การเดินทางของข้อมูลที่มองไม่เห็น

คุณเคยสงสัยไหมว่าเทคโนโลยีที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ ส่งข้อมูลและติดต่อสื่อสารกันได้อย่างไร มันน่ามหัศจรรย์มากซึ่งสิ่งที่เรามองไม่เห็นสามารถเชื่อมต่อกันเป็นเส้นทางจากที่แห่งหนึ่งสู่ที่แห่งหนึ่ง ใช่แล้วมันคือ internet นั่นเองที่ทุกคนน่าจะรู้ แล้วเส้นทางมันเป็นอย่างไรหล่ะ

ข้อมูลต่างๆจะปรากฏอยู่บนหน้าจอบน Appication ที่คุณใช้งานอยู่ที่หนึ่ง การเดินทางผ่าน Appication ข้อมูลจะถูกแบ่งออกเป็น แพ็กเกจ (Packet) ซึ่งจะเดินทางผ่านเส้นทางที่ซับซ้อนทั่วโลกก่อนที่จะถูกนำมาประกอบกันใหม่ แต่จะเริ่มการเดินทางที่ซับซ้อนโดยถูกแยกออกเป็นส่วนย่อย ๆ ที่เดินทางผ่านโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายระดับโลก ซึ่งทำงานร่วมกันด้วยเทคโนโลยีและโปรโตคอลต่าง ๆ เพื่อให้มั่นใจว่าข้อมูลจะถึงที่หมายอย่างรวดเร็วและแม่นยำ นอกจากนี้ สายเคเบิลใต้ทะเล (Submarine cables) และ จุดแลกเปลี่ยนอินเทอร์เน็ต (Internet exchange points) ยังเปรียบเสมือน กระดูกสันหลัง (Backbone) ของกระบวนการนี้ ทำให้การสื่อสารทั่วโลกเกิดขึ้นได้แทบจะในทันที

บทบาทของ TCP/IP

เมื่อคุณป้อนที่อยู่เว็บหรือส่งไฟล์ ข้อมูลดิบจะถูกแบ่งออกเป็นแพ็กเกจขนาดเล็กจำนวนมาก แต่ละแพ็กเกจจะมี ที่อยู่ปลายทาง (IP ผู้รับ), ที่อยู่ต้นทาง (IP ผู้ส่ง) และส่วนประกอบของข้อมูลต้นฉบับ ตัวอย่างเช่น ไฟล์วิดีโออาจถูกแบ่งออกเป็นหลายพันแพ็กเกจ ซึ่งแต่ละชิ้นจะถูกส่งแยกกันอย่างอิสระ

โปรโตคอล TCP (Transmission Control Protocol) จะทำหน้าที่แบ่งข้อมูลและตรวจสอบความถูกต้องที่ปลายทาง หากมีแพ็กเกจใดสูญหาย จะมีการร้องขอให้ส่งใหม่ และเมื่อได้รับครบแล้ว ข้อมูลจะถูกจัดเรียงใหม่ให้เหมือนต้นฉบับ พร้อมทั้งส่งสัญญาณตอบรับ (ACK) กลับไปยังผู้ส่ง ส่วน โปรโตคอล IP (Internet Protocol) จะทำหน้าที่กำหนดที่อยู่ให้กับแพ็กเกจเหล่านี้เพื่อให้เดินทางไปยังจุดหมายได้อย่างถูกต้อง แม้ว่าแต่ละแพ็กเกจจะใช้เส้นทางที่แตกต่างกันก็ตาม

จากอุปกรณ์ของเราไปยังผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต (ISP)

ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต (ISP) ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมสำคัญระหว่างผู้ใช้และอินเทอร์เน็ตทั่วโลก หากไม่มี ISP อินเทอร์เน็ตก็เปรียบเสมือนเขาวงกตที่ไม่มีถนน เพราะจะไม่มีเส้นทางที่ชัดเจนสำหรับการส่งข้อมูล

เมื่อข้อมูลถูกแบ่งเป็นแพ็กเกจแล้ว มันจะเริ่มเดินทางผ่าน เครือข่ายท้องถิ่นของคุณ (Local Network) ผ่าน เราเตอร์และโมเด็ม ซึ่งทำหน้าที่เป็นช่องทางเชื่อมต่อระหว่างบ้านของคุณกับโลกภายนอก จากนั้น ISP จะรับหน้าที่เป็นประตูทางออก (Gateway) เพื่อส่งต่อแพ็กเกจไปยังจุดหมายปลายทางผ่านเราเตอร์(Router)และสวิตช์ (Switch)จำนวนมาก

ISP บริษัทเหล่านี้เป็นผู้ดูแลโครงสร้างพื้นฐานทั้งทางกายภาพและเสมือน รวมถึงการจัดการ "ไมล์สุดท้าย" (Last mile) ซึ่งเป็นลิงก์สุดท้ายที่เชื่อมต่อผู้ใช้เข้ากับโครงข่ายหลักของอินเทอร์เน็ต เช่น สายใยแก้วนำแสง หรือสัญญาณเซลลูลาร์

