Network Layer คืออะไร? ทำความเข้าใจ OSI Layer 3, IP Address และ Routing

Network Layer หรือ OSI Layer 3 เป็นส่วนสำคัญของระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ เพราะเกี่ยวข้องกับ IP Address, Subnet และ Routing ซึ่งช่วยให้ข้อมูลสามารถเดินทางจากเครือข่ายต้นทาง ไปยังเครือข่ายปลายทางได้ แม้อุปกรณ์ทั้งสองจะไม่ได้อยู่ใน Network เดียวกัน

เมื่อเราเปิดเว็บไซต์ เชื่อมต่อ Server ใช้งาน Cloud หรือส่งข้อมูลผ่าน Internet ข้อมูลอาจต้องเดินทางผ่าน Router หลายตัวก่อนถึงปลายทาง กระบวนการเลือกและส่งต่อข้อมูลระหว่าง Network เหล่านี้ เกี่ยวข้องโดยตรงกับ Network Layer

บทความนี้จะอธิบาย Network Layer ตั้งแต่พื้นฐาน IP Address, IPv4, IPv6, Subnet, Default Gateway, Router, Routing Table, ICMP, TTL และ NAT รวมถึงแนวทาง Troubleshooting และความสำคัญของ Layer 3 ต่อ Cybersecurity

สารบัญ

• Network Layer คืออะไร?
• Network Layer อยู่ตรงไหนใน OSI Model?
• หน้าที่ของ Network Layer
• Packet คืออะไร?
• IP Address และ Layer 3
• IPv4 และ IPv6
• Subnet และ CIDR
• Default Gateway
• Router ทำงานอย่างไร?
• Routing คืออะไร?
• Routing Table คืออะไร?
• TTL และ Hop Limit
• ICMP คืออะไร?
• NAT เกี่ยวข้องอย่างไร?
• Layer 2 กับ Layer 3 ต่างกันอย่างไร?
• ตัวอย่างการสื่อสารข้าม Network
• การ Troubleshooting Layer 3
• Network Layer กับ Cybersecurity
• ควรเรียนอะไรต่อ?
• คำถามที่พบบ่อย

Network Layer คืออะไร?

Network Layer คือ Layer ที่ 3 ของ OSI Model มีหน้าที่สำคัญเกี่ยวกับ Logical Addressing และการส่ง Packet ระหว่าง IP Network ต่าง ๆ

Protocol สำคัญที่สุดในบริบทนี้คือ Internet Protocol หรือ IP ซึ่งปัจจุบันมีทั้ง IPv4 และ IPv6

ตัวอย่างแนวคิดพื้นฐาน:

Computer A
192.168.1.10
     |
     v
  Router
     |
     v
 Internet
     |
     v
  Router
     |
     v
Server
203.0.113.20

หาก Computer A และ Server อยู่คนละ IP Network ข้อมูลจะต้องอาศัยระบบ Routing เพื่อเดินทางจาก Network หนึ่งไปยังอีก Network หนึ่ง จนถึงปลายทาง

Network Layer อยู่ตรงไหนใน OSI Model?

OSI Model — Open Systems Interconnection Model เป็น Reference Model ที่แบ่งหน้าที่ของการสื่อสารเครือข่าย ออกเป็น 7 Layer เพื่อช่วยในการศึกษา ออกแบบ และ Troubleshooting ระบบ Network ให้เป็นโครงสร้างที่เข้าใจได้ง่ายขึ้น

OSI Model: Layer 1–7 คือโครงสร้างมาตรฐานของ OSI Model โดย Network อยู่ที่ Layer 3 ส่วน “L8 User” ที่ปรากฏในภาพ เป็นแนวคิดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ User Identity-based Security ของ Cyberoam ไม่ใช่ Layer 8 อย่างเป็นทางการของ OSI Model

OSI Model มาตรฐานประกอบด้วย 7 Layer ดังนี้

Layer 7   Application
Layer 6   Presentation
Layer 5   Session
Layer 4   Transport
Layer 3   Network       <-- บทความนี้
Layer 2   Data Link
Layer 1   Physical

