 (IEEE 802.11bn) และอนาคตของ Wi-Fi: มาตรฐาน Wi-Fi ในอนาคต เช่น Wi-Fi 8 (คาดการณ์ปี 2028) จะมุ่งเน้นไปที่ความน่าเชื่อถือสูงเป็นพิเศษ (Ultra High Reliability - UHR) การทำงานร่วมกับเครือข่ายเซลลูลาร์ (5G/6G) การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้คลื่นความถี่ และการลดความหน่วงแฝงให้ต่ำที่สุด คุณสมบัติที่คาดว่าจะเห็นใน Wi-Fi 8 รวมถึง Multi-AP coordination (Distributed MLO), การปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงสเปกตรัม, ระยะทำการที่ไกลขึ้น, การจัดการพลังงานที่ดีขึ้น, และความสามารถในการทำงานแบบกำหนดได้แน่นอน (deterministic capability) รวมถึงโปรโตคอลความปลอดภัยขั้นสูง เช่น การเข้ารหัสที่ทนทานต่อควอนตัมคอมพิวเตอร์  

   

   

• เทคโนโลยีอุบัติใหม่อื่นๆ:

  • SmartNICs/DPUs ที่ชาญฉลาดขึ้น: คาดว่าจะมีการนำ AI และ ML มาใช้ใน SmartNICs มากขึ้น เพื่อการจัดการการจราจรข้อมูล การรักษาความปลอดภัย และการปรับแต่งเครือข่ายแบบอัตโนมัติและชาญฉลาด  
     
  • เครือข่ายที่ตระหนักถึงบริบท (Context-Aware Networking): เครือข่ายที่สามารถปรับเปลี่ยนพฤติกรรมตามบริบทของผู้ใช้ แอปพลิเคชัน และสภาพแวดล้อม
  • การผสานรวมระหว่างเครือข่ายและระบบประมวลผล (Network-Compute Convergence): การนำการประมวลผลเข้ามาใกล้กับข้อมูลมากขึ้น เพื่อลดความหน่วงแฝงและเพิ่มประสิทธิภาพ

อนาคตของ LAN จะถูกขับเคลื่อนด้วยความต้องการในการเชื่อมต่อที่เร็วขึ้น ฉลาดขึ้น และน่าเชื่อถือมากขึ้น เพื่อรองรับโลกดิจิทัลที่ซับซ้อนและเชื่อมโยงกันมากขึ้นเรื่อยๆ

บทสรุป: การเดินทางที่ไม่สิ้นสุดของเทคโนโลยี LAN

ประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยีเครือข่ายเฉพาะที่ (LAN) เป็นเรื่องราวของการพัฒนานวัตกรรมอย่างไม่หยุดยั้ง จากแนวคิดพื้นฐานในการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ไม่กี่เครื่องในพื้นที่จำกัด สู่ระบบนิเวศที่ซับซ้อนและมีความสามารถสูงที่เราเห็นในปัจจุบัน การเดินทางนี้เริ่มต้นจากเครือข่ายบุกเบิกอย่าง ARPANET และ ALOHAnet ซึ่งได้วางรากฐานแนวคิดสำคัญ เช่น การสลับแพ็กเก็ตและการเข้าถึงสื่อกลางร่วมกัน อันเป็นหัวใจสำคัญของเทคโนโลยี LAN ในยุคต่อมา

การถือกำเนิดของอีเธอร์เน็ตจาก Xerox PARC และการกำหนดมาตรฐาน IEEE 802.3 ถือเป็นจุดเปลี่ยนที่สำคัญ ซึ่งได้สร้างมาตรฐานเปิดที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง แม้จะต้องเผชิญกับการแข่งขันจากเทคโนโลยีอย่างโทเคนริงของ IBM (IEEE 802.5) และ ARCNET ของ Datapoint แต่อีเธอร์เน็ตก็สามารถครองความเป็นใหญ่ได้ในที่สุด ด้วยปัจจัยด้านความยืดหยุ่นในการปรับตัวเข้ากับสื่อกลางประเภทต่างๆ โดยเฉพาะสายคู่บิดเกลียวราคาถูก ความเรียบง่ายในการติดตั้งและจัดการ และระบบนิเวศที่แข็งแกร่งจากผู้ผลิตหลายราย