ข้อมูลไปถึง ISP ได้อย่างไร เมื่อคุณกด 'Enter' บนหน้าจอ อุปกรณ์จะส่งคำขอไปยังเราเตอร์ (ผ่าน Wi-Fi หรือสายแลน) และส่งต่อไปยังโมเด็มเพื่อแปลงสัญญาณดิจิทัลให้เหมาะสมกับการส่งผ่านโครงสร้างพื้นฐานของ ISP เช่น สายเคเบิล หรือดาวเทียม เมื่อข้อมูลเข้าสู่โดเมนของ ISP แล้ว ISP จะต้องตัดสินใจเลือกเส้นทางที่มีประสิทธิภาพที่สุด โดยใช้ ตารางการกำหนดเส้นทาง (Routing tables) และประเมินจากปัจจัยต่าง ๆ เช่น ความหนาแน่นของเครือข่ายและความล่าช้า (Latency)

การนำทางผ่านโครงข่ายหลักของอินเทอร์เน็ต (Internet Backbone)

พ้นจาก ISP ข้อมูลจะเข้าสู่ Internet Backbone ซึ่งเป็นเครือข่ายเส้นทางข้อมูลความจุสูงที่เชื่อมต่อเครือข่ายหลักและศูนย์ข้อมูลทั่วโลก โครงข่ายหลักนี้ประกอบด้วยสายเคเบิลใยแก้วนำแสงขนาดใหญ่ที่ข้ามมหาสมุทรและทวีป ซึ่งดูแลโดยบริษัทโทรคมนาคมยักษ์ใหญ่ เช่น Lumen Technologies, NTT และ AT&T

ในเครือข่ายนี้ ข้อมูลจะถูกส่งผ่าน Core Routers ซึ่งเป็นอุปกรณ์ประสิทธิภาพสูงที่ใช้โปรโตคอล BGP (Border Gateway Protocol) เพื่อหาเส้นทางที่ดีที่สุด โครงข่ายหลักนี้เองที่ทำให้ระยะทางทางภูมิศาสตร์แทบไม่มีผลต่อความเร็วเมื่อคุณเข้าถึงเนื้อหาจากอีกซีกโลกหนึ่ง

บทบาทของสายเคเบิลใต้ทะเล การส่งข้อมูลระหว่างประเทศมากกว่า 99% เกิดขึ้นผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงใต้ทะเล ซึ่งเชื่อมต่อระหว่างทวีปต่าง ๆ โดยมีความจุสูงกว่าและมีความหน่วงต่ำกว่าการสื่อสารผ่านดาวเทียมอย่างมาก

การนำข้อมูลมาใกล้ผู้ใช้มากขึ้น (CDNs)

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดความล่าช้า หลายองค์กรใช้ Content Delivery Networks (CDNs) ซึ่งเป็นระบบของเซิร์ฟเวอร์ที่กระจายอยู่ทั่วโลกเพื่อเก็บ สำเนาข้อมูล (Cache) ไว้ใกล้กับตำแหน่งของผู้ใช้ วิธีนี้ช่วยลดปัญหาคอขวดของแบนด์วิดท์และการจราจรหนาแน่นที่อาจเกิดขึ้นหากต้องดึงข้อมูลจากเซิร์ฟเวอร์ต้นทางที่อยู่ไกลออกไปเพียงจุดเดียว

การประกอบแพ็กเกจข้อมูลและการรักษาความปลอดภัย

เมื่อแพ็กเกจมาถึงปลายทาง TCP จะนำมาจัดเรียงใหม่ตามลำดับที่ถูกต้อง หากมีข้อผิดพลาดหรือข้อมูลหายจะมีการส่งใหม่เพื่อให้ได้ข้อมูลที่สมบูรณ์ นอกจากนี้ ตลอดการเดินทาง ข้อมูลจะถูกปกป้องด้วยโปรโตคอลการเข้ารหัส เช่น SSL (Secure Sockets Layer) และ TLS (Transport Layer Security) เพื่อป้องกันการดักฟัง และอาจมีการใช้ VPN เพื่อเพิ่มชั้นความปลอดภัยอีกระดับ

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

1. Data Packet คืออะไร?: คือหน่วยย่อยของข้อมูลที่ถูกส่งผ่านเครือข่าย ประกอบด้วยข้อมูลส่วนหนึ่ง ข้อมูลต้นทาง ปลายทาง และลำดับ

2. ทำไมต้องแบ่งข้อมูลเป็นแพ็กเกจ?: เพื่อความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพ เพราะแต่ละแพ็กเกจสามารถไปคนละเส้นทางได้ และหากเสียก็ส่งใหม่แค่บางส่วน

3. เราเตอร์กำหนดเส้นทางอย่างไร?: ใช้โปรโตคอลอย่าง BGP โดยพิจารณาจากความหนาแน่นและความเสถียรของเส้นทาง

4. ถ้าแพ็กเกจหายจะเกิดอะไรขึ้น?: TCP จะตรวจพบและขอให้ส่งแพ็กเกจเฉพาะส่วนที่หายไปใหม่

5. CDN ช่วยอินเทอร์เน็ตได้อย่างไร?: เก็บสำเนาข้อมูลไว้ใกล้ผู้ใช้เพื่อลดระยะเวลาการโหลด

6. ISP คืออะไร?: บริษัทที่ให้บริการเข้าถึงอินเทอร์เน็ตแก่คุณ โดยเชื่อมเครือข่ายในบ้านของคุณเข้ากับอินเทอร์เน็ตทั่วโลก

7. ทำไมอินเทอร์เน็ตถึงช้า?: อาจเกิดจากสัญญาณอ่อน เครือข่ายหนาแน่น หรือเซิร์ฟเวอร์ต้นทางอยู่ไกลเกินไป

Referent:

https://heng.lu/how-data-travels-across-the-internet