จุดสำคัญ: OSI Model อย่างเป็นทางการมี 7 Layer ดังนั้นคำว่า “Layer 8” ที่พบในเอกสารด้าน IT บางแห่ง มักเป็นคำเรียกเพิ่มเติมเพื่ออธิบาย User, Human Factor หรือแนวคิดเฉพาะของผลิตภัณฑ์ ไม่ใช่ Layer เพิ่มเติมของ OSI Model

ในภาพรวม Layer 2 เน้นการสื่อสารบน Data Link เช่น Ethernet และ MAC Address ขณะที่ Layer 3 ทำหน้าที่เกี่ยวกับ IP Address และการ Routing ระหว่าง IP Network

หน้าที่สำคัญของ Network Layer

Network Layer มีหน้าที่และแนวคิดสำคัญหลายส่วน ได้แก่

• Logical Addressing — ใช้ IP Address เพื่อระบุต้นทางและปลายทาง
• Routing — พิจารณาเส้นทางไปยัง Destination Network
• Packet Forwarding — ส่ง Packet ไปยัง Interface หรือ Next Hop ที่เหมาะสม
• Internetworking — ทำให้ Network หลายวงสามารถสื่อสารกันได้
• Hop Control — จำกัดอายุของ Packet ด้วย TTL ใน IPv4 หรือ Hop Limit ใน IPv6
• Control and Diagnostic Messaging — ใช้ Protocol เช่น ICMP สำหรับข้อความควบคุมและการวินิจฉัยบางประเภท

Packet คืออะไร?

หน่วยข้อมูลของ Network Layer มักเรียกว่า Packet หรือ IP Packet

IP Packet ประกอบด้วย Header และ Payload ที่บรรจุข้อมูลจาก Layer ด้านบน

+--------------------------------------+
|              IP Header               |
+--------------------------------------+
| Source IP                            |
| Destination IP                       |
| TTL / Hop Limit                      |
| Protocol / Next Header               |
| Other Header Information             |
+--------------------------------------+
|               Payload                |
+--------------------------------------+

Router จะตรวจสอบข้อมูลที่เกี่ยวข้องใน Header โดยเฉพาะ Destination IP Address แล้วนำไปเปรียบเทียบกับ Routing Table เพื่อเลือกเส้นทางสำหรับ Forward Packet

IP Address และ Network Layer

IP Address คือ Logical Address ที่ใช้ในการสื่อสารบน IP Network และเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของ Layer 3

ตัวอย่าง IPv4:

192.168.1.10

IPv4 Address มีขนาด 32 บิต และโดยทั่วไปเขียนเป็นเลขฐานสิบ 4 ชุดคั่นด้วยจุด

192 . 168 . 1 . 10

อย่างไรก็ตาม IP Address เพียงอย่างเดียว ยังไม่เพียงพอสำหรับการตัดสินใจว่า Destination อยู่ใน Network เดียวกันหรือไม่ ระบบต้องพิจารณา Subnet Mask หรือ Prefix Length ร่วมด้วย

IPv4 และ IPv6

IPv4

IPv4 ใช้ Address ขนาด 32 บิต ตัวอย่างเช่น

192.168.1.10
10.10.20.30
172.16.5.20

Private IPv4 Address ที่กำหนดไว้สำหรับใช้งานภายใน Network ประกอบด้วยช่วงหลักดังนี้

10.0.0.0/8
172.16.0.0/12
192.168.0.0/16

IPv6

IPv6 ใช้ Address ขนาด 128 บิต จึงมี Address Space มากกว่า IPv4 อย่างมาก

ตัวอย่าง:

2001:db8:1000:1::10

Prefix 2001:db8::/32 ถูกสงวนไว้สำหรับ Documentation จึงเหมาะสำหรับนำมาใช้เป็นตัวอย่าง โดยไม่อ้างถึง Public IPv6 Address ที่ใช้งานจริง