วิวัฒนาการของสื่อกลางในระบบ LAN จากสายโคแอกเชียล (Thicknet, Thinnet) สู่สายคู่บิดเกลียว (Cat3 ถึง Cat8) และสายใยแก้วนำแสง ได้สะท้อนถึงความต้องการแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และความพยายามในการลดต้นทุนและความซับซ้อนในการติดตั้ง ในขณะเดียวกัน ความเร็วของอีเธอร์เน็ตก็ได้ก้าวกระโดดจาก 10 Mbps สู่ระดับหลายร้อย Gbps และกำลังมุ่งหน้าสู่ Terabit Ethernet เพื่อรองรับความต้องการของศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ คลาวด์คอมพิวติ้ง และแอปพลิเคชันยุคใหม่อย่าง AI และ ML

การปฏิวัติไร้สายด้วยการมาถึงของ Wi-Fi (มาตรฐาน IEEE 802.11) ได้เปลี่ยนแปลงวิธีการเชื่อมต่อของผู้ใช้อย่างสิ้นเชิง มอบความคล่องตัวและความสะดวกสบายที่ไม่เคยมีมาก่อน Wi-Fi ได้พัฒนาจากมาตรฐานเริ่มต้นที่มีความเร็วต่ำ สู่มาตรฐานล่าสุดอย่าง Wi-Fi 7 และ Wi-Fi 8 ที่ให้ความเร็วสูงและความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก พร้อมด้วยการสนับสนุนจาก Wi-Fi Alliance ในการรับรองผลิตภัณฑ์และส่งเสริมเทคโนโลยี

ส่วนประกอบสำคัญในระบบ LAN เช่น การ์ดเครือข่าย (NICs) ได้พัฒนาจากการ์ดเสริมธรรมดาไปสู่ SmartNICs/DPUs ที่มีความสามารถในการประมวลผลและแบ่งเบาภาระงานจาก CPU หลัก ฮับซึ่งเป็นอุปกรณ์รวมสัญญาณแบบแบ่งปันได้ถูกแทนที่ด้วยสวิตช์ที่มีความชาญฉลาดกว่า สามารถส่งข้อมูลไปยังปลายทางที่ถูกต้องและลดการชนกันของข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่เราเตอร์ยังคงทำหน้าที่เป็นประตูเชื่อมต่อ LAN เข้ากับเครือข่ายภายนอกและอินเทอร์เน็ต การพัฒนาร่วมกันของส่วนประกอบเหล่านี้ได้เปลี่ยนสถาปัตยกรรม LAN จากเครือข่ายแบบสื่อกลางร่วมที่ช้าและมีข้อจำกัด ไปสู่เครือข่ายแบบสวิตช์ที่มีประสิทธิภาพสูงและสามารถขยายขนาดได้

ในด้านซอฟต์แวร์และโปรโตคอล ยุคของระบบปฏิบัติการเครือข่าย (NOS) เฉพาะทาง เช่น Novell NetWare (IPX/SPX) และ Microsoft LAN Manager (NetBEUI) ได้ผ่านพ้นไป และถูกแทนที่ด้วยการผงาดขึ้นของโปรโตคอล TCP/IP ซึ่งกลายเป็นมาตรฐานสากลสำหรับการเชื่อมต่อเครือข่ายทุกประเภท รวมถึง LAN ด้วยคุณสมบัติความเป็นมาตรฐานเปิด ความสามารถในการทำงานร่วมกัน และความยืดหยุ่นในการปรับขนาด

ปัจจุบัน เทคโนโลยี LAN สมัยใหม่อย่าง Power over Ethernet (PoE) และ Software-Defined Networking (SDN/SD-LAN) กำลังเข้ามาเพิ่มขีดความสามารถและความยืดหยุ่นให้กับเครือข่าย ในขณะที่ความปลอดภัยยังคงเป็นความท้าทายที่ต้องมีการพัฒนาแนวทางป้องกันอย่างต่อเนื่อง แนวโน้มในอนาคตชี้ไปที่ความเร็วที่สูงขึ้นอีกในระดับ Terabit Ethernet และ Wi-Fi 8 รวมถึงเทคโนโลยีอุบัติใหม่ที่จะทำให้ LAN มีความชาญฉลาดและตอบสนองความต้องการได้ดียิ่งขึ้น

โดยสรุป การเดินทางของเทคโนโลยี LAN เป็นภาพสะท้อนของการแสวงหาวิธีการเชื่อมต่อสื่อสารที่มีประสิทธิภาพ รวดเร็ว และน่าเชื่อถือมากขึ้นอย่างไม่หยุดยั้ง จากจุดเริ่มต้นเล็กๆ สู่โครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลที่ซับซ้อนในปัจจุบัน LAN จะยังคงเป็นหัวใจสำคัญของโลกดิจิทัล และวิวัฒนาการของมันก็จะดำเนินต่อไปอย่างแน่นอน เพื่อตอบสนองต่อความท้าทายและความต้องการใหม่ๆ ที่จะเกิดขึ้นในอนาคต