Subnet และ CIDR

Subnetting เป็นพื้นฐานสำคัญของ Layer 3 เพราะช่วยกำหนดขอบเขตของ IP Network และช่วยให้ Host พิจารณาว่า Destination อยู่ภายใน Local Subnet หรืออยู่นอก Subnet

ตัวอย่าง:

192.168.1.0/24

/24 หมายความว่า 24 บิตแรกเป็น Network Prefix

สำหรับ IPv4 Subnet ตัวอย่างนี้:

Network Address:    192.168.1.0
Prefix:             /24
Subnet Mask:        255.255.255.0
Usable Host Range:  192.168.1.1 - 192.168.1.254
Broadcast Address:  192.168.1.255

ตัวอย่างเครื่องสองเครื่อง:

PC-A
192.168.1.10/24

PC-B
192.168.1.20/24

ทั้งสองอยู่ใน 192.168.1.0/24 จึงอยู่ใน IP Subnet เดียวกัน

แต่หากปลายทางเป็น:

192.168.2.20/24

ปลายทางจะอยู่คนละ Subnet และการสื่อสารระหว่างสอง Network โดยทั่วไปต้องอาศัย Router หรืออุปกรณ์ Layer 3

Default Gateway คืออะไร?

Default Gateway คือ Router ที่ Host สามารถส่ง Traffic ไปหา เมื่อ Destination ไม่มี Route ที่เฉพาะเจาะจงกว่าตรงกับ Routing Table ของ Host

ตัวอย่าง:

PC
192.168.1.10/24
       |
       | Destination = Internet
       v
Default Gateway
192.168.1.1
       |
       v
ISP / Internet

หาก PC ต้องการติดต่อ Destination ที่อยู่นอก Local Subnet เครื่องจะตรวจสอบ Routing Table และโดยทั่วไปส่ง Traffic ไปยัง Default Gateway หาก Default Route เป็น Route ที่เหมาะสมที่สุดที่มีอยู่

Router ทำงานอย่างไร?

Router ทำหน้าที่เชื่อมต่อ IP Network และ Forward Packet ระหว่าง Network เหล่านั้น

กระบวนการแบบย่อ:

Receive Packet
      |
      v
Read Destination IP
      |
      v
Check Routing Table
      |
      v
Select Best Matching Route
      |
      v
Select Interface / Next Hop
      |
      v
Forward Packet

Router ใช้ Destination IP ประกอบกับข้อมูลใน Routing Table เพื่อพิจารณาว่าควรส่ง Packet ออก Interface ใดหรือไปยัง Next Hop ใด

Routing คืออะไร?

Routing คือกระบวนการกำหนดเส้นทางสำหรับ Packet เพื่อให้สามารถเดินทางไปยัง Destination Network

Network A
     |
     v
 Router A
     |
     +---------- Router B ---------- Network B
     |
     +---------- Router C ---------- Network C

Connected Route

เป็น Network ที่เชื่อมต่อกับ Router โดยตรง ผ่าน Interface ของ Router

Static Route

เป็น Route ที่ Administrator กำหนดด้วยตนเอง

Destination Network:
10.10.0.0/16

Next Hop:
192.168.1.254

Dynamic Routing

ใน Network ที่มีขนาดใหญ่ Router สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลเส้นทาง ผ่าน Dynamic Routing Protocol

ตัวอย่าง Protocol ที่พบได้ เช่น

• OSPF
• BGP
• IS-IS
• RIP

Routing Table คืออะไร?

Routing Table คือข้อมูลที่ระบบใช้ประกอบการตัดสินใจ ว่าจะ Forward Packet ไปทางใด

ตัวอย่างเชิงแนวคิด:

Destination        Next Hop
--------------------------------
192.168.1.0/24     Direct
10.10.0.0/16       192.168.1.254
0.0.0.0/0          192.168.1.1

0.0.0.0/0 คือ IPv4 Default Route ซึ่งสามารถใช้เมื่อไม่มี Route ที่เฉพาะเจาะจงกว่าตรงกับ Destination

Longest Prefix Match

หลักสำคัญในการ Routing คือ Longest Prefix Match

หากมีหลาย Route ที่ตรงกับ Destination ระบบจะเลือก Route ที่มี Prefix เฉพาะเจาะจงกับ Destination มากที่สุด ก่อนพิจารณาปัจจัยอื่นตามระบบ Routing ที่ใช้งาน

TTL และ Hop Limit

IPv4 Header มีค่า TTL — Time To Live เพื่อช่วยป้องกัน Packet วนอยู่ใน Routing Loop อย่างไม่สิ้นสุด

Host
TTL = 64
   |
   v
Router 1
TTL = 63
   |
   v
Router 2
TTL = 62
   |
   v
Router 3
TTL = 61

เมื่อ Router Forward IPv4 Packet ค่า TTL จะถูกลดลง และเมื่อ TTL หมดอายุ Packet จะถูกทิ้ง

ในหลายกรณี Router จะส่ง ICMP Time Exceeded กลับไปยังต้นทาง

IPv6 ใช้ Field ที่เรียกว่า Hop Limit สำหรับวัตถุประสงค์ในลักษณะเดียวกัน

ICMP คืออะไร?

ICMP — Internet Control Message Protocol ใช้สำหรับข้อความควบคุม Error Reporting และ Diagnostic Information บางประเภทในระบบ IP

Ping

คำสั่ง ping ใช้ ICMP Echo Request และ Echo Reply เพื่อช่วยทดสอบการเข้าถึงปลายทาง

ping 192.168.1.1

ข้อควรจำ: Ping ไม่ตอบไม่ได้หมายความว่าเครื่องปลายทาง Offline เสมอไป เพราะ Firewall หรือ Security Policy สามารถ Block หรือไม่ตอบ ICMP ได้

Tracert

บน Windows สามารถใช้:

tracert example.com

เครื่องมือนี้ใช้ประโยชน์จาก TTL และข้อความ ICMP ที่เกี่ยวข้อง เพื่อช่วยแสดง Hop ตามเส้นทางไปยัง Destination

NAT เกี่ยวข้องกับ Network Layer อย่างไร?

NAT — Network Address Translation เป็นกลไกสำหรับแก้ไขข้อมูล Address เมื่อ Traffic ผ่านอุปกรณ์ที่ทำ NAT และพบได้อย่างแพร่หลายใน IPv4 Network

PC
192.168.1.10
      |
      v
Router / NAT
      |
Private IPv4
      |
      v
Public IPv4
      |
      v
Internet

Network ภายในสามารถใช้ Private IPv4 และให้อุปกรณ์ Gateway ทำ NAT หรือ PAT เมื่อต้องสื่อสารกับ Internet ตาม Configuration ของระบบ

Routing และ NAT ไม่ใช่สิ่งเดียวกัน: Routing มีหน้าที่เลือกเส้นทางและ Forward Packet ขณะที่ NAT ทำหน้าที่แก้ไข Address ตามกฎที่กำหนด Router สามารถทำ Routing ได้โดยไม่จำเป็นต้องทำ NAT

Layer 2 กับ Layer 3 ต่างกันอย่างไร?

หัวข้อ	Layer 2	Layer 3
ชื่อ Layer	Data Link	Network
Address สำคัญ	MAC Address ใน Ethernet	IP Address
หน่วยข้อมูล	Frame	Packet
แนวคิดหลัก	Switching / Local Data Link	Routing ระหว่าง IP Network
อุปกรณ์ตัวอย่าง	Layer 2 Switch	Router / Layer 3 Switch

ตัวอย่างการสื่อสารข้าม Network

สมมติมี Network สองวง:

Network A
192.168.1.0/24

PC-A
192.168.1.10
      |
      v
Router
192.168.1.1
192.168.2.1
      |
      v
PC-B
192.168.2.20

Network B
192.168.2.0/24

PC-A ต้องการส่งข้อมูลไปยัง:

192.168.2.20

PC-A ใช้ Prefix ของตัวเองตรวจสอบแล้วพบว่า Destination ไม่ได้อยู่ใน Local Subnet จึงเลือก Route ที่เหมาะสม ซึ่งในตัวอย่างนี้คือการส่งไปยัง Default Gateway

Router รับ Packet ตรวจสอบ Destination IP และพบว่า 192.168.2.0/24 เป็น Network ที่เชื่อมต่ออยู่ จึง Forward Packet ไปยัง Network B

นี่คือแนวคิดพื้นฐานของ Layer 3 Routing

การ Troubleshooting Network Layer

เมื่อ Network มีปัญหา ควรตรวจสอบอย่างเป็นลำดับ แทนการเปลี่ยน Configuration หลายจุดพร้อมกัน

1. ตรวจสอบ IP Configuration

ipconfig /all

ตรวจสอบ:

• IPv4 / IPv6 Address
• Subnet Mask / Prefix Length
• Default Gateway
• DNS Server
• DHCP Status

2. ทดสอบ Local TCP/IP Stack

ping 127.0.0.1

3. ตรวจสอบ Default Gateway

ping 192.168.1.1

เปลี่ยน Address ให้ตรงกับ Default Gateway ของ Network ที่กำลังตรวจสอบ

4. ทดสอบ Remote IP

ping 1.1.1.1

หาก Gateway ติดต่อได้ แต่ Remote IP ติดต่อไม่ได้ ควรตรวจสอบ Routing, Firewall, WAN Connection หรือระบบของ ISP ต่อไป

5. ตรวจสอบ Routing Table

route print

ตรวจสอบว่ามี Route ไปยัง Destination ที่ต้องการ และมี Default Route ถูกต้องหรือไม่

6. ตรวจสอบเส้นทาง

tracert example.com

ใช้ช่วยดู Hop ระหว่างต้นทางและปลายทาง แต่ Router บางตัวอาจไม่ตอบ Probe แม้ยัง Forward Traffic ได้ตามปกติ

7. ตรวจสอบ DNS แยกจาก IP Connectivity

nslookup example.com

หากสามารถติดต่อ Remote IP ได้ แต่ไม่สามารถใช้งาน Domain Name ได้ ควรตรวจสอบ DNS เพิ่มเติม

Network Layer กับ Cybersecurity

ความเข้าใจ Layer 3 มีความสำคัญต่อ Cybersecurity เพราะ Security Control และ Log จำนวนมาก เกี่ยวข้องกับ Source IP, Destination IP, Network Prefix และ Routing

ตัวอย่างงานที่เกี่ยวข้อง ได้แก่

• Firewall Rule Analysis
• Network Segmentation
• Access Control List — ACL
• VPN Routing
• Cloud Network Security
• Network Traffic Analysis
• Incident Response
• Packet Analysis
• Network Forensics
• Routing Security

ตัวอย่างการวิเคราะห์ Security Log

Source IP:         192.168.10.25
Destination IP:    203.0.113.50
Protocol:          TCP
Destination Port:  443
Action:            Allow

จากข้อมูลนี้ผู้ตรวจสอบสามารถเริ่มพิจารณาได้ว่า Source IP อยู่ใน Network ใด Destination อยู่ที่ใด Traffic ควรเดินทางผ่าน Gateway หรือ Firewall ใด และ Policy ใดอนุญาต Connection ดังกล่าว

จากนั้นจึงนำข้อมูล Layer อื่นมาประกอบ เช่น TCP Connection, DNS Query, Application Log, Proxy Log หรือ Endpoint Log เพื่อวิเคราะห์เหตุการณ์ให้ละเอียดขึ้น

ควรเรียนอะไรต่อหลังจาก Network Layer?

เมื่อเข้าใจพื้นฐาน Layer 3 แล้ว สามารถต่อยอดตามเส้นทางต่อไปนี้

Network Layer
     |
     +-- IPv4 / IPv6
     |
     +-- Subnetting
     |
     +-- Routing
     |      |
     |      +-- Static Routing
     |      +-- OSPF
     |      +-- BGP
     |
     +-- ICMP
     |
     +-- NAT
     |
     +-- VLAN
     |
     +-- Inter-VLAN Routing
     |
     +-- Firewall / ACL
     |
     +-- VPN
     |
     +-- Packet Analysis
            |
            +-- Wireshark
            |
            +-- Network Security

คำถามที่พบบ่อย — FAQ

Network Layer คือ Layer ไหน?

Network Layer คือ Layer 3 ของ OSI Model

OSI Model มีทั้งหมดกี่ Layer?

OSI Model มาตรฐานมีทั้งหมด 7 Layer ตั้งแต่ Physical Layer ไปจนถึง Application Layer

Layer 8 คืออะไร?

OSI Model ไม่มี Layer 8 อย่างเป็นทางการ คำว่า Layer 8 ที่พบในวงการ IT มักถูกใช้แบบไม่เป็นทางการเพื่อกล่าวถึง User, Human Factor หรือแนวคิดเฉพาะของผลิตภัณฑ์บางประเภท

Protocol สำคัญของ Network Layer คืออะไร?

Protocol หลักที่ควรรู้จักคือ IPv4 และ IPv6 รวมถึง Protocol ที่เกี่ยวข้องอย่าง ICMP

Router ทำงานที่ Layer 3 ใช่หรือไม่?

ใช่ในบริบทของหน้าที่ Routing หลัก เพราะ Router ใช้ IP Address และ Routing Table ในการ Forward Packet ระหว่าง Network

อย่างไรก็ตาม Router สมัยใหม่ อาจมี Firewall, NAT, VPN, Application Inspection และความสามารถใน Layer อื่นเพิ่มเติม

Switch ทำงานที่ Layer 2 เสมอหรือไม่?

ไม่เสมอไป Traditional Ethernet Switch มักทำ Switching ที่ Layer 2 แต่ Layer 3 Switch สามารถทำ IP Routing ได้ด้วย

IP Address อยู่ Layer ไหน?

IP Address และ IP Routing เกี่ยวข้องกับ Network Layer หรือ Layer 3

MAC Address กับ IP Address ต่างกันอย่างไร?

MAC Address ใช้ในเทคโนโลยี Data Link เช่น Ethernet ขณะที่ IP Address เป็น Logical Address สำหรับการสื่อสารและ Routing บน IP Network

Ping อยู่ Layer ไหน?

Ping ใช้ ICMP ซึ่งทำงานร่วมกับ IP และโดยทั่วไปถูกศึกษาในบริบทของ Network Layer

สรุป

Network Layer หรือ OSI Layer 3 เป็นพื้นฐานสำคัญของการสื่อสารระหว่าง IP Network โดยมี IP Address และ Routing เป็นหัวใจของการนำ Packet จากต้นทางไปยังปลายทาง

หัวข้อสำคัญที่ควรเข้าใจ ได้แก่ IPv4, IPv6, Subnet, Default Gateway, Router, Routing Table, ICMP, TTL/Hop Limit และ NAT

เมื่อเข้าใจ Layer 3 แล้ว การเรียนรู้ VLAN, Firewall, VPN, Cloud Networking, Wireshark และ Cybersecurity จะเป็นระบบมากขึ้น เพราะสามารถวิเคราะห์ได้ว่า Traffic เริ่มต้นจาก Network ใด ผ่าน Gateway หรือ Router ใด และเดินทางไปยัง Destination อย่างไร

บทความถัดไปเกี่ยวกับ Networking

• VLAN คืออะไร? วิธีสร้าง VLAN, Access Port และ Trunk บน Cisco Switch

บทความก่อนหน้านั้นเกี่ยวกับ Networking

• Hub, Switch, Router และ Access Point ต่างกันอย่างไร? พื้นฐานอุปกรณ์ Network ที่ควรรู้